CN201583451U - 杨氏模量测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种杨氏模量测量仪，包括基座(1)，其特征在于：所述的基座(1)上横向活动设置有动镜(2)，动镜(2)的一端通过设置在基座端部的定滑轮(3)与拉力发生装置(4)连接，在动镜(2)另一端的基座(1)上还纵向依次设置有半透膜分光板(5)、补偿板(6)和定镜(7)，在与动镜(2)、补偿板(6)纵向同线方向上还设置有显示板(8)。它是一种结构巧妙，使用方便，直接测量被测物的形变量，测量结果准确的杨氏模量测量仪。

Description

杨氏模量测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种物理量测量仪，尤其是一种用于测量杨氏模量的测量仪。

背景技术

杨氏弹性模量(简称杨氏模量)是描述固体材料弹性形变能力的一个重要物理量，也是工程技术中选用材料的重要参量之一；其常用的计算公式是 $Y=\frac{\mathrm{\ΔF}}{S}\·\frac{L}{\mathrm{\ΔL}}=\frac{4\mathrm{FL}}{{\mathrm{\πd}}^2\mathrm{\ΔL}}$ (其中钢丝的长度为L，S为其横截面积，直径为d，沿长度方向受到外力为F，在此力作用下其伸长量为L)。现有技术中杨氏模量主要的测量方法是光杠杆法：

光杠杆法测量装置主要由望远镜、支架、金属丝固件，小反射平面镜、标尺、砝码、螺旋测微计、游标卡尺、米尺等构成。测量过程中调节使得从望远镜能清晰的看到标尺的像。然后逐渐加砝码使得金属丝被拉长，通过金属丝伸长的微小长度、小反射平面镜转过的角度及望远镜像中标尺读数差关系(前后两次的读数差为，其中n1，n0分别为加不同砝码后的标尺的读数)得到；

再用螺旋测微计测出钢丝的直径d和光杠后足尖至前两足尖连线的垂直距离b，将之代入计算公式①中得

杨氏弹性模量 $Y=\frac{5\mathrm{FLD}}{{\mathrm{\πd}}^2\mathrm{b\Δn}}$

传统的杨氏模量测量方法-光杠杆法，会有以下缺点：主要是误差较大(具体3％)其误差的主要来源(不考虑仪器本身的问题)：将微小的长度通过杠杆的方法进行放大，然后进行测定，但是会出现标尺在镜子的像难出现，难调节的问题，这就造成测量误差较大；传统的测量中，是将非竖直平面的光路近似看成是同一竖直平面的光路，这也产生了误差；传统的测量中，通过望远镜观察，产生的视觉差不易消除，也会产生实验误差。

发明内容

本实用新型是为了解决现有技术所存在的上述问题，提供一种结构巧妙，使用方便，直接测量被测物的形变量，测量结果准确的杨氏模量测量仪。

本实用新型的具体解决方案是：一种杨氏模量测量仪，包括基座1，其特征在于：所述的基座1上横向活动设置有动镜2，动镜2的一端通过设置在基座端部的定滑轮3与拉力发生装置4连接，在动镜2另一端的基座1上还纵向依次设置有半透膜分光板5、补偿板6和定镜7，在与动镜2、补偿板6纵向同线方向上还设置有显示板8。

本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：

本装置巧妙地利用了光波波长来测量微小的长度变化量，省去了传统的测量数据的间接转化，能够最大限度地减小测量误差和计算误差，帮助操作人员准确地得到所需的杨氏模量；并且本装置结构简单，操作容易，具备广泛的前景，十分有利于在本领域中推广应用。

附图说明

图1是本实用新型的主视图。

图2是本实用新型的俯视图。

图3是本实用新型在拉力F1下的光路图。

图4是本实用新型在拉力F2下的光路图。

具体实施方式

下面将结合附图说明本实用新型的具体实施方式。如图1、图2、图3、图4所示：一种杨氏模量测量仪，包括作为基础的基座1，在基座1上横向活动设置有动镜2，动镜2的一端通过设置在基座端部的定滑轮3与拉力发生装置4连接，在动镜2另一端的基座1上还纵向依次设置有半透膜分光板5、补偿板6和定镜7，在与动镜2、补偿板6纵向同线方向上还设置有显示板8，在使用时光源放置在半透膜分光板5一侧。

首先将待测金属丝的一端固定在基座1上，另一端与动镜2连接，然后通过拉力发生装置4分两次对动镜2施以F1和F2的拉力，具体过程如下：缓慢的旋转液压仪旋钮，使之产生能够带动动镜2移动的力，当看到干涉屏上干涉环出现“涌出”或“陷入”时，停止旋转，并记下此时显示屏上的读数，记为F1；继续旋转旋钮，同时观察并数出干涉屏上的干涉环“涌出”或“陷入”的数目，记为n，此时停止旋转旋钮，并记下此时显示屏上的读数，为F2。

在此过程中，定镜虚像9和动镜2之间间隔发生改变，从而产生了光程差，记为2ΔL；

则 $\mathrm{\ΔL}=\frac{\mathrm{n\λ}}{2}$ (λ表示激光光源的波长)

显然待测钢丝伸长长度为ΔL

又由于动镜2在移动的过程中所受的合力就为F′：

F′＝F-f    (f为系统摩擦力)

当显示屏读数为F1时，动镜受到的力F1′＝F1-f；

当显示屏读数为F2时，动镜受到的力F2′＝F2-f；

所以，待测钢丝产生ΔL所需的拉力为ΔF

则：ΔF＝F2′-F1′

又测得钢丝的直径为d，则钢丝的横截面积.

将钢丝的伸长量、横截面积以及受到的力带入公式①式，得

$Y=\frac{\mathrm{\ΔF}}{S}\frac{L}{\mathrm{\ΔL}}=\frac{4\mathrm{\ΔF}}{d^2\mathrm{\π}}\·\frac{2L}{\mathrm{n\λ}}$

公式③之中的所有数据都为已知数据或直至测量得到的数据，直接计算机可得到所需的杨氏模量。

Claims (1)

1.一种杨氏模量测量仪，包括基座(1)，其特征在于：所述的基座(1)上横向活动设置有动镜(2)，动镜(2)的一端通过设置在基座端部的定滑轮(3)与拉力发生装置(4)连接，在动镜(2)另一端的基座(1)上还纵向依次设置有半透膜分光板(5)、补偿板(6)和定镜(7)，在与动镜(2)、补偿板(6)纵向同线方向上还设置有显示板(8)。

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