CN201122140Y - 一种杨氏弹性模量测量仪 - Google Patents

Abstract

一种杨氏弹性模量测量仪，主要应用于大专院校物理实验教学。它含杨氏弹性模量测试仪、磁铁盒、试样支撑刀口、杠杆支撑台、刀口装置、砝码、千分尺、千分尺固定架、杠杆装置、平台、试样、支架、底座。千分尺定标后得到霍耳位置传感器的灵敏度，金属横梁试样中间中受力产生形变，试样的形变使杠杆装置转动，杠杆装置中的霍耳位置传感器也随之在磁铁盒中产生位移，并输出霍耳电势差，由杨氏弹性模量测试仪的电压表测量，根据已定标得到的霍耳位置传感器的灵敏度即可求得试样的形变量，从而得到试件的杨氏弹性模量。

Description

一种杨氏弹性模量测量仪

所属技术领域

本实用新型涉及一种杨氏弹性模量测量仪，主要应用于大专院校物理实验教学。

背景技术

固体材料杨氏弹性模量的测量是高等院校理工科物理实验教学中必做实验项目之一，目前用于物理实验教学测量杨氏弹性模量的仪器主要有三种：一种是采用拉伸法，金属丝的上端固定于支架上，下端挂砝码，测出金属丝在力的作用下的伸长量，根据胡克定律求得金属丝的杨氏弹性模量；第二种是采用共振法，用某种频率的信号源激发两端自由的圆柱杆时，波在试样中传播，由于边界条件的限制而发生反射，反射和干涉的结果在试样中形成驻波，若驻波的频率与试样的固有振动频率的基频相同时，试样就处于共振状态，通过共振现象测出振动的基频频率，从而求得试样的杨氏弹性模量；第三种是采用弯梁法，长度为L，厚度为a，宽度为b的金属横梁，置于间隔距离为d的两刀口之间，如果在梁的中心位置置一平行于两支撑刀口的刀口，并通过中间刀口施加压力，测梁的中心将下降ΔZ，则横梁的杨氏弹性模量为 $Y=\frac{d^3\mathrm{Mg}}{4a^3\mathrm{b\ΔZ}}$ 式中，M为加在中间刀口上的砝码质量，g为当地的重力加速度，目前，测量ΔZ的方法是采用读数显微镜，由于读数显微镜的视野小，调节、测量繁杂，因此，这是弯梁法的不足。

发明内容：

为了解决弯梁法采用读数显微镜存在的视野小，调节、测量繁杂等不足，本实用新型提供一种新型杨氏模量测量仪，该杨氏弹性模量测量仪，采用千分尺定标、测量、使得测量直观和简单。

本实用新型解决其技术上问题所采用的技术方案是：它含杨氏弹性模量测试仪、磁铁盒、试样支撑刀口、杠杆支撑台、刀口装置、砝码、千分尺、千分尺固定架、杠杆装置、平台、试样、支架、底座。杨氏弹性模量测试仪含机箱、电缆座、电压表、电源开关。杠杆装置含霍耳位置传感器、杠杆、上尖顶、转动尖顶、下尖顶。刀口装置含连杆平台、连杆、水平刀口、砝码盒。底座上平行立有开了试样支撑刀口的两支架，两支架的试样支撑刀口支撑试样，试样的中间位置挂有刀口装置。两支架上搭有平台，平台的中间开有圆孔，平台的一端放有磁铁盒，磁铁盒内装有两块平行放置并相隔一定距离的同极相对的相同的磁铁，平台的中间位置与磁铁盒之间固定有杠杆支撑台，刀口装置的连杆穿过平台的中间圆孔，连杆平台与杠杆支撑台处于同一高度，平台的另一端有千分尺固定架，千分尺固定架上装有千分尺。杠杆装置的转动尖顶置于杠杆支撑台上，杠杆装置的下尖顶置于刀口装置的连杆平台上，由于杠杆装置下尖顶端比另一端重，因此，杠杆装置的下尖顶尖端在重力的作用始终落在刀口装置的连杆平台上，杠杆装置的另一端装有霍耳位置传感器，置于磁铁盒的中间位置，霍耳位置传感器通过电缆与杨氏弹性模量测试仪的电缆座电连接。在刀口装置的砝码盒中加入砝码时，砝码的重力通过刀口装置的水平刀口作用在试件中间处，试件产生形变，刀口装置的连杆平台下降，杠杆装置的下尖顶随之下降，杠杆装置即以转动尖顶的尖端为转轴转动，霍耳位置传感器也随之在磁铁盒中产生位移，霍耳电势差通过杨氏弹性模量测试仪的电压表测量。当试件不加砝码时，调节千分尺使其测量端面与杠杆装置的上尖顶尖端接触，当调节千分尺推动杠杆装置转动时，千分尺读数变化ΔL，杠杆装置绕转动尖顶尖端转动，霍耳位置传感器位移ΔX，霍耳电势差为ΔU，则霍耳位置传感器的灵敏度 $K=\frac{\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{\ΔU}}.$ 设试件在砝码重力Mg的作用下产生形变ΔZ₁，杠杆装置随之转动使霍耳位置传感器产生位移ΔX₁，霍耳电势差为ΔU₁，则ΔZ₁＝KΔU₁，由式 $Y=\frac{d^3\mathrm{Mg}}{4a^3\mathrm{b\Δ}{Z}_1}$ 即可求得试件的杨氏模量Y，式中，d为两支撑刀口之间的距离，M为所加砝码的质量，a为试件的厚度，b为试件的宽度，ΔZ₁为试件中心由于砝码重力作用下而下降的距离。

本实用新型的有益效果是，试样不加砝码时，当调节千分尺使其测量端面与杠杆装置的上尖顶尖端接触并推动杠杆装置转动时，千分尺读数变化ΔL，杠杆装置绕转动尖顶尖端转动，霍耳位置传感器在磁铁盒中产生位移ΔX，霍耳电势差为ΔU，则霍耳位置传感器的灵敏度 $K=\frac{\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{\ΔU}},$ 已知霍耳位置传感器的灵敏度K后，试件在砝码重力Mg的作用下产生形变ΔZ₁，则通过测量霍耳电势差为ΔU₁，利用式ΔZ₁＝KΔU₁即可简单方便的求得ΔZ₁，从而得到试件的杨氏弹性模量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中杨氏弹性模量测试仪结构示意图。

图3是图1中杠杆装置结构示意图。

图4是图1中刀口装置结构示意图。

图中1.杨氏弹性模量测试仪，2.磁铁盒，3.试样支撑刀口，4.杠杆支撑台，5.刀口装置，6.砝码，7.千分尺，8.千分尺固定架，9.杠杆装置，10.平台，11.试样，12.支架，13.底座，14.机箱，15.电缆座，16.电压表，17.电源开关，18.霍耳位置传感器，19.杠杆，20.上尖顶，21.转动尖顶，22.下尖顶，23.连杆平台，24.连杆，25.水平刀口，26.砝码盒。

具体实施方式

在图1中，底座(13)上平行立有开了试样支撑刀口(3)的两支架(12)，两支架(12)的试样支撑刀口(3)支撑试样(11)，试样(11)的中间位置挂有刀口装置(5)，两支架(12)上搭有平台(10)，平台(10)的中间开有圆孔，平台(10)的一端放有磁铁盒(2)，磁铁盒(2)内装有两平行放置并相隔一定距离的同极相对的相同的磁铁，平台(10)的中间位置与磁铁盒(2)之间固定有杠杆支撑台(4)。图4中的连杆(24)穿过图1中的平台(10)的中间圆孔，图4中的连杆平台(23)与图1中的杠杆支撑台(4)处于同一高度。图1中的平台(10)的另一端有千分尺固定架(8)，千分尺固定架(8)上装有千分尺(7)。图3中转动尖顶(21)置于图1中的杠杆支撑台(4)上，图3中的下尖顶(22)置于图4中的连杆平台(23)上，由于图4中的下尖顶(22)端比另一端重，因此，图3中的下尖顶(22)尖端在重力的作用始终落在图4中连杆平台(23)上，图3中杠杆(19)另一端装有霍耳位置传感器(18)置于图1中磁铁盒(2)的中间位置，图3中霍耳位置传感器(18)通过电缆与图2中的电缆座(15)电连接。在图4中的砝码盒(26)中加入砝码时，砝码的重力通过图4中的水平刀口(25)作用在图1中试件(11)中间处，图1中试件(11)产生形变，图4中的连杆平台(23)下降，图3中的下尖顶(22)随之下降，图1中的杠杆装置即以图3中转动尖顶(21)的尖端为转轴转动，图3中霍耳位置传感器(18)也随之在图1中磁铁盒(2)中产生位移，霍耳电势差通过图2中的电压表(16)测量。当图1中试件(11)不加砝码(6)时，调节千分尺(7)使其测量端面与图3中的上尖顶(20)尖端接触。在图1中，当调节千分尺(7)推动杠杆装置(9)转动时，千分尺(7)读数变化ΔL，杠杆装置(9)绕图3中转动尖顶(21)尖端转动，图3中霍耳位置传感器(18)位移ΔX，霍耳电势差为ΔU，则图3中霍耳位置传感器(18)的灵敏度 $K=\frac{\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{\ΔU}}.$ 设图1中试件(11)在砝码(6)的重力Mg的作用下产生形变ΔZ₁，图1中杠杆装置(9)随之转动使图3中霍耳位置传感器(18)产生位移ΔX₁，霍耳电势差为ΔU₁，则ΔZ₁＝KΔU₁，由式 $Y=\frac{d^3\mathrm{Mg}}{4a^3\mathrm{b\Δ}{Z}_1}$ 即可求得试件(11)的杨氏模量，式中，d为两支撑刀口(3)之间的距离，M为所加砝码(6)的质量，a为试件(11)的厚度，b为试件(11)的宽度，ΔZ₁为试件(11)中心由于砝码(6)重力作用下而下降的距离。

Claims (2)

1. 一种杨氏弹性模量测量仪，它含杨氏弹性模量测试仪、磁铁盒、试样支撑刀口、杠杆支撑台、刀口装置、砝码、千分尺、千分尺固定架、杠杆装置、平台、试样、支架、底座，杨氏弹性模量测试仪含机箱、电缆座、电压表、电源开关，杠杆装置含霍耳位置传感器、杠杆、上尖顶、转动尖顶、下尖顶，刀口装置含连杆平台、连杆、水平刀口、砝码盒，其特征是：底座上平行立有开了试样支撑刀口的两支架，两支架的试样支撑刀口支撑试样，试样的中间位置挂有刀口装置，刀口装置的连杆穿过平台的中间圆孔，连杆平台与杠杆支撑台处于同一高度，平台的另一端有干分尺固定架，千分尺固定架上装有千分尺，千分尺的测量端面与杠杆装置的上尖顶尖端接触。

2. 根据权利要求1所述的杨氏弹性模量测量仪，其特征是：两支架上搭有平台，平台的中间开有圆孔，平台的一端放有磁铁盒，磁铁盒内装有两块平行放置并相隔一定距离的同极相对的相同的磁铁。

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