CN202939142U - 金属线膨胀系数的测定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种金属线膨胀系数的测量装置，其中读数显微镜通过固定环固定在显微镜调节杆上，铜框上与读数显微镜上的物镜正对的侧壁上刻有一条横线；铜框设置在垫片的上端面上，垫片的下端面与被测金属管上端接触；用于测量被测金属管温度的温度传感器和加热带的线与PID温度控制器连接；被测金属管置于加热带的内腔中，加热带通过电热丝加热，使被测金属管温度升高，被测金属管加热后膨胀将铜框顶起；在读数显微镜目镜后方安装CCD摄像机，从而将读数显微镜的光学图像汇聚到CCD摄像机上。该测量装置采用CCD系统代替眼睛便于更精确地观测，误差小，并且能够减轻视疲劳。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种教学实验设备，具体指利用CCD测定金属线胀系数的实验装置，属于物理实验测量技术领域。
背景技术
绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于物体内部分子热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪器的制造中，在材料的加工中，都应考虑到，否则，将影响结构的稳定性和仪表的精度。
材料的线膨胀系数是材料受热膨胀时，在一维方向上的伸长，线胀系数是选用材料的一项重要指标。设Lt表示温度t时物体的长度，dL表示温度变化dt时物体长度的变化，定义
αt为物体在温度时的线胀系数，其物理意义是固体的温度每升高1℃时的相对升长量。它不仅与物体的材料有关，还与温度有关。但是除了在物体熔点附近有很大的突变外，在其他温度范围内变化不大。因此，在远离固体熔点，而且温度变化范围不大时，可以引进一个平均线胀系数的概念，即
式中L1和L2分别为物体在温度t1和t2时的长度，一般固体材料的α值很小，所以ΔL＝L2-L1也很小，因此本实验成功的关键之一就是测准ΔL的问题，我们通常采用光杠杆法测量ΔL。
用光杠杆法测量微小长度变化原理测定金属线胀系数的不足之处在于:
1、占地面积大。为了达到光杠杆的放大倍数，望远镜与光杠杆的距1.2米—1.9米之间。
2、光路调节困难。由于采用望远镜反射式读数，要准确达到光路调节比较困难。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有金属线膨胀系数的测量装置存在占用场地大、望远镜调节费时，致使测量结果误差较大的问题，而提供了一种金属线膨胀系数的测量装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种金属线膨胀系数的测定装置，其特征在于：读数显微镜通过固定环固定在显微镜调节杆上，铜框上与读数显微镜上的物镜正对的侧壁上刻有一条横线；铜框设置在垫片的上端面上，垫片的下端面与被测金属管上端接触；用于测量被测金属管温度的温度传感器和加热带的线与PID温度控制器连接；被测金属管置于加热带的内腔中，加热带通过电热丝加热，使被测金属管温度升高，被测金属管加热后膨胀将铜框顶起；在读数显微镜目镜后方安装CCD摄像机，从而将读数显微镜的光学图像汇聚到CCD摄像机上。
优选地，所述读数显微镜的高度通过显微镜调节杆来调节。
优选地，在读数显微镜镜筒内安装一个分度为0.05mm的光学刻度板。
优选地，将CCD摄像机的视频再变成视频电信号，经视频电缆传送到图文显示器，即可供多人同时观测。
测量温度可从室温开始，每升高一定温度，通过转动读数显微镜上的鼓轮，在读数显微镜上的目镜中看到的十字刻线与铜框上横线重合，从而读出横线的位置数值，对某一种金属在室温至100℃之间测出至少三组数据，利用最小二乘拟合给出电压值与位移量的线性拟合方程，线性方程的比例系数k对同一套设备为固定值。因此，利用该拟合线性方程由电压的改变量可算出任意待测金属管的微小的形变量，从而实现对任意金属的线胀系数测量。本实用新型的金属线膨胀系数的测定装置采用CCD系统代替眼睛便于更精确地观测，误差小，并且能够减轻视疲劳。
附图说明
图1是本实用新型的金属线膨胀系数的测定装置中对被测金属管进行加热的装置示意图；
图2是本实用新型的金属线膨胀系数的测定装置的示意图；
其中附图标记分别代表：1.温度传感器，2.保温管，3.被测金属管，4.加热带，5.PID温度控制器，6.铜框，7.垫片，8.读书显微镜，9.目镜，10.物镜，11.CCD摄像机，12，显微镜调节杆，13.CCD调节杆。
具体实施方式
由于被测金属管伸长量ΔL的值很小，因此这里ΔL的测量采用显微镜和CCD成像系统进行测量。一种金属线膨胀系数的测量装置，其特征在于：读数显微镜通过固定环固定在显微镜调节杆上，所述读数显微镜的高度通过显微镜调节杆来调节。铜框上与读数显微镜上的物镜正对的侧壁上刻有一条横线。铜框设置在垫片的上端面上，垫片的下端面与被测金属管上端接触。用于测量被测金属管温度的温度传感器和加热带的线与PID温度控制器连接。被测金属管置于加热带的内腔中，加热带通过电热丝加热，使被测金属管温度升高，被测金属管加热后膨胀将铜框顶起。在读数显微镜镜筒内安装一个分度为0.05mm的光学刻度板，调节显微镜的位置和目镜，使镜筒内的刻度与十字叉丝板上的十字叉丝重合且清晰，在读数显微镜目镜后方安装CCD摄像机，再调节CCD摄像机的位置、焦距和光圈，从而将读数显微镜的光学图像汇聚到CCD摄像机上。最后，将CCD摄像机的视频再变成视频电信号，经视频电缆传送到图文显示器，即可供多人同时观测。
测量温度可从室温开始，每升高一定温度，通过转动读数显微镜上的鼓轮，在读数显微镜上的目镜中看到的十字刻线与铜框上横线重合，从而读出横线的位置数值，对某一种金属在室温至100℃之间测出至少三组数据，利用最小二乘拟合给出电压值与位移量的线性拟合方程，线性方程的比例系数k对同一套设备为固定值。因此，利用该拟合线性方程由电压的改变量可算出任意待测金属管的微小的形变量，从而实现对任意金属的线胀系数测量。本实用新型的金属线膨胀系数的测定装置采用CCD系统代替眼睛便于更精确地观测，误差小，并且能够减轻视疲劳。
Claims (3)
1.一种金属线膨胀系数的测定装置，其特征在于：读数显微镜通过固定环固定在显微镜调节杆上，铜框上与读数显微镜上的物镜正对的侧壁上刻有一条横线；铜框设置在垫片的上端面上，垫片的下端面与被测金属管上端接触；用于测量被测金属管温度的温度传感器和加热带的线与PID温度控制器连接；被测金属管置于加热带的内腔中，加热带通过电热丝加热，使被测金属管温度升高，被测金属管加热后膨胀将铜框顶起；在读数显微镜目镜后方安装CCD摄像机，从而将读数显微镜的光学图像汇聚到CCD摄像机上。
2.根据权利要求1所述的金属线膨胀系数的测定装置，其中所述读数显微镜的高度通过显微镜调节杆来调节。
3.根据权利要求1所述的金属线膨胀系数的测定装置，其中在读数显微镜镜筒内安装一个分度为0.05mm的光学刻度板。
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