CN102564863A - 液压式钢丝杨氏模量测量仪 - Google Patents

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梁德富
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Abstract

本发明涉及物理实验技术领域，特别是涉及一种液压式钢丝杨氏模量测量仪。它由支架、待测钢丝、砝码、砝码盘、活塞、右竖筒、实验桌、横管和左竖筒构成。支架置于水平放置的实验桌旁，支架夹头夹住待测钢丝的上端，待测钢丝的下端与圆盘形的砝码盘的中心固定为一体。连通器放置于实验桌的桌面上，且左竖筒处于支架夹头的正下方，左竖筒的上口内有一块圆盘形的活塞，所述砝码盘的底面与活塞的上表面接触。本发明在测量过程中测出的所有数据均可通过肉眼直接读出，无需借助望远镜等设备，与现有技术相比，读数更加简便。

Description

液压式钢丝杨氏模量测量仪
技术领域
本发明涉及物理实验技术领域，特别是涉及一种液压式钢丝杨氏模量测量仪。
背景技术
杨氏模量是反映材料力学特性的一个重要物理参数。目前，公知的杨氏模量测量仪都是采用的顺挂式，也称悬挂式。悬挂式杨氏模量测量仪采用光杠杆原理，将金属丝的微小伸长量通过镜面光杠杆放大，并通过置于远处的望远镜和标尺进行观测。但在实际操作过程中，不易在望远镜中找到由光杠杆平面镜反射同来的标尺像，实验者常需要耗费大量时间来调节仪器。另外，望远镜距离杨氏模量仪有一定距离，操作过程中需要一人在仪器处增减砝码，另一人在望远镜处观测并记录数据，或者一人在仪器和望远镜之间来回跑动，因而无法独立而方便地完成实验测量。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，提供一种操作方便、读数清晰、测量精确的液压式钢丝杨氏模量测量仪。
解决本发明技术问题的方案是：液压式钢丝杨氏模量测量仪由支架、待测钢丝、砝码、砝码盘、活塞、右竖筒、实验桌、横管和左竖筒构成。
支架置于水平放置的实验桌旁，支架夹头夹住待测钢丝的上端，待测钢丝的下端与圆盘形的砝码盘的中心固定为一体。砝码置于砝码盘上。玻璃材质的连通器由右竖筒、横管和左竖筒构成，左竖筒和右竖筒均为上端开敞底端封闭的圆筒，左竖筒的内直径为右竖筒内直径的20倍。水平设置的横管的左右两端分别与竖直放置的左竖筒和右竖筒结合为一体且彼此相通。连通器中盛装有红色的液体。右竖筒的外侧壁上有竖向的刻度。连通器放置于实验桌的桌面上，且左竖筒处于支架夹头的正下方，在平面上，左竖筒的轴心线与待测钢丝重合，左竖筒的上口内有一块圆盘形的活塞，活塞能够在左竖筒中竖直运动。活塞的底面直接与所述红色液体接触，活塞的侧壁与左竖筒的内侧壁接触且将所述红色液体封于活塞以下。所述砝码盘的底面与活塞的上表面接触。
测试过程中，先测出待测钢丝的直径d，然后根据右竖筒外壁的刻度读出此时右竖筒内液柱的高度，记为H1，再向砝码盘上加载重量为G1的砝码，由于待测钢丝在竖向被拉伸，砝码和砝码盘共同对活塞施压并使活塞向下移动，使右竖筒内的液面高度在活塞的向下挤压下升高到H2，记录H2的值。
根据H2和H1之差ΔH以及左竖筒和右竖筒的直径比例可以计算出左竖筒内液面下降的距离，此距离即为待测钢丝的伸长距离ΔL。
通过公式F＝G1-f-ΔF得到直接引起待测钢丝伸长ΔL长度的轴向力的大小。其中，f是左竖筒内壁对活塞的摩擦力，ΔF是加载砝码后左竖筒内液体对活塞的浮力的增量。所述摩擦力f可通过用测力计拉动置入左竖筒中的活塞测得，测量时，先将左竖筒内的液体倒出，但保持活塞的侧壁处于湿润状态。ΔF通过公式ΔF＝ρgΔH得出，其中ρ为红色液体的密度，g为重力加速度，ΔH＝H2-H1，最后，将上述参数代入杨氏模量计算公式Y＝4FL/(πd2ΔL)就可算出杨氏模量值Y。
采用上述方案，与现有技术相比，本发明具有以下显著进步：
1.使用本发明在测量过程中测出的所有数据均可通过肉眼直接读出，无需借助望远镜等设备，与现有技术相比，读数更加简便。
2.组成本发明的各部件与现有仪器相比，更为集中，便于实验室管理。
3.使用本发明，只需通过加减砝码并记录不同的液面高度即可算出钢丝形变量，与现有技术相比，无需耗费大量的时间来调节仪器，操作十分简便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1.支架  2.待测钢丝  3.砝码  4.砝码盘  5.活塞  6.右竖筒  7.实验桌  8.横管  9.左竖筒
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
液压式钢丝杨氏模量测量仪由支架1、待测钢丝2、砝码3、砝码盘4、活塞5、右竖筒6、实验桌7、横管8和左竖筒9构成。
支架1置于水平放置的实验桌7旁，支架1夹头夹住待测钢丝2的上端，待测钢丝2的下端与圆盘形的砝码盘4的中心固定为一体。砝码3置于砝码盘4上。玻璃材质的连通器由右竖筒6、横管8和左竖筒9构成，左竖筒9和右竖筒6均为上端开敞底端封闭的圆筒，左竖筒9的内直径为右竖筒6内直径的20倍。水平设置的横管8的左右两端分别与竖直放置的左竖筒9和右竖筒6结合为一体且彼此相通。连通器中盛装有红色的液体。右竖筒6的外侧壁上有竖向的刻度。连通器放置于实验桌7的桌面上，且左竖筒9处于支架1夹头的正下方，在平面上，左竖筒9的轴心线与待测钢丝2重合，左竖筒9的上口内有一块圆盘形的活塞5，活塞5能够在左竖筒9中竖直运动。活塞5的底面直接与所述红色液体接触，活塞5的侧壁与左竖筒9的内侧壁接触且将所述红色液体封于活塞5以下。所述砝码盘4的底面与活塞5的上表面接触。
测试过程中，先测出待测钢丝2的直径d，然后根据右竖筒6外壁的刻度读出此时右竖筒6内液柱的高度，记为H1，再向砝码盘4上加载重量为G1的砝码3，由于待测钢丝2在竖向被拉伸，砝码3和砝码盘4共同对活塞5施压并使活塞5向下移动，使右竖筒6内的液面高度在活塞5的向下挤压下升高到H2，记录H2的值。
根据H2和H1之差ΔH以及左竖筒9和右竖筒6的直径比例可以计算出左竖筒9内液面下降的距离，此距离即为待测钢丝2的伸长距离ΔL。
通过公式F＝G1-f-ΔF得到直接引起待测钢丝2伸长ΔL长度的轴向力的大小。其中，f是左竖筒9内壁对活塞5的摩擦力，ΔF是加载砝码3后左竖筒9内液体对活塞5的浮力的增量。所述摩擦力f可通过用测力计拉动置入左竖筒9中的活塞5测得，测量时，先将左竖筒9内的液体倒出，但保持活塞5的侧壁处于湿润状态。ΔF通过公式ΔF＝ρgΔH得出，其中ρ为红色液体的密度，g为重力加速度，ΔH＝H2-H1，最后，将上述参数代入杨氏模量计算公式Y＝4FL/(πd2ΔL)就可算出杨氏模量值Y。

Claims (1)

1.一种液压式钢丝杨氏模量测量仪，由支架、待测钢丝、砝码、砝码盘、活塞、右竖筒、实验桌、横管和左竖筒构成，其特征是：支架置于水平放置的实验桌旁，支架夹头夹住待测钢丝的上端，待测钢丝的下端与圆盘形的砝码盘的中心固定为一体，砝码置于砝码盘上，玻璃材质的连通器由右竖筒、横管和左竖筒构成，左竖筒和右竖筒均为上端开敞底端封闭的圆筒，左竖筒的内直径为右竖筒内直径的20倍，水平设置的横管的左右两端分别与竖直放置的左竖筒和右竖筒结合为一体且彼此相通，连通器中盛装有红色的液体，右竖筒的外侧壁上有竖向的刻度，连通器放置于实验桌的桌面上，且左竖筒处于支架夹头的正下方，在平面上，左竖筒的轴心线与待测钢丝重合，左竖筒的上口内有一块圆盘形的活塞，活塞能够在左竖筒中竖直运动，活塞的底面直接与所述红色液体接触，活塞的侧壁与左竖筒的内侧壁接触且将所述红色液体封于活塞以下，所述砝码盘的底面与活塞的上表面接触。
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