CN110146387B - 一种变温杨氏模量测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变温杨氏模量测量仪，包括测量仪器台及上端安装的步进电机，内部安装有系统控制处理器；所述的步进电机通过右侧的弹性元件连接待测材料体及拉力传感器，且拉力传感器连接干燥箱及其表面的电阻应变片，同时通过数据线连接系统控制处理器；所述的干燥箱下端安装有加热装置和热电偶感温测量元件，且由数据线连接系统控制处理器；所述的系统控制处理器内部MATLAB获取并保存串口多组数据后连接LCD显示屏；本发明一种变温杨氏模量测量仪便于教师的教学，加入显示屏显示多组数据，便于学生处理数据；其机械化程度高，测量精确，可变温，数据处理方便，适用于教学和科研，也可用于工程试验步进电机通过脉冲转动圈数使用变力拉动待测材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种杨氏模量测量仪，尤其涉及一种变温杨氏模量测量仪；属于教学测具仪器领域。
背景技术
杨氏模量是表征固体材料弹性形变性质的力学参数，反映了材料抵抗外力产生拉伸或压缩形变的能力，杨氏模量越大，越不容易发生形变。物体在外力作用下，当其长度变化不超过一定限度时，撤去外力后，物体又能完全恢复原状，在该限度内，物体的长度变化与物体内部回复力成正比，应力和应变的比值称为固体材料的杨氏模量，杨氏模量是工程技术中机械构件选材时的重要参数之一。测量固体材料的杨氏模量是理工科院校重要的大学物理实验之一，现阶段测量杨氏模量的各种方法仍旧存在一些不足，因此有必要对测量杨氏模量的实验进行设计和改进。
发明内容
（一）要解决的技术问题
为解决上述问题，本发明提出了一种变温杨氏模量测量仪。
（二）技术方案
本发明的变温杨氏模量测量仪，包括测量仪器台及上端安装的步进电机，内部安装有系统控制处理器；所述的步进电机通过右侧的弹性元件连接待测材料体及拉力传感器，且拉力传感器连接干燥箱及其表面的电阻应变片，同时通过数据线连接系统控制处理器；所述的干燥箱下端安装有加热装置和热电偶感温测量元件，且由数据线连接系统控制处理器；所述的系统控制处理器内部MATLAB获取并保存串口多组数据后连接LCD显示屏。
进一步地，所述的步进电机将脉冲信号转变成角位移或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速和停止的位置只取决于脉冲信号的频数和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的；这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性误差而无累积误差的特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。
进一步地，所述的拉力传感器将被测体（弹性元件）在外力的作用下产生弹性形变，干燥箱使粘贴在它表面的电阻应变片也同时产生变化，电阻应变片在变形后也将产生电阻变化，再通过相应的电路，将电阻变化改变成电信号（电压或是电流），从而完成了将外力变化转变成电信号。
进一步地，所述的测量仪器台内部设置有热电偶感温测量元件，其将温度信号转换为热电势信号，通过电气仪表转化为被测介质的温度，测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，两端之间就存在热电动势，两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下；在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响，热电偶感温测量元件接入测量仪表，测得热电动势后，显示被测介质的温度。
进一步地，所述的变温杨氏模量测量仪中间增加了加热装置；加热铁铬铝材料，其绕成螺旋管形状；在螺旋管外部，包裹两层陶瓷材料，将铁铬铝螺线管所产生的热量尽可能得向内部流动；在螺线管内部增加一圈陶瓷材料，在陶瓷管中间放入一根铜管，通过热电偶感温测量元件来测温，采用自动化温控器与系统控制处理器来控制加热的时间以及保温温度。
（三）有益效果
本发明与现有技术相比较，其具有以下有益效果：本发明的变温杨氏模量测量仪，便于教师的教学，加入显示屏显示多组数据，便于学生处理数据；其机械化程度高，测量精确，可变温，数据处理方便，适用于教学和科研，也可用于工程试验。
附图说明
图1是本发明的变温杨氏模量测量仪整体结构示意图。
图2是本发明的系统控制处理器结构运算示意图。
1-测量仪器台；2-弹性元件；3-干燥箱；4-电阻应变片；5-待测材料体；6-数据线；7-系统控制处理器；8-LCD显示屏；9-步进电机；10-拉力传感器；11-加热装置；12-热电偶感温测量元件。
具体实施方式
如附图所示的一种变温杨氏模量测量仪，包括测量仪器台1及上端安装的步进电机9，内部安装有系统控制处理器7；所述的步进电机9通过右侧的弹性元件2连接待测材料体5及拉力传感器10，且拉力传感器10连接干燥箱3及其表面的电阻应变片4，同时通过数据线6连接系统控制处理器7；所述的干燥箱3下端安装有加热装置11和热电偶感温测量元件12，且由数据线6连接系统控制处理器7；所述的系统控制处理器7内部MATLAB获取并保存串口多组数据后连接LCD显示屏8。
其中，所述的步进电机9将脉冲信号转变成角位移或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速和停止的位置只取决于脉冲信号的频数和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的；这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性误差而无累积误差的特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；所述的拉力传感器10将被测体（弹性元件）在外力的作用下产生弹性形变，干燥箱3使粘贴在它表面的电阻应变片4也同时产生变化，电阻应变片4在变形后也将产生电阻变化，再通过相应的电路，将电阻变化改变成电信号（电压或是电流），从而完成了将外力变化转变成电信号；所述的测量仪器台1内部设置有热电偶感温测量元件12，其将温度信号转换为热电势信号，通过电气仪表转化为被测介质5的温度，测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，两端之间就存在热电动势，两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下；在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响，热电偶感温测量元件12接入测量仪表，测得热电动势后，显示被测介质的温度；所述的变温杨氏模量测量仪中间增加了加热装置11；加热铁铬铝材料，其绕成螺旋管形状；在螺旋管外部，包裹两层陶瓷材料，将铁铬铝螺线管所产生的热量尽可能得向内部流动；在螺线管内部增加一圈陶瓷材料，在陶瓷管中间放入一根铜管，通过热电偶感温测量元件12来测温，采用自动化温控器与系统控制处理器7来控制加热的时间以及保温温度。
本发明的变温杨氏模量测量仪具体测量内容如下；（1）首先给仪器通电，检测按钮的状态，红色按钮处于高电平状态时，电机开始工作。电机在螺旋轨道上带动材料运动，当拉力传感器感应到拉力突变时，会停留3秒，同时串口显示原长数据，并保留到数组中，三秒后，电机继续拉动薄带，形变每增加5um时，记录一次应力和应变的数据。到拉力拉到设置上限时，步进电机停止，回转到原点。这时MATLAB读取完数据后，作出应变与应力的比值拟合图，并可以将原长、杨氏模量显示在图中；此外按下另一按钮，可在显示屏上显示原长及多组数据。若通过加热装置对材料进行加温，将改变材料的温度，重复上述过程，可测出不同温度下待测材料的杨氏模量；（2）利用逐差法测量其它材料丝后通过与MATLAB编程处理等到改丝数据对比。
本发明的变温杨氏模量测量仪便于教师的教学，加入显示屏显示多组数据，便于学生处理数据；其机械化程度高，测量精确，可变温，数据处理方便，适用于教学和科研，也可用于工程试验。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (1)
1.一种变温杨氏模量测量仪，其特征在于：包括测量仪器台（1）及上端安装的步进电机（9），内部安装有系统控制处理器（7）；所述的步进电机（9）通过右侧的弹性元件（2）连接待测材料体（5）及拉力传感器（10），且拉力传感器（10）连接干燥箱（3）及其表面的电阻应变片（4），同时通过数据线（6）连接系统控制处理器（7）；所述的干燥箱（3）下端安装有加热装置（11）和热电偶感温测量元件（12），且由数据线（6）连接系统控制处理器（7）；所述的系统控制处理器（7）内部MATLAB获取并保存串口多组数据后连接LCD显示屏（8）；
所述的步进电机（9）是将脉冲信号转变成角位移或线位移的开环控制元件，在非超载的情况下，电机的转速和停止的位置只取决于脉冲信号的频数和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的；这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性误差而无累积误差的特点，使得在速度、位置控制领域用步进电机来控制变得非常的简单；通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；
所述的变温杨氏模量测量仪中间增加了加热装置（11）；加热铁铬铝材料，其绕成螺旋管形状；在螺旋管外部，包裹两层陶瓷材料，将铁铬铝螺线管所产生的热量尽可能地向内部流动；在螺线管内部增加一圈陶瓷材料，在陶瓷管中间放入一根铜管，通过热电偶感温测量元件（12）来测温，采用自动化温控器与系统控制处理器（7）来控制加热的时间以及保温温度；
变温杨氏模量测量仪具体测量内容如下；（1）首先给仪器通电，检测按钮的状态，红色按钮处于高电平状态时，电机开始工作；电机在螺旋轨道上带动材料运动，当拉力传感器感应到拉力突变时，会停留3秒，同时串口显示原长数据，并保留到数组中，三秒后，电机继续拉动薄带，形变每增加5um时，记录一次应力和应变的数据；到拉力拉到设置上限时，步进电机停止，回转到原点；这时MATLAB读取完数据后，作出应变与应力的比值拟合图，并可以将原长、杨氏模量显示在图中；此外按下另一按钮，可在显示屏上显示原长及多组数据；若通过加热装置对材料进行加温，将改变材料的温度，重复上述过程，可测出不同温度下待测材料的杨氏模量；（2）利用逐差法测量其它材料丝后通过与MATLAB编程处理得到该丝数据对比；
变温杨氏模量测量仪便于教师的教学，加入显示屏显示多组数据，便于学生处理数据；其机械化程度高，测量精确，可变温，数据处理方便，适用于教学和科研，也可用于工程试验；
所述的拉力传感器（10）将被测体在外力的作用下产生弹性形变，干燥箱（3）使粘贴在它表面的电阻应变片（4）也同时产生变化，电阻应变片（4）在变形后也将产生电阻变化，再通过相应的电路，将电阻变化改变成电信号，从而完成了将外力变化转变成电信号；
所述的测量仪器台（1）内部设置有热电偶感温测量元件（12），其将温度信号转换为热电势信号，通过电气仪表转化为待测材料体（5）的温度，测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，两端之间就存在热电动势，两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下；在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同，热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响，热电偶感温测量元件（12）接入测量仪表，测得热电动势后，显示被测介质的温度。
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