CN203849114U - 光杠杆杨氏模量测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光杠杆杨氏模量测量仪，在垂直立于底座上的支撑杆中部设置有测量平台，所述测量平台设置有垂直放置的光杠杆平面镜，用于投射激光到所述平面镜的激光器，还设置有测微仪孔和夹具孔。测量前先将与光杠杆平面镜背面相连的第三支脚置于测微仪孔，调节测微仪移动一个微小的可测量距离同时获得测量标尺上的读数，确定出系统的放大倍数。测量时将与光杠杆平面镜背面相连的第三支脚置于夹具孔的钻头夹上表面，获得测量标尺上的读数，根据放大倍数从而确定出金属线伸长量，最终获得杨氏模量。本实用新型的光杠杆杨氏模量测量仪结构简单，测量简便。

Description

光杠杆杨氏模量测量仪

技术领域

本实用新型涉及测量技术领域，尤其涉及一种光杠杆杨氏模量测量仪。

背景技术

微小位移量的测量，在工程、材料、精密机械、自控等很多领域有着重要的应用，普物实验教学中，主要是通过测量金属的杨氏模量、固体的线膨胀系数等实验来让学生掌握其测量方法的。传统的测量方法，主要是使用光杠杆和尺度望远镜，其概念清楚，结构简单。但光杠杆光路调节对学生来说有一定难度，非常浪费时间。

杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。杨氏模量是选定机械零件材料的依据之一，是工程技术设计中常用的参数。例如，一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长△L，将F/S定义为应力，其物理意义是该金属丝单位截面积上的恢复力；将△L/L定义为应变，其物理意义是金属丝单位长度所对应的伸长量。进一步地，我们定义杨氏弹性模量E，杨氏弹性模量E在数值上等于产生单位应变时的应力，它的单位是与应力的单位相同。杨氏弹性模量是材料的属性，与外力及物体的形状无关，取决于材料的组成。对于直径为d的金属丝来说，如公式1所示杨氏弹性模量E可表示为：

$E=\frac{4\mathrm{FL}}{{\mathrm{\πd}}^2\mathrm{\ΔL}}$     (公式1)

其中，L表示金属丝的长度、d表示金属丝的直径、△L表示金属丝的伸长量，L、d、△L是需要通过测量得到的参数。从公式1可以看出，若要实现杨氏模量的精确测量，就需要分别对L、d、△L三个参数实现精密测量，其中尤其是金属丝的伸长量作为一个微小位移量，其精确度会影响杨氏模量测量精度。

但是，传统的光杠杆测量装置需要借助望远镜进行复杂的光学调节，才能达成测量任务，因此如何利用一种简单装置，实现简便快速的光杠杆杨氏模量的测量，成为需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种光杠杆杨氏模量测量仪，用于简便快速的实现光杠杆杨氏模量测量。

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种光杠杆杨氏模量测量仪，包括底座101，垂直立于底座101上的支撑杆102A、102B，位于支撑杆102A、102B顶部的顶部平台103，位于支撑杆102A、102B中部的测量平台104，

所述测量平台104开设有夹具孔108，所述夹具孔108具有用于固定金属线的钻头夹，所述顶部平台103的底部连接有金属线105的一端，所述金属线105垂直穿过所述夹具孔108并由钻头夹夹住固定，所述金属线105的另一端连接有一挂环106，一带挂钩的砝码盘107通过挂钩与所述挂环106连接；

所述测量平台104设置有垂直放置的光杠杆平面镜113，所述光杠杆平面镜113具有三个支脚，其中第一、第二支脚位于光杠杆平面镜113下方，第三支脚113C的一端与光杠杆平面镜113背面相连而另一端则置于所述夹具孔108的钻头夹夹具上表面；

所述测量平台104设置有测微仪孔109，所述测微仪孔109与所述夹具孔108形成的连线与光杠杆平面镜113平行；

所述测量平台104设置有激光器112，用于发射激光到所述光杠杆平面镜113；

所述支撑杆102A在位于所述测量平台104下方的位置上设有固定夹111，所述固定夹111用于一端固定在支撑杆上，另一端用于固定一测微仪110，所述测微仪110的测杆插入到所述测微仪孔109。所述测微仪110是螺旋测微仪。

所述的光杠杆杨氏模量测量仪，还包括位于垂直放置的远离测试底座101的测量标尺114，所述激光器112发射的光束经光杠杆平面镜113反射后投射到所述测量标尺114上。

本实用新型的光杠杆杨氏模量测量仪，在通过调节测微仪获得放大倍数之后，由于测量时可以获得激光点在远处测量标尺上的移动距离，从而通过所确定的放大倍数可以得到金属丝形变的微小位移量。应用本实用新型的光杠杆杨氏模量测量仪，不需要再测量光杠杆常数和光杠杆平面镜与测量标尺之间的距离。可以更加方便计算出金属丝伸长量，即可得到杨氏模量。

附图说明

图1为本实用新型的光杠杆杨氏模量测量仪的后视图；

图2为本实用新型的光杠杆杨氏模量测量仪的测量平台的俯视图；

图3为本实用新型的光杠杆杨氏模量测量仪的测量原理示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本实用新型作进一步地详细说明。

如图1所示，给出了本实用新型的光杠杆杨氏模量测量仪的后视图，包括底座101，垂直立于底座101上的支撑杆102A、102B，位于支撑杆102A、102B顶部的顶部平台103，位于支撑杆102A、102B中部的测量平台104，

所述测量平台104上开设有夹具孔108，所述夹具孔108具有用于固定金属线的钻头夹，所述顶部平台103的底部连接有金属线105的一端，所述金属线105垂直穿过所述夹具孔108并由钻头夹夹住固定，所述金属线105的另一端连接有一挂环106，一带挂钩的砝码盘107通过挂钩与所述挂环106连接；

所述测量平台104设置有垂直放置的光杠杆平面镜113，所述光杠杆平面镜113具有三个支脚，其中第一、第二支脚位于光杠杆平面镜113下方，第三支脚113C的一端与光杠杆平面镜113背面相连而另一端则置于所述夹具孔108的钻头夹夹具上表面；

所述测量平台104设置有测微仪孔109，所述测微仪孔109与所述夹具孔108形成的连线与光杠杆平面镜113平行；

所述测量平台104设置有激光器112，用于发射激光到所述光杠杆平面镜113；

所述支撑杆102A在位于所述测量平台104下方的位置上设有固定夹111，所述固定夹111的一端固定在支撑杆上，另一端用于固定一测微仪110，所述测微仪110的测杆插入到所述测微仪孔109。

如图2所示，进一步给出了所述测量平台104的俯视图，其中通孔102A’用于穿过支撑杆102A，102B’用于穿过支撑杆102B，所述测量平台104通过该两个通孔固定在支撑杆上。所述测微仪孔109和所述夹具孔108可位于通孔102A’，102B’之间，并与该两个通孔位于一条直线上。

测量时，所述光杠杆平面镜113的第三支脚113C位于所述夹具孔108的钻头夹的上表面，在金属线被拉伸后发生微小位移量后，该钻头夹上表面会随金属线在砝码盘作用下向下发生移动，从而该第三支脚113C也随之下移，从而导致光杠杆平面镜113的仰角发生如图3所示的偏移量θ，激光器发射的光束通过光杠杆平面镜113反射后则发生偏移量2θ后投射到远处的测量标尺114上，通过记录偏移前后的光斑在测量标尺上的读数，可以获知其偏移对应的投射偏移长度值。

在测量之前，可先利用测微仪校准放大倍数，将光杠杆平面镜113的第三支脚113C平移至测微仪孔109，使之立于测微仪的测杆的上表面上，使测杆上下移动一个小的距离(例如0.500mm)然后测量激光点在远处测量标尺114上的移动距离，从而确定该光杠杆杨氏模量测量仪的放大倍数。所述测微仪110是螺旋测微仪。

在获得放大倍数之后，由于测量时可以获得激光点在远处测量标尺114上的移动距离，从而可以得到金属丝形变的微小位移量。

应用本实用新型的光杠杆杨氏模量测量仪，不需要再测量光杠杆常数和光杠杆平面镜110与测量标尺114之间的距离。可以更加方便计算出金属丝伸长量，即可得到杨氏模量。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种光杠杆杨氏模量测量仪，其特征在于，包括底座(101)，垂直立于底座(101)上的支撑杆(102A、102B)，位于支撑杆(102A、102B)顶部的顶部平台(103)，位于支撑杆(102A、102B)中部的测量平台(104)；

所述测量平台(104)开设有夹具孔(108)，所述夹具孔(108)具有用于固定金属线的钻头夹，所述顶部平台(103)的底部连接有金属线(105)的一端，所述金属线(105)垂直穿过所述夹具孔(108)并由钻头夹夹住固定，所述金属线(105)的另一端连接有一挂环(106)，一带挂钩的砝码盘(107)通过挂钩与所述挂环(106)连接；

所述测量平台(104)设置有垂直放置的光杠杆平面镜(113)，所述光杠杆平面镜(113)具有三个支脚，其中第一、第二支脚位于光杠杆平面镜(113)下方，第三支脚(113C)的一端与光杠杆平面镜(113)背面相连而另一端则置于所述夹具孔(108)的钻头夹夹具上表面；

所述测量平台(104)设置有测微仪孔(109)，所述测微仪孔(109)与所述夹具孔(108)形成的连线与光杠杆平面镜(113)平行；

所述测量平台(104)设置有激光器(112)，用于发射激光到所述光杠杆平面镜(113)；

所述支撑杆(102A)在位于所述测量平台(104)下方的位置上设有固定夹(111)，所述固定夹(111)用于一端固定在支撑杆上，另一端用于固定一测微仪(110)，所述测微仪(110)的测杆插入到所述测微仪孔(109)。

2.如权利要求1所述的光杠杆杨氏模量测量仪，其特征在于，还包括位于垂直放置的远离测试底座(101)的测量标尺(114)，所述激光器(112)发射的光束经光杠杆平面镜(113)反射后投射到所述测量标尺(114)上。

3.如权利要求1所述的光杠杆杨氏模量测量仪，其特征在于，所述测微仪(110)是螺旋测微仪。