CN203337459U - 一种金属丝长度形变测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种金属丝长度形变测量装置。其结构包括实验架、横梁、上夹头、平台和下夹头，上夹头和下夹头上部分别夹紧金属丝的两端，平台下方设有与下夹头下部相连、对金属丝进行施力测力的系统；平台上固定有一平面镜转轴支座，平面镜可绕平面镜转轴支座上的转轴自由转动，动足与平面镜固定连动，动足尖自由放置在下夹头上表面、随下夹头上下微小移动；平面镜上方设有一水平放置的标尺，标尺刻度朝下，刻度值增加方向与转轴异面垂直；望远镜与转轴等高，通过平面镜的反射能在望远镜中看到标尺上的刻度值。与现有技术相比，本实用新型能最大限度缩短望远镜与实验架的距离，便于调节，加力值准确、连续，光杠杆常数的测量简单、误差小。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种采用光学方法测量金属丝长度形变的装置。
背景技术
目前金属丝杨氏模量的测量方法大致分为两类：静态法（包括拉伸法和梁弯曲法）和动态法（即悬挂法），市面上根据这三种方法设计的实验仪有多种，而采用较多的是拉伸法。传统的拉伸法杨氏模量实验仪在测量金属丝长度形变时，存在如下缺陷：（1）望远镜和标尺（合称镜尺组）距离实验架较远。根据光杠杆放大原理，现有实验仪由于望远镜和标尺均在水平方向上，若要达到较大的放大倍数，镜尺组与实验架的距离必须较远，一般做实验时，其距离大约为1-2米，这使得实验时需要来回不断走动对实验架和镜尺组进行调节，实在不便。（2）加力方式需改进。采用挂砝码的加力方式笨重，加力值不能连续，且加力后金属丝或仪器有晃动。（3）光杠杆常数的测量结果不确定性较大。光杠杆常数的测量是根据光杠杆的三个动足尖在平面纸上的三点压痕构成的三角形的底边的垂线长度确定，由于人为画的垂线可能不垂直，画线的宽度、人为判断始末位置、在纸上压痕的大小等都可能存在误差，导致测量结果不确定性较大。
实用新型内容
本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种金属丝长度形变测量装置，不仅能最大限度缩短望远镜与实验架的距离，便于实验者调节，而且加力值准确、连续，同时采用增加精密机械辅具的方式使得光杠杆常数的测量简单、误差小。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
本实用新型提出的一种金属丝长度形变测量装置，包括实验架、置于实验架正前方的望远镜、固定在实验架两根立柱顶端的横梁、设于横梁中央的上夹头、固定在实验架两根立柱中部的平台、和贯穿平台的下夹头，上夹头和下夹头上部分别夹紧金属丝的两端，平台下方设有与下夹头下部相连、对金属丝进行施力测力的系统。平台上固定有一平面镜转轴支座，平面镜可绕平面镜转轴支座上的转轴自由转动，动足与平面镜固定连动，动足尖自由放置在下夹头上表面、随下夹头上下微小移动，下夹头在施力测力系统作用下作或上或下的微小移动，自由放置在下夹头上表面的动足与下夹头作同步移动，同时动足带动平面镜转动。平面镜上方设有一水平放置的标尺，标尺刻度朝下，刻度值增加方向与转轴异面垂直。望远镜与转轴等高，通过平面镜的反射能在望远镜中看到标尺上的刻度值；标尺的像入射到平面镜并反射进入望远镜，入射光线和反射光线近似垂直，形成垂直光杠杆（称此为垂直光杠杆，以与以往入射光和反射光均在水平方向上进行区分）。光杠杆主要由平面镜、平面镜转轴支座、平面镜转轴和与平面镜固定连动的动足组成，如图2所示。
所述施力测力系统包括拉力传感器、螺栓、固定在实验架两根立柱下部的固定板、施力螺母和与拉力传感器相连的拉力计。拉力传感器的上端与下夹头下部相连，拉力传感器的下端连接螺栓，螺栓穿过固定板与施力螺母相连，通过旋转施力螺母对金属丝加减力，该力的大小通过拉力传感器在拉力计上显示。
平面镜转轴支座的顶端有一水平卡座，水平卡座的一端对齐转轴中心，水平卡座的长度D固定，通过辅具微调动足与平面镜之间的连接件使平面镜转轴与动足中心的水平距离（也叫做光杠杆常数）等于D。动足尖在下夹头上表面的位置经校准好后（此时动足尖与平面镜转轴的水平距离恰好等于水平卡座长度D）与平面镜紧连在一起，以保证动足转动一定角度的时候平面镜也跟着同方向转动同样角度。
为了方便寻找标尺刻度的像，同时增强标尺刻度的亮度和对比度，使得读数更加准确，标尺背面设有灯箱。
所述金属丝长度形变测量装置在使用时，将光杠杆、望远镜和标尺按图1所示放置好，标尺在仪器顶端，望远镜在水平方向上，调节好望远镜后就会在望远镜中看到经由平面镜反射的标尺刻度的像。如图3所示，设开始时，光杠杆的平面镜法线与水平方向成一夹角，使得在望远镜中恰能看到标尺刻度x1的像（此时平面镜处于图3中虚线位置）；当通过旋转施力螺母使金属丝受力后，金属丝产生微小伸长ΔL，同时下夹头产生微小移动，动足尖便随着下夹头上表面一起作微小移动（下夹头夹紧金属丝下端，金属丝另一端被上夹头夹紧并固定不动），从而带动光杠杆平面镜转动相应的角度θ（此时平面镜处于图3中实线位置）；根据光的反射定律（即入射角等于反射角）可知，在出射光线（即进入望远镜的光线）不变的情况下，入射光线转动了2θ，在标尺上对应刻度为x2，从x2处发出的光经平面镜反射后进入望远镜而被观察到。测量过程中，水平卡座的长度D>>ΔL，所以θ甚至2θ会很小；从图3的几何关系中可以看出，当Ox2≈Ox1≈H，即2θ很小时有：ΔL≈D·θ，Δx≈H·2θ；故有
其中2H/D称作光杠杆的放大倍数，H是平面镜转轴与标尺的垂直距离；仪器中H>>D，这样一来，便能把一微小位移ΔL放大成较大的容易测量的位移Δx，从而实现金属丝长度形变的测量。若已知金属丝加力前的长度L以及金属丝的横截面积S，还可根据公式
求出金属丝的杨氏模量。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：将标尺与望远镜分离，形成垂直光杠杆，使得望远镜与实验架的距离能最大限度缩短，方便实验者调节实验架和望远镜，解决了来回走动不断调节仪器的不便，提高了实验效率；采用施力螺母旋转加力、传感器测拉力，新的加力方式使得加力过程轻松，解决了加力后出现晃动的问题，且加力值准确、连续，弥补了离散加力方式导致的部分加力空白；采用水平卡座的长度等于光杠杆常数的方法，使得光杠杆常数的测量简单、误差小。
附图说明
图1是金属丝长度形变测量装置结构示意图。
图2是图1中局部A（光杠杆）的放大结构示意图。
图3是光杠杆放大原理图。
图中标号如下：
1 横梁 2 上夹头
3 标尺 4 金属丝
5 平面镜 6 下夹头
7 平台 8 拉力传感器
9 固定板 10 施力螺母
11 拉力计 12 望远镜
13 平面镜转轴支座 14 转轴
15 动足 16 水平卡座
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的优选实施例作进一步的描述。
如图1、图2所示。制备一金属丝长度形变测量装置，包括实验架、置于实验架正前方的望远镜12、固定在实验架两根立柱顶端的横梁1、设于横梁1中央的上夹头2、固定在实验架两根立柱中部的平台7和贯穿平台7的下夹头6；上夹头2和下夹头6上部分别夹紧金属丝4的两端。
平台7上固定有一平面镜转轴支座13，平面镜转轴支座13上有一转轴14，平面镜5可绕转轴14自由转动，动足15与平面镜5固定连动，动足15尖自由放置在下夹头6上表面，动足15随下夹头6上下微小移动，带动平面镜5转动。平面镜转轴支座13的顶端有一水平卡座16，水平卡座16的一端对齐转轴14中心，水平卡座16的长度等于转轴14与动足15中心的水平距离。
平面镜5上方设有一水平放置的标尺3，标尺3刻度朝下，刻度值增加方向与转轴14异面垂直，标尺3背面设有灯箱；望远镜12与转轴14等高，通过平面镜5的反射能在望远镜12中看到标尺3上的刻度值。
平台7下方设有拉力传感器8，拉力传感器8的上端与下夹头6下部相连，拉力传感器8的下端连接螺栓，螺栓穿过固定在实验架两根立柱下部的固定板9与施力螺母10相连，通过旋转施力螺母10对金属丝4加减力，该力的大小通过拉力传感器8在与拉力传感器8相连的拉力计11上显示。
Claims (4)
1.一种金属丝长度形变测量装置，包括实验架、置于实验架正前方的望远镜（12）、固定在实验架两根立柱顶端的横梁（1）、设于横梁（1）中央的上夹头（2）、固定在实验架两根立柱中部的平台（7）、和贯穿平台（7）的下夹头（6），上夹头（2）和下夹头（6）上部分别夹紧金属丝（4）的两端，平台（7）下方设有与下夹头（6）下部相连、对金属丝（4）进行施力测力的系统，其特征在于：平台（7）上固定有一平面镜转轴支座（13），平面镜（5）可绕平面镜转轴支座（13）上的转轴（14）自由转动，动足（15）与平面镜（5）固定连动，动足（15）尖自由放置在下夹头（6）上表面、随下夹头（6）上下微小移动，下夹头（6）在施力测力系统作用下通过动足（15）带动平面镜（5）转动；平面镜（5）上方设有一水平放置的标尺（3），标尺（3）刻度朝下，刻度值增加方向与转轴（14）异面垂直；望远镜（12）与转轴（14）等高，通过平面镜（5）的反射能在望远镜（12）中看到标尺（3）上的刻度值。
2.根据权利要求1所述的金属丝长度形变测量装置，其特征在于：所述施力测力的系统包括拉力传感器（8）、螺栓、固定在实验架两根立柱下部的固定板（9）、施力螺母（10）和与拉力传感器（8）相连的拉力计（11）；拉力传感器（8）的上端与下夹头（6）下部相连，拉力传感器（8）的下端连接螺栓，螺栓穿过固定板（9）与施力螺母（10）相连，通过旋转施力螺母（10）对金属丝（4）加减力，该力的大小通过拉力传感器（8）在拉力计（11）上显示。
3.根据权利要求1或2所述的金属丝长度形变测量装置，其特征在于：平面镜转轴支座（13）的顶端有一水平卡座（16），水平卡座（16）的一端对齐转轴（14）中心，水平卡座（16）的长度等于转轴（14）与动足（15）中心的水平距离。
4.根据权利要求3所述的金属丝长度形变测量装置，其特征在于：标尺（3）背面设有灯箱。
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| CN (1) | CN203337459U (zh) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107121046A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-09-01 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 一种测量钢索长度的新装置及测量方法 |
| CN107218882A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-09-29 | 武汉纺织大学 | 一种弹性环长度测量装置 |
| CN109443702A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-03-08 | 惠州学院 | 一种目测标尺 |
| CN112361969A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-12 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种加速度传感器用悬丝翘曲度的检测装置 |
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2013
- 2013-07-24 CN CN2013204442346U patent/CN203337459U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN112361969A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-02-12 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种加速度传感器用悬丝翘曲度的检测装置 |
| CN112361969B (zh) * | 2020-11-20 | 2022-03-29 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种加速度传感器用悬丝翘曲度的检测装置 |
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