CN203216884U - 金属线性膨胀系数实验仪 - Google Patents
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Abstract
一种金属线性膨胀系数实验仪，包括温度传感器、待测金属棒放置器、可加热容器、测量电路和由两个极板构成的电容，电容中一个极板与待测金属棒垂直固定连接，待测金属棒放在待测金属棒放置器内，待测金属棒放置器水平放置在可加热容器内，测量电路包括测量电容变化的振荡电路、用于接收振荡电路发出频率信号并计算极板间距变化的单片机和与单片机相连的显示器。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测量金属膨胀系数的设备，具体涉及一种金属线性膨胀系数实验仪。
背景技术
现阶段测量金属的线性膨胀系数主要是采用电热法和光杠杆法，实验仪器主要由望远镜、标尺、光杠杆、温度计、米尺和线膨胀系数测定仪组成。然而，用这种仪器进行测量会造成许多不便和产生不必要的误差。其主要原因是对望远镜调节存在较大的人为因素，读数时望远镜也存在视差，造成测量数据不准确；利用水银温度计测量温度不能及时的准确的记录且在读数时存在视差。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、携带方便、隐蔽性强且便于操作的携带方便的防身器械。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种金属线性膨胀系数实验仪，包括温度传感器、待测金属棒放置器、可加热容器、测量电路和由两个极板构成的电容，电容中一个极板与待测金属棒垂直固定连接，待测金属棒放在待测金属棒放置器内，待测金属棒放置器水平放置在可加热容器内，测量电路包括测量电容变化的振荡电路、用于接收振荡电路发出频率信号并计算极板间距变化的单片机和与单片机相连的显示器。
进一步地，振荡电路包括555定时器,555定时器外接多路电阻及调整电容。
进一步地，待测金属棒放置器包括玻璃管和位于玻璃管两端的橡胶塞。
进一步地，两个极板为两个完全相同的金属圆盘。
进一步地，温度传感器为热电阻温度传感器。
进一步地，可加热容器为水浴加热槽。
本实用新型有益效果：
利用电容测金属棒伸长量代替用光杠杆法测金属杆伸长量，不仅提高了实验的精确，而且使实验操作更简单；用热电阻温度传感器代替传统的水银温度计对待测金属棒放置器中温度进行测量，提高了温度测量的精确度，减小实验误差；用显示屏直接显示金属杆的伸长量，避免了读数误差，同时使实验操作更简单。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为振荡电路的原理图。
图3为整体电路原理图。
图中1、可加热容器，2、橡胶塞，3、玻璃管，4、温度传感器，5、待测金属棒，6、电容。
具体实施方式
为了便于本领域人员理解，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
参考附图1、2、3，一种金属线性膨胀系数实验仪，包括温度传感器4、待测金属棒放置器、可加热容器1、测量电路和由两个极板构成的电容6，电容中一个极板与待测金属棒5垂直固定连接，待测金属棒5放在待测金属放置器内，待测金属放置器水平放置在可加热容器1内，测量电路包括测量电容变化的振荡电路、用于接收振荡电路发出频率信号并计算极板间距变化的单片机和与单片机相连的显示器。
参考附图2，振荡电路包括555定时器，555定时器外接电阻R1.R2及调整电容C1。
本实施例中，待测金属放置器包括玻璃管3和位于玻璃管3两端的橡胶塞2；两个极板为两个完全相同的金属圆盘。
可加热容器1为水浴加热槽，实际操作中把盛有待测金属棒5的玻璃管3放到横放于水平面的水浴加热槽中进行水浴加热，待测金属棒5受热更均匀。更有利于控制水浴加热槽中水的温度，进而控制对待测金属棒5的加热速度，有利于控制动态平衡时的温度。这样对待测金属棒的温度变化速度进行较为精确的控制，提高了实验的精确度。
一、本实用新型的原理：利用两个完全相同的金属圆盘作为电容6的两极板，将其中一个极板与待测金属棒5的一端垂直固定，这样待测金属棒的伸长或缩短就能够改变极板间的距离，从而改变电容的大小。根据相应公式可知在其他条件不变的情况下，电容随待测金属棒5的伸长缩短而改变大小。测出电容的改变量就能够计算出电容极板间的距离，也就是待测金属棒5的伸长量。
电容原理：对于变极距电容传感器 ,其电容量 C0 和极板距离的关系为：
如果板间间距变化△d则有：
在误差允许的范围内,取低阶项：
由此可得：只需测出△C的值即可知道△d的值。
△C的值测定采用555定时器外接电阻R1.R2、调整电容C1，实现多谐振荡，产生不同的频率信号。由单片机测出频率，计算出电容的初始值，当极板间距变化时再通过单片机测出此刻频率，通过上面的公式可得极板变化值 。
该电路的振荡周期： T=0.7（R1+2R2）C，单片机将此周期（即频率值的倒数）捕捉进行相应运算得到电容的值。再通过比对前后两状态的电容值，进行公式运算可得电容器两极板间距变化值进而得待测金属棒5伸长量并在显示器上显示。技术关建是保证单片机测量微小位移的准确性和精确性。
二、使用过程如下：将待测金属棒5放到玻璃管3中，将温度传感器4放入，两头用橡胶塞2塞紧并固定（但要保证金属棒能够自由伸长）。把玻璃管3放到可加热容器1进行加热，使待测金属棒5受热更均匀。在进行测量读数时要保证温度动态平衡，最好温差不超过0.5℃。
三、结果分析与讨论
通过实验得：
1、改进实验前：用光杠杆测测金属伸长量的误差为±0.7mm。用公式
计算金属线胀系数，因为测金属伸长量带来的误差为±0.5×10-6
2、改进实验后
利用本实用新型做实验得以下数据：
“位移量”为设定的板间距变化量，“测量值”为本实用新型测得的数值。该数据单纯的说明了自制电容的精确度。由以上数据可得当极板间距变化越大时测量精度越高，故此在与该实验联合起来时应在温度较高时测量金属棒的伸长情况。
在实际的试验中我们得到的数据如下：L的长度为我们利用电容测得的长度
在实验中要注意：当温度达到T1时要保证水温几乎不再改变再进行金属棒伸长量数据的读取。通过实验验证该种改进提高了金属线性膨胀系数的精度，最小误差为±0.1×10-6用此种方法测得的数据较原有的精确度提高了5倍。
综上所述：利用电容实现了对待测金属棒的微小伸长量的测量，其精度达到 0.0001 mm。本实用新型的电容具有一般电容传感器的特性,温度稳定性好结构简单，适应性强动态响应好；利用温度传感器探测温，保证了待测金属棒温度的及时测量和精准测量。电路整体设计简单，数据处理的原理简单，使用的芯片价格便宜，具有较高的可行性与可操作性。实验改进后不仅精度提高了很多，而且操作更方便。
以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域人员根据上述说明进行修改或对部分技术特征进行等同替换，应该属于本实用新型请求保护的技术方案范围中。
Claims (6)
1.一种金属线性膨胀系数实验仪，其特征在于：包括温度传感器、待测金属棒放置器、可加热容器、测量电路和由两个极板构成的电容，电容中一个极板与待测金属棒垂直固定连接，待测金属棒放在待测金属棒放置器内，待测金属棒放置器水平放置在可加热容器内，测量电路包括测量电容变化的振荡电路、用于接收振荡电路发出频率信号并计算极板间距变化的单片机和与单片机相连的显示器。
2.根据权利要求1所述金属线性膨胀系数实验仪，其特征在于：振荡电路包括555定时器,555定时器外接多路电阻及调整电容。
3.根据权利要求1或2所述金属线性膨胀系数实验仪，其特征在于：待测金属棒放置器包括玻璃管和位于玻璃管两端的橡胶塞。
4.根据权利要求1或2所述金属线性膨胀系数实验仪，其特征在于：两个极板为两个完全相同的金属圆盘。
5.根据权利要求1或2所述金属线性膨胀系数实验仪，其特征在于：温度传感器为热电阻温度传感器。
6.根据权利要求1或2所述金属线性膨胀系数实验仪，其特征在于：可加热容器为水浴加热槽。
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|---|---|---|---|
| CN 201320086889 CN203216884U (zh) | 2013-02-26 | 2013-02-26 | 金属线性膨胀系数实验仪 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107703180A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-02-16 | 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 | 有机修补材料线胀系数测定仪 |
| CN109085196A (zh) * | 2018-10-30 | 2018-12-25 | 西南大学 | 单电容热膨胀测量仪 |
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2013
- 2013-02-26 CN CN 201320086889 patent/CN203216884U/zh not_active Expired - Fee Related
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