CN102980507B - 杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，该方法包括以下步骤：将绝缘装置放置在下卡头与平台上的中心孔之间或者上卡头与横梁之间，使金属丝与平台或者横梁之间相互绝缘；用电学测量方法，测量得到任意一段金属丝的电阻值以及金属丝上、下两端之间的电阻值；根据得到的任意一段金属丝的电阻值、该段金属丝的长度以及金属丝上、下两端之间的电阻值，计算得到金属丝上、下两端之间的长度。本发明的杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，利用电学测量方法测量待测金属丝的长度，使得杨氏模量的实验测量可以由单人独立完成，并且这种测量方式具有简单、直接，测量结果精确、误差小的优点。<!--1-->

Description

杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法

技术领域

本发明涉及一种实验测量方法，特别涉及一种杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法。

背景技术

设一物体长为Ｌ，横截面积为S，沿长度方向施力F后，物体伸长（或缩短）了△L。F/S是单位面积上的作用力，称为应力；△L/L是相对形变量，称为应变。在弹性形变范围内，按照胡克定律，物体内部的应力正比于应变，其比值称为杨氏模量。实验证明，杨氏模量E与试样的长度L、横截面积S以及施加的外力F的大小无关，而只取决于试样的材料。从微观结构考虑，杨氏模量是一个表征原子间结合力大小的物理参量。

测量杨氏模量有静态法和动态法之分。动态法是基于振动的方法，静态法是对试样直接加力，测量形变。动态法测量速度快；静态法原理直观，设备简单。大学物理实验中一般采用的都是静态法。

用静态拉伸法测金属丝的杨氏模量使用的杨氏模量测量仪，其结构包括砝码组、光杠杆、以及望远镜-标尺装置。具体的说，如图1和图2所示，在三角底座6上装两根支柱，支柱上端有横梁，中部紧固一个平台3，构成一个刚度极好的支架。整个支架受力后变形极小，可以忽略。待测样品是一根粗细均匀的金属丝1。金属丝1上端用上卡头夹紧并固定在上横梁上，下端用一个圆柱形下卡头夹紧并穿过平台3的中心孔9，使金属丝自由悬挂。通过调节三角底座6的螺丝，使整个支架铅直。下卡头在平台3的中心孔9内，其周围缝隙均匀而不与中心孔9的孔边摩擦。下卡头下方的挂钩4上挂一个砝码盘，当盘上逐次加上一定质量的砝码5后，金属丝1就被拉伸。下卡头的上端面相对平台3的下降量，即是金属丝1的伸长量△L。金属丝1的长度L就是从上卡头的下端面至下卡头的上端面之间的长度。平台3上设有光杠杆2，标尺7和望远镜8用来配合光杠杆2对金属丝1的伸长量△L进行读数，金属丝1的伸长量△L是很微小的。

上述现有技术中的杨氏模量测量仪存在的缺点是，在测量金属丝的长度L时，需要用到米尺进行读数测量。由于支架很高，同时读出上、下卡头对应的读数相对困难，测量过程中，一般需要两人配合，共同对齐金属丝上、下卡头并进行读数。上述读数测量过程误差大，无法一人独立完成。

发明内容

本发明要解决现有技术中的杨氏模量测量仪中的金属丝长度无法单人独立测量的技术问题，提供一种可以独立完成测量的杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，该方法包括以下步骤：

步骤i：将绝缘装置放置在下卡头与平台上的中心孔之间或者上卡头与横梁之间，使金属丝与平台或者横梁之间相互绝缘；

步骤ii：用电学测量方法，测量得到任意一段金属丝的电阻值以及金属丝上、下两端之间的电阻值；

步骤iii：根据步骤ii中得到的任意一段金属丝的电阻值、该段金属丝的长度以及金属丝上、下两端之间的电阻值，计算得到金属丝上、下两端之间的长度。

上述技术方案中，所述步骤ii中，用电学方法测量金属丝上、下两端之间的电阻值，是通过在金属丝上、下两端分别夹住一个金属夹子，然后从金属夹子上延长出导线并测量出的。

上述技术方案中，所述步骤ii中，用电学方法测量任意一段金属丝的电阻值，是通过在任意一段金属丝的两端分别夹住一个金属夹子，然后从金属夹子上延长出导线并测量得出的。

上述技术方案中，所述步骤ii中，用电学方法测量金属丝上、下两端之间的电阻值，是通过在金属丝上、下两端分别夹住两个金属夹子，然后从金属夹子上分别延长出导线并接入双臂电桥电路测量出的。

上述技术方案中，所述步骤ii中，用电学方法测量金属丝上、下两端之间的电阻值，是通过：在金属丝的上、下两端分别固定夹持一个金属板夹，每个金属板夹包括两个平行的夹板以及至少两个连接两个夹板的螺栓；从每个金属板夹上的任意两个螺栓上分别引出导线并接入双臂电桥电路测量出的。

上述技术方案中，连接两个夹板的螺栓的个数为两个或者四个。

上述技术方案中，所述步骤ii中，用电学方法测量任意一段金属丝的电阻值，是通过在任意一段金属丝的两端分别夹住两个金属夹子，然后从金属夹子上分别延长出导线并接入双臂电桥电路测量出的。

上述技术方案中，所述步骤i中的绝缘装置为长度大于或者等于所述中心孔的内围周长的，一段具有弹性的绝缘膜。

上述技术方案中，所述绝缘膜上部设有防止其从所述中心孔中滑落的多个支撑条。

上述技术方案中，所述绝缘膜可以伸入所述中心孔内的部分，大于或者等于所述中心孔的高度。

本发明具有以下优点：

本发明的杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，利用电学测量方法测量金属丝的长度，使得杨氏模量实验测量可以由单人独立完成，并且这种测量方式具有简单、直接，测量结果精确、误差小的优点。

本发明的杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，利用将待测金属丝组成四端电阻，根据双臂电桥的原理，测量待测金属丝的电阻值。本发明的测量方法测量结果准确、可靠，测量方便。

本发明的杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，利用将一段具有弹性的绝缘膜放置在平台的中心孔内，使其依靠自身展开的弹性固定在中心孔位置。上述绝缘金属丝与平台的方法简单有效，可以保证金属丝的电阻测量简单并且准确。

本发明的杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，用来起绝缘作用的绝缘膜的上部设有多个支撑条，其可以有效的防止绝缘膜从中心孔中滑落。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为杨氏模量测量仪的结构示意图。

图2为图1所示杨氏模量测量仪中平台位置的放大结构示意图。

图3为本发明的测量方法中用到的绝缘装置的一种具体实施方式示意图；

图4为图3所示具体实施方式中绝缘装置卷曲状态的立体示意图；

图5为本发明的测量方法另外的一种具体实施方式中，将待测金属丝两端的四条导线分别接入双臂电桥中的电路示意图；其中，R₁、R₂、R₃、R₄分别代表一个固定电阻，R_N代表可调节的标准电阻，R_x代表待测金属丝；

图中的附图标记表示为：

1-金属丝；2-光杠杆；3-平台；4-挂钩；5-砝码；6-三角底座；7-标尺；8-望远镜；9-中心孔；10-绝缘膜；11-支撑条。

具体实施方式

本发明的发明思想为：利用电学测量方法测量金属丝的长度。具体的说，是通过在平台的中心孔内设置绝缘装置，使金属丝与平台之间绝缘，或者通过在上卡头与横梁之间设置绝缘装置，使得金属丝与横梁之间绝缘；然后利用在金属丝的上下两端延出导线进行整个金属丝的电阻的测量。再根据测量得到的任意一段金属丝的电阻值和长度，计算的到整个金属丝的长度。

下面结合附图对本发明做以详细说明。

如图1-4所示，本发明的测量方法适用的杨氏模量测量仪中包括：金属丝1；光杠杆2；平台3；挂钩4；砝码5；三角底座6；标尺7；望远镜8。其中平台3上设有中心孔9。本发明的测量方法所使用到的绝缘装置为绝缘膜10，其上部设有多个支撑条11。

本发明的杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，具体包括以下步骤：

步骤i：将绝缘膜10放置在平台3的中心孔9内，使金属丝1以及金属丝1下端的下卡头均与所述平台3之间相互绝缘；

步骤ii：用电学测量方法，测量得到任意一段金属丝1的电阻值以及金属丝1上、下两端之间的电阻值；

步骤iii：根据步骤ii中得到的任意一段金属丝1的电阻值、该段金属丝1的长度以及金属丝1上、下两端之间的电阻值，计算得到金属丝1上、下两端之间的长度。

在步骤ii中，用电学方法测量任意一段金属丝1的电阻值以及金属丝1上、下两端之间的电阻值，分别是通过在任意一段金属丝1的两端分别夹住一个金属夹子以及在金属丝1上、下两端分别夹住一个金属夹子，然后从金属夹子上延长出导线并测量出的。

所述绝缘膜10的长度大于或者等于所述中心孔9的内围周长，具有一定的延展开的弹性；所述绝缘膜10可以伸入所述中心孔9内的部分，大于或者等于所述中心孔9的高度。使绝缘膜10依靠自身展开的弹性固定在中心孔位置，这种绝缘金属丝1与平台3的方法简单有效，可以保证金属丝的电阻测量简单并且准确。

所述绝缘膜10上部还设有防止其从所述中心孔9中滑落的多个支撑条11。多个所述支撑条11，可以通过将绝缘膜10上部用剪刀分别剪开得到，其可以有效的防止绝缘膜10从中心孔中滑落。

本发明的杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，利用电学测量方法测量金属丝的长度，使得杨氏模量实验测量可以由单人独立完成，并且这种测量方式具有简单、直接，测量结果精确、误差小的优点。

在另外的一种具体实施方式中，本发明的杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，包括以下步骤：

首先：将绝缘装置放置在平台的中心孔内，使金属丝以及金属丝下端的下卡头均与所述平台之间相互绝缘；上述绝缘装置可以为与图1所示的具体实施方式中相同的绝缘膜；

然后：在金属丝的两端分别固定夹持一个金属板夹，每个金属板夹包括两个平行的夹板以及两个连接两个夹板的螺栓；从每个金属板夹上的两个螺栓上分别引出一条导线；

再然后：将金属丝两端的四条导线分别接入双臂电桥中。如图5所示，这四条导线在双臂电桥中的连接，分别对应图5中的R_x的四个接线柱的连接。

最后：依据双臂电桥的原理，计算得到金属丝1的电阻值。具体的说，依据双臂电桥的原理，当时，有。于是，便可以根据R₁、R₂以及R_N的电阻值，计算得到金属丝的电阻值R_x。

具体举例来说，如果测得的R₁和R₂的阻值分别为10,000,000欧姆和1,000欧姆，R_N为5,000欧姆，则计算得到金属丝的电阻R_x为0.5欧姆。

本发明的杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，利用将待测金属丝组成四端电阻，根据双臂电桥的原理，测量待测金属丝的电阻值。本发明的测量方法测量结果准确、可靠，测量方便。

在其他的具体实施方式中：

测量得到任意一段金属丝的电阻值和长度，也可以是通过量取一段与杨氏模量测量仪中的金属丝材质粗细均相同的金属丝得到。

通过在上卡头与横梁之间设置绝缘装置，使金属丝与横梁之间绝缘之后，同样也可以进行金属丝电阻值的测量。绝缘装置可以是设置在上卡头与横梁之间的一层绝缘膜。具体的电阻测量方法与上述实施例相同，这里不再赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种杨氏模量测量仪中待测金属丝长度的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤i：将绝缘装置放置在下卡头与平台(3)上的中心孔(9)之间或者上卡头与横梁之间，使金属丝(1)与平台(3)或者横梁之间相互绝缘；

步骤ii：用电学测量方法，测量得到任意一段金属丝的电阻值以及金属丝(1)上、下两端之间的电阻值；

步骤iii：根据步骤ii中得到的任意一段金属丝的电阻值、该段金属丝(1)的长度以及金属丝(1)上、下两端之间的电阻值，计算得到金属丝(1)上、下两端之间的长度；

所述步骤ii中，用电学方法测量金属丝(1)上、下两端之间的电阻值，是通过在金属丝(1)上、下两端分别夹住一个金属夹子，然后从金属夹子上延长出导线并测量出的；用电学方法测量任意一段金属丝的电阻值，是通过在任意一段金属丝的两端分别夹住一个金属夹子，然后从金属夹子上延长出导线并测量得出的；

或者，所述步骤ii中，用电学方法测量金属丝(1)上、下两端之间的电阻值，是通过在金属丝(1)上、下两端分别夹住两个金属夹子，然后从金属夹子上分别延长出导线并接入双臂电桥电路测量出的；用电学方法测量任意一段金属丝的电阻值，是通过在任意一段金属丝的两端分别夹住两个金属夹子，然后从金属夹子上分别延长出导线并接入双臂电桥电路测量出的；

当所述步骤ii中采用接入双臂电桥电路测量金属丝(1)上、下两端之间的电阻值时，是通过：

在金属丝(1)的上、下两端分别固定夹持一个金属板夹，每个金属板夹包括两个平行的夹板以及至少两个连接两个夹板的螺栓；

从每个金属板夹上的任意两个螺栓上分别引出导线并接入双臂电桥电路测量出的；

连接两个夹板的螺栓的个数为两个或者四个。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤i中的绝缘装置为长度大于或者等于所述中心孔(9)的内围周长的，一段具有弹性的绝缘膜(10)。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述绝缘膜(10)上部设有防止其从所述中心孔(9)中滑落的多个支撑条(11)。

4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述绝缘膜(10)可以伸入所述中心孔(9)内的部分，大于或者等于所述中心孔(9)的高度。