[發(fā)明專利]基于低頻穩(wěn)壓電源的金屬固體線膨脹系數(shù)測(cè)量裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811599836.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN109358089A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮守浙;張思思;程琳;張麗瀅;錢昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/16
• 分類號(hào): G01N25/16
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 郭俊玲

本發(fā)明涉及基于低頻穩(wěn)壓電源的金屬固體線膨脹系數(shù)測(cè)量裝置,包括待測(cè)金屬棒、固定座、加熱裝置、熱敏電阻傳感器、PSD位移檢測(cè)系統(tǒng)、電流傳感器、處理器和顯示器，所述加熱裝置包括串聯(lián)連接的電阻箱和低頻穩(wěn)壓電源；所述PSD位移檢測(cè)系統(tǒng)包含激光二極管、PSD工作區(qū)、會(huì)聚透鏡和接受透鏡，激光二極管發(fā)出的激光經(jīng)會(huì)聚透鏡主光軸打在待測(cè)金屬棒表面，經(jīng)反射并通過接受透鏡主光軸成像于PSD工作區(qū)，在PSD工作區(qū)兩極端輸出電流，通過電流傳感器傳輸至處理器；熱敏電阻傳感器一端與待測(cè)金屬棒連接，另一端與處理器連接，采集待測(cè)金屬棒的溫度數(shù)據(jù)并傳遞至處理器。本發(fā)明的裝置大大減小實(shí)驗(yàn)的測(cè)量誤差，具有推廣使用的重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物理實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及基于低頻穩(wěn)壓電源的金屬固體線膨脹系數(shù)測(cè)量裝置。

技術(shù)背景

固體物質(zhì)的溫度每升高1℃時(shí)，其單位長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)量，叫做“線膨脹系數(shù)”，由于物質(zhì)的不同，線膨脹系數(shù)亦不相同，其數(shù)值也與實(shí)際溫度和確定長(zhǎng)度時(shí)所選定的參考溫度有關(guān)。線膨脹系數(shù)是高校物理系學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一，常見的測(cè)量方法有頂桿式間接法、望遠(yuǎn)鏡直讀法等,而常見的加熱方式有電磁感應(yīng)加熱、蒸汽加熱、激光加熱等，這些方法往往使實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)存在較大實(shí)驗(yàn)誤差，并且如電磁感應(yīng)加熱溫度較高存在危險(xiǎn)，影響廣大師生的學(xué)習(xí)過程。

目前高校實(shí)驗(yàn)中缺乏一種誤差小、精準(zhǔn)度高且便捷的測(cè)量方法及加熱方式，因此，如何研發(fā)一種新的金屬固體線膨脹系數(shù)測(cè)量裝置，具有重要的意義。

其中，激光法是以一激光束掃描試樣，能夠連續(xù)測(cè)定試樣在加熱過程中長(zhǎng)度的變化,因而測(cè)量精度高,誤差小,而利用低頻穩(wěn)壓電源加熱不僅安全性高，且可利用電阻箱調(diào)控電阻值控制加熱程度，此外結(jié)合計(jì)算機(jī)組成的全自動(dòng)控制、記錄和多功能系統(tǒng)應(yīng)用到固體線膨脹系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量將是一種更為智能便捷化的方式。選擇熱膨脹測(cè)量方法時(shí)主要考慮測(cè)試范圍、待測(cè)材料的種類和特性、測(cè)量精度和靈敏度等。因而選用自制利用低頻穩(wěn)壓電源及PSD位移檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行金屬固體線膨脹系數(shù)的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是傳統(tǒng)的對(duì)于金屬棒或金屬線隨溫度變化發(fā)生伸長(zhǎng)，導(dǎo)致位移量變化的測(cè)量，存在較大的實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差；本申請(qǐng)通過利用PSD位移檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量金屬棒的位移量，通過改進(jìn)加熱裝置，提高溫度控制的精確度及金屬棒的位移變化。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:基于低頻穩(wěn)壓電源的金屬固體線膨脹系數(shù)測(cè)量裝置,其特征在于，包括待測(cè)金屬棒、固定座、加熱裝置、熱敏電阻傳感器、PSD位移檢測(cè)系統(tǒng)、電流傳感器、處理器和顯示器，所述加熱裝置包括串聯(lián)連接的電阻箱和低頻穩(wěn)壓電源，所述加熱裝置與待測(cè)金屬空心棒串聯(lián)連接；所述PSD位移檢測(cè)系統(tǒng)包含激光二極管、PSD工作區(qū)、會(huì)聚透鏡和接受透鏡，激光二極管發(fā)出的激光經(jīng)會(huì)聚透鏡主光軸打在待測(cè)金屬棒表面，經(jīng)反射并通過接受透鏡主光軸成像于PSD工作區(qū)，在PSD工作區(qū)兩極端輸出電流，通過電流傳感器傳輸至處理器；熱敏電阻傳感器一端與待測(cè)金屬棒連接，另一端與處理器連接，采集待測(cè)金屬棒的溫度數(shù)據(jù)并傳遞至處理器；所述處理器通過收集電流傳感器獲得的PSD位移檢測(cè)數(shù)據(jù)與待測(cè)金屬棒的溫度數(shù)據(jù)，并通過處理、分析、運(yùn)算并傳輸至顯示裝置顯示測(cè)量結(jié)果。

作為優(yōu)選，所述固定座上設(shè)置凹槽，所述待測(cè)金屬棒至少一端設(shè)置卡口，所述卡口與固定座底端的凹槽相匹配，使得待測(cè)金屬棒固定于固定座上。

更為優(yōu)選地，所述熱敏電阻傳感器和加熱裝置電壓輸出端固定于固定座上。所述PSD位移檢測(cè)系統(tǒng)中激光二極管為PIN光電二極管。

具體地，所述熱敏電阻傳感器和PSD位移檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集待測(cè)金屬棒的溫度和金屬棒位移量變化而導(dǎo)致的PSD工作區(qū)電流信號(hào)的變化，并通過控制器實(shí)時(shí)處理、分析、運(yùn)算并通過顯示裝置實(shí)時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果。

具體地，所述PSD位移檢測(cè)系統(tǒng)中激光二極管的光源方向與待測(cè)金屬棒幾何中心面垂直。