CN207751797U - 一种杨氏模量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种杨氏模量测量装置，包括：底座；第一夹丝组件，设于所述支架上端；加力装置，设于所述金属丝的下端；十字叉丝板，固定于第一夹丝组件与加力装置之间部分的金属丝上；读数显微镜，与所述十字叉丝板位置相对，用于读取十字叉丝板上的刻度值。改进之处在于，所述叉丝板由分化板代替，所述分化板上刻有至少两个刻度标识，所述刻度标识线宽不大于0.01mm；所述读数显微镜为数码显微镜。本实用新型省去了传统读数显微镜中对目镜分划板的苛刻要求，由相对的简易的分化板即可代替难以购买的高精度目镜分划板，且测量精度更好，实用性非常高。此外还增设了调节机构，使得数码显微镜调节更加方便，缩短了清晰成像的调整时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种教学实验设备，具体指利用拉伸方式测定金属丝的杨氏模量测量装置，属于物理实验测量技术领域。
背景技术
杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。目前，采用拉伸方式测量金属丝杨氏模量的方法大致分为两类：光杠杆法和显微放大法，而其中又以显微放大法应用最为典型。
以显微放大法为工作原理的测量装置结构如下：在支架的上端通过夹头夹紧金属丝的一端，另一端利用加力装置(如砝码)对金属丝施加张力。叉丝板固定在金属丝上某一位置。利用读数显微镜和图像传感器对叉丝板进行放大，并将放大后的图像显示在显示器上。读数显微镜具有固定的放大倍数，在其目镜分划板上有刻度线，当读数显微镜与叉丝板的距离调适当后，图像由模糊变为清晰，此时可读取叉丝板在目镜分划板上的成像位置。改变所加张力后，叉丝板在目镜分划板上的成像位置再次发生改变，此时再次读取叉丝板在目镜分划板上的成像位置。通过读取不同张力下叉丝板的位置，根据其他相关测量数据，即可计算出金属丝的杨氏模量。
当前采用显微放大法的杨氏模量测量装置存在如下弊端：①测量距离调整不便：现有装置利用读数显微镜的目镜分划板观察叉丝板的位置变化，而读数显微镜存在着放大倍数固定，物距固定的不足，导致测量装置使用时，测量距离调整耗时长，调整不便；②对目镜分划板的分度值要求苛刻：根据杨氏模量实验的误差要求，目镜分划板的分度值宜不大于0.05mm，而当前满足分度值要求的常规分划板量程为1mm或5mm，在实验中处于临界参数或量程太大，因此存在着测量结果误差要求与设备部件综合参数的矛盾。
发明内容
基于上述所述，本实用新型要解决的技术问题是针对现有测量装置读数显微镜放大倍数固定、测量距离固定、对目镜分划板要求苛刻的弊端，提供一种放大倍数灵活，测量距离可调，且可降低对刻线分度值要求的测量装置。
本实用新型的技术方案如下：
一种杨氏模量测量装置，包括：底座，所述底座上设有支架；第一夹丝组件，设于所述支架上端，用于固定金属丝的上端；加力装置，设于所述金属丝的下端，用于对金属丝施加拉力；十字叉丝板，固定于第一夹丝组件与加力装置之间部分的金属丝上；读数显微镜，与所述十字叉丝板位置相对，用于读取十字叉丝板上的刻度值。改进之处在于，所述叉丝板由分化板代替，所述分化板上刻有至少两个刻度标识，所述刻度标识线宽不大于0.01mm。
所述分化板为一个小的平板，平板上正对数码显微镜的面上刻有刻度标识，刻度标识可以是平行的线或者是点或者是点和线的组合；标识的数量至少为两个，即可以是两条或多条平行的线，或者是两个或多个点；优选地，标识的数量为两个即可满足本实用新型之需求。
所述的第一夹丝组件包括固定于支架上端的若干接头，横杆及设置于横杆上的左固定夹、右固定夹；所述横杆设于所述若干接头之间，所述金属丝夹持在所述左固定夹、右固定夹之间。
优选地，本装置还包括第二夹丝组件，所述第二夹丝组件设于金属丝下端，所述的加力装置设于第二夹丝组件下端；所述的分化板设于第二夹丝组件上端。第二夹丝组件与第一夹丝组件结构相类似，主要包括两个相对的固定夹，两个相对的固定夹通过锁紧螺栓组合在一起，从而将金属丝夹持固定。
优选地，为方便监测加力装置所施加的拉力，本装置还增设了拉力传感器和数字拉力计，所述的拉力传感器设于第二夹丝组件下端，所述加力装置设于所述拉力传感器下端。数字拉力计用于显示拉力大小。
由上述可知，第一夹丝组件固定于支架的上端，而第二夹丝组件则自由悬挂在金属丝的下端。测量时，第二夹丝组件可能会发生偏摆或者是转动，为确保测量结果的准确性，第二夹丝组件在测量过程中应当仅可在竖直方向所在的一个自由度内上下移动，因此，本装置又在支架上增设了上台板，所述上台板上正对第二夹丝组件处开设有缺口，所述第二夹丝组件测量时上下滑动于所述缺口中。
同理，为防止拉力传感器也发生偏摆或者转动，拉力传感器在测量时也应当仅可在竖直方向所在的一个自由度内上下移动，本装置在支架上又增设了下台板，下台板位于上台板之下。所述下台板上设置了用于确保拉力传感器竖向移动的限位板。
优选地，为方便数码显微镜的安装，本装置还包括设于支架上的支撑板，所述数码显微镜设于所述支撑板上端。进一步地，为方便数码显微镜的调节，本装置也增设了调节机构，所述调节机构设置于所述支撑板上，所述数码显微镜设于所述调节机构上。
上述的调节机构包括燕尾箱体，滑动于燕尾箱体内的燕尾滑块，竖向调节螺杆，水平调节螺杆，升降座及升降接头。其中，所述燕尾箱体设于支撑板下端，所述燕尾滑块与水平调节螺杆相连接；所述竖向调节螺杆设于燕尾滑块上，其上端连接有升降座，升降座上设有升降接头，所述的数码显微镜设置于所述升降接头上。
本实用新型的有益效果是：
1.用分化板代替原有装置的十字叉丝板，并将原装置的读数显微镜替换为数码显微镜；分化板上设有至少两个刻度标识，利用数码显微镜像素的微小尺寸及内置图像传感器的高分辨率特性，可精确测量出两刻度标识件的像素距离，通过数码显微镜观察标识刻度的移动距离，即可准确换算出金属丝的拉伸距离，进而求出杨氏模量。由此可知，本实用新型省去了传统读数显微镜中对目镜分划板的苛刻要求，由相对简易的分化板即可代替高精度目镜分划板，且测量精度更好，实用性非常高。
2.在数码显微镜的下端增设了调节机构，该机构可对数码显微镜在二维方向上进行位置调整，配合数码显微镜自身的一个调整维度，使得该装置中的数码显微镜的测量距离可在三维方向上进行一定范围的调整，调整更加方便，大大缩短了清晰成像的调整时间，提高了测量效率。
附图说明
图1是本实用新型实施例示意图；
图2是图1的A部放大图；
图3是图2的另一视角结构图；
图4是本实用新型中所述第一夹丝组件组成结构图；
图5是本实用新型中所述调节机构结构图。
图中：1、底座；2、支架；3、第一夹丝组件；30、接头；31、左固定夹；32、右固定夹；33、横杆；4、金属丝；5、拉力传感器；6、加力装置；7、分化板；8、数码显微镜；9、数字拉力计；10、固定套；11、支撑板；12、上台板；13、下台板；14、第二夹丝组件；15、调节机构；150、燕尾箱体；151、竖向调节螺杆；152、水平调节螺杆；153、升降座；154、升降接头；16、计算机。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
如图1所示，本实用新型公开了一种杨氏模量测量装置，包括如下部件：
底座1，所述底座1上设有支架2；底座1呈A字型，底座1上的支架2为两根竖直的平行立柱；
第一夹丝组件3，设于所述立柱上端，用于固定金属丝4的上端；
加力装置6，设于所述金属丝4的下端，用于对金属丝4施加拉力；
分化板7，固定于第一夹丝组件3与加力装置6之间部分的金属丝4上，所述分化板7上刻有两个刻度标识，所述刻度标识线宽不大于0.01mm；
数码显微镜8，与所述分化板7位置相对，用于读取分化板7上刻度标识间的距离值。
参见图2～图3，所述分化板7设置在第二夹丝组件14上端，所述第二夹丝组件14设于金属丝4下端，所述的加力装置6则设于第二夹丝组件14下端。第二夹丝组件与第一夹丝组件结构相类似，主要包括两个相对成组的固定夹，两个相对的固定夹通过锁紧螺栓组合在一起，从而将金属丝4夹持固定。
参见图4，本实施例中，所述的第一夹丝组件3包括分别固定于两个立柱上端的两个接头30，横杆33及设置于横杆33上的左固定夹31、右固定夹32；所述横杆33设于两接头30之间，所述金属丝4夹持固定在所述左固定夹31、右固定夹32之间。
第一夹丝组件3固定于立柱的上端，第二夹丝组件14则自由悬挂在金属丝4的下端。为防止第二夹丝组件14可能会发生的偏摆或者是转动，本实施例在立柱上增设了上台板12，所述上台板12上正对第二夹丝组件14处开设有缺口(参见图1～图3)，所述第二夹丝组件14测量时上下滑动于所述缺口中，从而确保了第二夹丝组件14可能发生的摆动或转动。
本实施例中，为方便监测加力装置6所施加的拉力，本装置还增设了拉力传感器5及数字拉力计9，拉力传感器5与数字拉力计9通信相连。所述的拉力传感器5设于第二夹丝组件14下端，所述加力装置6则设于所述拉力传感器5下端。同理，为防止拉力传感器5也发生偏摆或者转动以及给加力装置6提供向下的拉力，拉力传感器5在测量时也应当仅可在竖直方向所在的一个自由度内上下移动，本装置在立柱上又增设了下台板13，下台板13位于上台板12之下。所述下台板13上设置了用于确保拉力传感器5竖向移动的限位板13`。
本实施例中，所述数码显微镜8设置在支撑板11上端，支撑板11则设置在固定套10的下端，固定套10为一个环形的套件，可沿着立柱上下滑动而灵活设置，需要固定时，通过其上的紧定螺钉锁紧固定即可。增设固定套10后，所述的上台板12也可设置在固定套10的上端。
作为一种优选实施例，为方便数码显微镜8测量距离的调节，本装置增设了调节机构15，所述调节机构15设置于所述支撑板11上，所述数码显微镜8设于所述调节机构15上。
参见图5，所述的调节机构15包括燕尾箱体150，滑动于燕尾箱体150内的燕尾滑块(图中未示)，竖向调节螺杆151，水平调节螺杆152，升降座153及升降接头154。燕尾箱体150设于支撑板11下端，所述燕尾箱体150内壁设有燕尾滑槽，所述的燕尾滑块设于燕尾滑槽中，所述燕尾滑块与水平调节螺杆152相连接，通过水平调节螺杆152可以使得燕尾滑块在燕尾滑槽中滑动。所述竖向调节螺杆151竖直地设于燕尾滑块上，其上端连接有升降座153，升降座153上设有升降接头154，所述的数码显微镜8设置于所述升降接头154上。
需说明的是，本实施例中，分化板7上刻度标识距离未给出具体的限定，通常，刻度标识间的距离根据视场大小(或者说实验对精度的要求)决定。比如本实验中，金属丝的总伸长量约1mm时，视场大小一般在1.5～3mm左右比较合适，此时，两刻度标识(两个点或线)的距离为1mm或2mm都较为合适。为确保精度，刻度标识自身的线宽应当不大于0.01mm。
实验时，通过加力装置6给金属丝4施加一定的拉力，然后将数码显微镜8移近分化板7，调节数码显微镜8的放大倍数和焦距，直到计算机16的显示器上看清分化板7上的实际距离(如1mm)已知的两点或两线。待图像稳定后，用软件测出两点或两线之间的像素数，并计算出单位像素(或两相邻像素)对应的实际距离。由于数码显微镜8中内置的阵列图像传感器分辨率较高，测得的单位像素的实际距离往往优于0.01mm。此后，在显示的图像中找到一参考点，然后软件记录该参考点在图像中的像素坐标位置信息(X1，Y1)pix，并记录此时金属丝受到的张力大小。然后改变拉力大小，图像中参考点的位置发生变化，同样地，用软件记录参考点在图像中的像素坐标位置信息。重复上述操作，得到一组位置信息(Xi，Yi)与拉力大小的对应信息，并将(Xi，Yi)与(X1，Y1)的像素距离求出来，并根据之前得到的单位像素的实际距离，将各点与第一个点的实际距离求出，结合对应的张力大小，以及其它相关测量量(包括金属丝的长度、直径等)，根据相关公式可以计算出金属丝的杨氏模量。
上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。
Claims (10)
1.一种杨氏模量测量装置，包括：
底座(1)，所述底座(1)上设有支架(2)；
第一夹丝组件(3)，设于所述支架(2)上端，用于固定金属丝(4)的上端；
加力装置(6)，设于所述金属丝(4)的下端；
十字叉丝板，固定于第一夹丝组件(3)与加力装置(6)之间部分的金属丝(4)上；
读数显微镜，与所述十字叉丝板位置相对，用于读取十字叉丝板上的刻度值；
其特征在于，所述十字叉丝板由分化板(7)代替，所述分化板(7)上刻有至少两个刻度标识，所述刻度标识线宽不大于0.01mm；所述读数显微镜为数码显微镜(8)。
2.根据权利要求1所述的一种杨氏模量测量装置，其特征在于，所述分化板(7)上设有两个刻度标识，所述刻度标识为点或线中的任意一种或者是二者的组合。
3.根据权利要求1或2所述的一种杨氏模量测量装置，其特征在于，还包括第二夹丝组件(14)，所述第二夹丝组件(14)设于金属丝(4)下端，所述的加力装置(6)设于第二夹丝组件(14)下端；所述的分化板(7)设于第二夹丝组件(14)上端。
4.根据权利要求3所述的一种杨氏模量测量装置，其特征在于，还包括拉力传感器(5)，所述的拉力传感器(5)设于第二夹丝组件(14)下端，所述加力装置(6)设于所述拉力传感器(5)下端。
5.根据权利要求3所述的一种杨氏模量测量装置，其特征在于，还包括设于支架(2)上的上台板(12)，所述上台板(12)上正对第二夹丝组件(14)处开设有缺口，所述第二夹丝组件(14)测量时上下滑动于所述缺口中。
6.根据权利要求4所述的一种杨氏模量测量装置，其特征在于，还包括设于支架(2)上的下台板(13)，所述下台板(13)上设有用于确保拉力传感器(5)竖向移动的限位板(13`)。
7.根据权利要求1或2所述的一种杨氏模量测量装置，其特征在于，还包括设于支架(2)上的支撑板(11)，所述数码显微镜(8)设于所述支撑板(11)上端。
8.根据权利要求7所述的一种杨氏模量测量装置，其特征在于，还包括调节机构(15)，所述调节机构(15)设置于所述支撑板(11)上，所述数码显微镜(8)设于所述调节机构(15)上。
9.根据权利要求8所述的一种杨氏模量测量装置，其特征在于，所述调节机构(15)包括燕尾箱体(150)，滑动于燕尾箱体(150)内的燕尾滑块，竖向调节螺杆(151)，水平调节螺杆(152)，升降座(153)及升降接头(154)；其中，所述燕尾箱体(150)设于支撑板(11)下端，所述燕尾滑块与水平调节螺杆(152)相连接；所述竖向调节螺杆(151)设于燕尾滑块上，其上端连接有升降座(153)，升降座(153)上设有升降接头(154)，所述的数码显微镜(8)设置于所述升降接头(154)上。
10.根据权利要求1所述的一种杨氏模量测量装置，其特征在于，所述第一夹丝组件(3)包括固定于支架(2)上端的若干接头(30)，横杆(33)及设置于横杆(33)上的左固定夹(31)、右固定夹(32)；所述横杆(33)设于所述若干接头(30)之间，所述金属丝(4)夹持在所述左固定夹(31)、右固定夹(32)之间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820146482.5U CN207751797U (zh) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | 一种杨氏模量测量装置 |
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| CN201820146482.5U CN207751797U (zh) | 2018-01-29 | 2018-01-29 | 一种杨氏模量测量装置 |
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| CN (1) | CN207751797U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109991082A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-09 | 武汉东湖学院 | 一种杨氏模量测量装置 |
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2018
- 2018-01-29 CN CN201820146482.5U patent/CN207751797U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN109991082A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-09 | 武汉东湖学院 | 一种杨氏模量测量装置 |
| CN109991082B (zh) * | 2019-03-28 | 2024-03-08 | 武汉东湖学院 | 一种杨氏模量测量装置 |
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