CN202956351U - 一体式线胀系数测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种一体式固体材料线胀系数测定装置，属于实验仪器。其外壳内设有加热炉、温度传感器、温控主机、激光电源箱；外壳上部安装标有刻度的立杆，立杆上端安装标尺，二者互成直角；标尺上安装有两个激光源和一个水准仪，一个光源指向平面镜另一个指向立杆；光杠杆主杆标刻度；平面镜水平放置，其背面安装有一个激光源并指向立杆，侧面安装水准仪。镜面和标尺都水平时，通过激光源所指立杆刻度，可直接读出平面镜至标尺距离；待测材料、加热炉、立杆组成通风散热通道并安装专用开关，降温时打开此开关可以加快散热过程。本实用新型具有占用场地小，操作简单，完成实验所需时间短，测量精度高，数据直接读取，测量过程无人为干扰等特点。

Description

一体式线胀系数测定仪

技术领域：

本实用新型涉及一种一体式线胀系数测定仪，属于实验仪器。

技术背景：

测量固体的线胀系数是大一物理实验的一个重要实验，目前采用较为普遍的是光杠杆放大法，但现有的固体线胀系数测定仪的加热炉和光杠杆系统是分立的。光杠杆放置至于加热炉的上部，标尺放在一定距离外的另一实验台上。光杠杆和标尺所构成的光学系统一经调节好后，在实验过程中就不可再移动，但由于实验人员在观测过程中往往会引起实验台面的微小变形和振动等因素，对准确读取数据造成干扰。此外，光杠杆前后足长度及平面镜至标尺距离的人工测量等工作略显繁琐。由于整套仪器是分立的且标尺与加热炉相距超过一米，导致占用场地较大。待测材料的降温过程较慢，导致完成实验需要花费较长的时间。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种一体式固体线胀系数测定仪，该产品占用场地小、操作简单，完成实验耗时短，实验数据直接读取准确且不易受干扰，能够做到客观、唯一。

技术解决方案：

本实用新型包括标尺、光杠杆、外壳、加热炉，立杆安装在外壳上，立杆上设有刻度值，立杆与标尺相互垂直安装在一起，光杠杆放置于外壳上，光杠杆上设有平面镜、主杆，平面镜水平放置，主杆上设有刻度值，平面镜底部设有激光器，激光器与电源连接；标尺上设有第一激光器和第二激光器，第一激光器光线指向平面镜，第二激光器光线指向立杆的刻度值。

所述立杆顶部设有套筒，套筒通过调节螺钉与立杆连接，套筒上固定安装有压板，压板上固定安装标尺，压板与标尺之间设有弹簧。

所述标尺上设有第一水准仪。

所述平面镜侧面设有第二水准仪。

所述立杆采用中空管，加热炉下部的绝热材料设有通风口，通风口与加热炉内的待测材料管对接，加热炉底部设有通风道，通风道与中空立杆连通，形成通风散热通道，通风道上设有开关。

特点及优点如下：

1)本实用新型结构紧凑，变传统的分立式、光路横向光杠杆系统为一体式、光路竖向光杠杆系统，节省场地。

2)本实用新型完成实验所需时间短。

3)本实用新型操作简单，没有繁琐的测量环节，可以单人操作。

4)本实用新型所有数据都是直读，没有人为干扰，数据客观、唯一。

5)本实用新型的部件如有损坏，可直接拆卸、更换，维修简便、快速；维护及使用成本低，易于在全国高校推广。

附图说明：

图1本实用新型整体结构示意图；

图2本实用新型标尺面结构示意图。

具体实施方式：

见图1、图2，本实用新型立杆2安装在外壳4上，立杆2上设有刻度值20，立杆2顶部设有套筒21，套筒21通过调节螺钉22与立杆2连接，套筒21上固定安装有压板23，压板23上固定安装标尺1，压板23与标尺1之间设有弹簧26，将标尺1垂直安装在立杆2上，标尺1上设有第一水准仪15；光杠杆3放置于外壳4上，光杠杆3上设有平面镜28、主杆27，平面镜28水平放置，平面镜28侧面安装第二水准仪30，主杆27上设有刻度值，平面镜28底部设有激光器，激光器29与电源11连接；标尺1上设有第一激光器16和第二激光器17，第一激光器16光线指向平面镜，第二激光器17光线指向立杆2的刻度值20。

本实用新型的立杆2采用中空管，加热炉6下部的绝热材料7设有通风口8，通风口8与加热炉6内的待测材料管5对接，加热炉6底部设有通风道13，通风道13与中空立杆2连通，形成通风散热通道，通风道上设有开关9。

检测时，待测材料5升温过程中关闭开关9，待测材料5降温过程中打开开关9可以加快散热过程。第一激光源16的光线指向平面镜28，第二激光源17的光线指向并平行立杆刻度20，用来指示标尺1的高度，第一水准仪15用来指示标尺是否水平。光杠杆3上平面镜28背面安装的激光源29的光线指向并平行立杆刻度20，用来指示平面镜28的高度，平面镜28上的第二水准仪30，用来指示平面镜28是否水平。

标尺1——采用轻质有机玻璃制造，标有毫米刻度，刻度范围是-30cm∽30cm，尺面开有槽，用来安装水准仪和第一和第二激光源，尺子中部有两个螺孔，用来与立杆组合；

立杆2——采用绝热有机玻璃管制造，管身标有毫米刻度，刻度范围是0-150cm，其下端外表面有螺纹，用来把立杆安装在外壳上；

光杠杆3——主杆用钢质材料制成，平面镜外壳用硬塑料制成，平面镜用玻璃制造，平面镜外壳的侧面和背面开槽，水准仪卡在侧面的槽内，激光源卡在背面的槽内。

外壳4——采用强度高、散热性好、轻质材料制成，内设有加热炉、温度传感器、温控主机、半导体激光电源箱、绝热材料、通风道；

待测材料5——各类金属管材，插在加热炉内；

加热炉6——安装在外壳的左侧内；

绝热材料7——采用硬质材料制成，有通风口，垫在加热炉的下部；

通风口8——联通待测材料、通风道、立杆；

通风道开关9——绝热硬质材料制成，其旋转片安装在外壳内的通风道内、旋转把手安装在外壳外部，可以随时关闭通风散热通道；

温控主机10——安装有数字温度计显示器、外接电源线、插头及开关，通过导线与加热炉连接，通过数据线与数字温度计连接，控制范围是从室温至110℃；

激光电源箱11——安装有外接电源线、插头，通过导线与三个半导体激光源相连；

数字温度计12——安装在加热炉内壁，通过数据线与温控主机相连；

通风道13——安装在外壳内，用来连通待测材料和立杆，组成通风散热通道；

导线14——连接激光电源箱和半导体激光源；

水准仪15——用透明硬塑料制成，卡在标尺的槽内；

第一激光源16——用半导体制成，“一”字形，卡在标尺的槽内，通过导线与激光电源箱连接，其光线指向平面镜；

第一激光源17——用半导体制成，“一”字形，卡在标尺的槽内，通过导线与激光电源箱连接，其光线指向立杆刻度；

标尺螺孔18——用来穿螺钉；

立杆螺纹19——通过它把立杆固定在外壳上；

立杆刻度20——可以指示光杠杆和标尺的高度；

套筒21——套在立杆上部；

螺钉22——用来把套筒固定在立杆上；

压板23——用来吊挂标尺；

螺钉24——把压板和套筒连接在一起；

螺钉25——穿过压板、弹簧、标尺，把压板和标尺组合在一起；

弹簧26——和螺钉25一起调节标尺的水平，21-26均为钢质材料制成，通过他们把标尺和立杆组合在一起；

光杠杆主杆27——钢质材料，刻有毫米刻度，刻度范围是0-20cm，通过它可以读出光杠杆前后足之间的距离；

平面镜28——镜面水平向上，把标尺上激光源射来的光反射到标尺上；

激光源29——用半导体制成，“一”字形，安装在平面镜外壳背面的槽内，其光线指向立杆刻度；

水准仪30——用透明硬塑料制成，卡在平面镜外壳侧面的槽内。

实验过程：

把待测材料5放入加热炉6内，光杠杆3的后足搭在待测材料5的上端。打开激光电源11，调节标尺1水平，根据第二激光源17所指的立杆刻度20，读出标尺1的高度D₁；调节平面镜28水平，根据激光源29所指的立杆刻度20，读出平面镜28的高度D₂；D₁-D₂即为标尺面与平面镜的距离D。从光杠杆3的主杆27读出前后足距离h。

关闭通风散热通道开关9，打开温控系统10，当温度变化Δt时待测材料5受热膨胀伸长，其长度变化了ΔL，导致光杠杆3的后足被抬高，引起光杆3的平面镜28倾斜并与水平线产生一个夹角θ，平面镜28的法线偏移了角度θ；平面镜28倾斜后，反射的激光改变方向并与第一激光源16发出的光线形成2θ夹角，导致光斑在标尺1上移动到新的刻度，两次刻度差为Δd。随着温度的不断升高，实验者会测得若干Δd值。

当温控系统10显示85.0℃时，关闭加热炉6，打开通风通道开关9。待测材料5降温过程中，随着其长度的变短，标尺1上的光斑反方向移动，实验者会测得另外若干Δd值，利用逐差法计算Δd的平均值。把相关数据带入光杠杆放大原理公式

${\mathrm{\α}}_l=\frac{\mathrm{\Δdh}}{2\mathrm{DL\Δt}}$

即可算出线胀系数α_l的值。实验过程完成。

Claims (5)

1.一体式固体材料线胀系数测定仪，包括标尺(1)、光杠杆(3)、外壳(4)、加热炉(6)，其特征在于，立杆(2)安装在外壳(4)上，立杆(2)上设有刻度值，立杆(2)与标尺(1)相互垂直安装在一起，光杠杆(3)放置于外壳(4)上，光杠杆(3)上设有平面镜(28)、主杆(27)，平面镜(28)水平放置，主杆(27)上设有刻度值，平面镜(28)底部设有激光器(29)，激光器(29)与电源(11)连接；标尺(1)上设有第一激光器(16)和第二激光器(17)，第一激光器(16)光线指向平面镜，第二激光器(17)光线指向立杆(2)的刻度值。

2.根据权利要求1所述的一体式固体材料线胀系数测定仪，其特征在于，立杆(2)顶部设有套筒(21)，套筒(21)通过调节螺钉(22)与立杆(2)连接，套筒(21)上固定安装有压板(23)，压板(23)上固定安装标尺(1)，压板(23)与标尺(1)之间设有弹簧(26)。

3.根据权利要求2所述的一体式固体材料线胀系数测定仪，其特征在于，标尺(1)上设有第一水准仪(15)。

4.根据权利要求1所述的一体式固体材料线胀系数测定仪，其特征在于，平面镜(28)侧面设有第二水准仪(30)。

5.根据权利要求1所述的一体式固体材料线胀系数测定仪，其特征在于，立杆(2)采用中空管，加热炉(6)下部的绝热材料(7)上设有通风口(8)，通风口(8)与加热炉(6)内的待测材料管(5)对接，加热炉(6)底部设有通风道(13)，通风道(13)与立杆(2)连通，形成通风散热通道，通风道(13)上设有开关(9)。

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