CN102608151A

CN102608151A - 高效低碳线膨胀系数实验仪

Info

Publication number: CN102608151A
Application number: CN2012100596701A
Authority: CN
Inventors: 赵杰
Original assignee: Dezhou University
Current assignee: Dezhou University
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种高效低碳线膨胀系数实验仪。它在机壳内安装电热器、待测件、温度传感器、向导块、风扇等部件，机壳与底座壳固定，底座内有加热温度控制器等。向导块可拆式安装在机壳内壁上的立柱上，它可更换不同尺寸的。它为内热式的结构，电热器直接加热机壳内的空气和待测件。测出待测件的伸长量和温差可算出物体的线膨胀系数。它克服了用外热式电加热结构带来的加热等待时间长、需要较多的纯铜带来的耗电及耗铜材多、成本高的缺陷，也克服了只能测量特定规格金属条的缺陷，它可测多种规格的金属或非金属材料的线膨胀系数。本发明用于改进现有技术的金属线膨胀系数实验仪，提高实验及用电效率，显著降低成本、节约资源。

Description

高效低碳线膨胀系数实验仪

技术领域

本发明涉及一种实验仪器，尤其指一种高效低碳线膨胀系数实验仪。

背景技术

金属线膨胀系数实验仪是高校的物理实验中对金属线胀系数进行测量的一种实验仪，它可对金属的热胀冷缩的特性可做出定量测量，并可对金属的线膨胀系数做精确测量计算。物质在一定温度范围内，原长为ι的物体受热后伸长量

与其温度的增加量

近似成正比，与原长ι也成正比，即：

=。式中α为固体的线膨胀系数，不同材料的线膨胀系数是不同的。2011年9月北京航空航天大学出版社出版的《大学基础物理实验》（书号为ISBN978-7-5124-0474-8,）一书的146-149页就公开了一种现有技术的金属线膨胀系数实验仪，其结构主是从铜套管外面用电热件加热铜套管，使得铜套管内部温度升高，铜套管内有防止被测金属杆（或称被测材料）弯曲的导向块，被测金属杆就穿过导向块置于铜套管内，且温度随着铜套管内的气温同步上升，被测金属杆就伸长，而铜套管一端顶在顶尖上不能动了，其另一端伸长量通过顶杆传递给机械千分表而读出。但是，这种加热方式有如下缺点：1.电加热采用的是外热式，电热转换的热能利用率太低，很大一部分热量散失了；2.铜套管较粗和长，管壁也很厚，使得升温速度慢，实验时等待时间长浪费了学生的时间；3.铜套管用了很多的贵重金属纯铜，不符合节能减排、低碳的时代要求，另外它的导向块不可更换，只能测量厂家给定的特定长度和直径的较细的金属条，无法测量较粗的金属或非金属材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种升温速度快、节电且节省铜材、可测量不同尺寸多种材料、安全可靠的高效低碳线膨胀系数实验仪。

为了达到上述目的，底座壳（1）内部有加热温度控制器（2）和风扇电源（18），加热温度控制器（2）的温度信号输入端与温度传感器（17）相连，加热温度控制器（2）的输出端与电热器（3）相连，温度传感器（17）以及向导块（15）都安装在机壳（5）内，机壳（5）通过支脚（16）固定在底座壳（1）上，待测件（7）穿过导向块（15）上的孔（20）置于机壳（5）内，机壳（5）的两端分别有左端盖（14）和右端盖（8），顶丝（13）通过丝扣固定在左端盖（14）上并与待测件（7）的左端相接触，顶杆（11）穿过右端盖（8）与待测件（7）的右端相接触，顶杆（11）的右端与千分表（10）的触头相接触，千分表（10）与支架（9）用螺丝（12）相互固定，支架（9）固定在底座壳（1）上面，电热器（3）安装在机壳（5）内，机壳（5）是由非金属材料制造的，机壳（5）的外面带有保温层（6）。

为了使机壳（5）内更快速升温和达到热平衡，在机壳（5）内安装有风扇（4），风扇（4）与风扇电源（18）相连。为了节省铜材、减轻重量、提高电热转换效率，机壳（5）由耐高温塑料构成。

为了便于测量不同材料、不同形状的待测件（7），向导块（15）与立柱（19）用螺丝（21）紧固在一起，立柱（19）与机壳（5）为一体的，向导块（15）有不同尺寸的可更换。

为了保护不因过热而损坏机壳（5）等部件，电热器（3）与温度自动开关（K）串联，温度自动开关（K）安装在机壳（5）内。

由于本发明把电热器（3）安装在机壳（5）内，并且机壳（5）是由非金属材料制造的，机壳（5）的外面带有保温层（6），使得机壳（5）内的升温速度显著提高，节省了学生实验等待的时间，也节省了电能，在时间和用电上都提高了效率，且省去了很多贵重的铜材，一举多得，很符合当今节能减排、低碳的时代要求。向导块（15）与立柱（19）用螺丝（21）紧固在一起，可更换不同尺寸的向导块（15），使得本发明可测量多种尺寸和材料的待测件（7），不局限于一种尺寸，也可测量非金属。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

图2是本发明的向导块结构和安装图。

具体实施方式

在图1中，底座壳1内部安装有加热温度控制器2和风扇电源18。加热温度控制器2可采用现有技术中常见的的可调温度、自动温控的电加热自动控制电路。风扇电源18也用现有技术中的变压器降压整流稳压电源或单降压整流电源。加热温度控制器2的温度信号输入端与温度传感器17相连，加热温度控制器2的输出端与电热器3相连，温度传感器17以及电热器3都安装在机壳5内，显然这是一种内热式电加热结构，具有比外热式升温快、省电的优点。风扇4与风扇电源18相连，风扇4安装在机壳5内部靠近电加热器的位置，风扇4起到了加快机壳5内的温度快速达到平衡的作用。风扇4也可安装到机壳5内部的侧面。机壳5做成左右方向长方筒形结构的，机壳5的两端分别安装左端盖14和右端盖8（也可一次注塑成型为一体的），机壳5的前后侧面或上侧面为活动式安装（为一个可开关的门），可以打开和关闭。机壳5的下部通过支脚16（左右各一个）固定在底座壳1上，其固定方式用螺丝或卡装及粘接。棒状的待测件7穿过导向块15上的向导孔20（见图2）置于机壳5内。顶丝13与左端盖14上都带有吻合的丝扣，顶丝13可拧在左端盖14上并与待测件7的左端相接触。顶杆11穿过右端盖8与待测件7的右端相接触，顶杆11的右端与千分表10的触头相接触。千分表10与支架9用螺丝12相互固定，方法是：支架9的上端带有半圆形的圆孔，上面再配上相应半圆形的固定件，两者对在一起并用两个螺丝在边沿拧紧就形成圆孔（也可直接在支架9上侧制造上一个圆孔，其直径略大于千分表10的圆柱体区域），千分表10的圆柱体区域就可插入其中，再用螺丝12固定。支架9固定在底座壳1上面。机壳5是由非金属材料制造的。

为了减小散热和重量、提高热效率、节省电能和铜材，机壳5、左端盖14和右端盖8、顶丝13、顶杆11都是由不良导热材料制作的（比如耐高温的硬质塑料、玻璃钢等材料），并且机壳5、左端盖14和右端盖8的外面带有保温层6，以减少机壳5内热量的散失。应该设计加热温度控制器2的温度最高调节值为90摄氏度以下，以确保各个塑料部件不形变。可在电热器3上串联一个90摄氏度自动断开的双金属片温度自动开关K,并安装在机壳5内部，以确保当加热温度控制器2出故障时不损坏机壳5以及其内的所有部件。导向块15左右有两个，其作用是防止当很细的待测件7受热而膨胀伸长时，受千分表10的顶力而弯曲使得测量误差增大；而当待测件7较粗时千分表的微弱力则不能使其弯曲，此时更换的向导块15的孔径只要比待测件7粗的即可（此时向导块7仅起个支撑定位作用）。

在图2中，机壳5上固定有立柱19，立柱19上带有与向导块15上带的固定轴22直径吻合的孔，固定轴22插入立柱19后再用螺丝21紧固，就把向导块15固定到了机壳5上，并可以更换不同尺寸的向导块15。向导孔20的形状为方的，以便于待测件7为圆的或方的共用，且为喇叭开口，便于插入待测件7。向导块15可用耐高温硬质塑料制造。立柱19与机壳5固定在一起或直接注塑成一体的。

本发明也可不用风扇4，此时要把电热器拉长到接近机壳5的长度，以使机壳5内的温度均匀平衡分布。

Claims

1. 一种高效低碳线膨胀系数实验仪，底座壳（1）内有加热温度控制器（2），加热温度控制器（2）的温度信号输入端与温度传感器（17）相连，加热温度控制器（2）的输出端与电热器（3）相连，温度传感器（17）以及向导块（15）都安装在机壳（5）内，机壳（5）通过支脚（16）固定在底座壳（1）上，待测件（7）穿过导向块（15）置于机壳（5）内，机壳（5）的两端分别带左端盖（14）和右端盖（8），顶丝（13）与左端盖（14）用丝扣相互固定并与待测件（7）的左端相接触，顶杆（11）穿过右端盖（8）与待测件（7）的右端相接触，顶杆（11）的右端与千分表（10）的触头相接触，千分表（10）与支架（9）用螺丝（12）相互固定，支架（9）固定在底座壳（1）上面，其特征是电热器（3）安装在机壳（5）内，机壳（5）是由非金属材料制造的，机壳（5）外面带有保温层（6），向导块（15）与立柱（19）用螺丝（21）紧固在一起，立柱（19）与机壳（5）为一体的，向导块（15）有不同尺寸的可更换。

2.按权利要求1所述的高效低碳线膨胀系数实验仪，其特征是机壳（5）内安装有风扇（4），风扇（4）与风扇电源（18）相连。

3.按权利要求1所述的高效低碳线膨胀系数实验仪，其特征是电热器（3）与温度自动开关（K）串联，温度自动开关（K）安装在机壳（5）内。