CN209707422U - 一种金属线膨胀系数测量装置及材料温变长度测量设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种金属线膨胀系数测量装置及材料温变长度测量设备。本实用新型通过设置温敏电阻及长度测量装置，采集原始实验数据，并通过放大电路及单片机对原始实验数据进行处理，得到实验材料的温度变化情况及对应长度伸缩量，并计算出实验材料的线膨胀系数，得出实验结果，解决了现有技术中存在的传统温度计精度低、误差大、测量结果不便于验证等缺点，并通过长度测量装置解决了现有技术实验材料长度测量繁琐、精度低、重复性较低及容易出错的技术问题；达到了测量精度高、性能稳定、环境要求低且操作简单的技术效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及实验装置技术领域，特别涉及一种金属线膨胀系数测量装置及材料温变长度测量设备。
背景技术
现有金属线膨胀系数测量实验多采用光杠杆伸长法，现有的光杠杆伸长法测量金属线膨胀系数实验是一个非电量测量的经典力学基础实验，在实验过程中，需要手工操作仪器测量实验材料的长度，且使用水银温度计，需要目视查看并记录环境温度，实验材料发生线膨胀后，还需要使用光杠杆量取实验材料膨胀后的长度，具体步骤包括：目视粗调、放置光杠杆、粗调望远镜、调节标尺、望远镜瞄准、调节物镜、寻找标尺及记录标尺读数，步骤复杂且大量依靠手工完成，实验精度无法得到有效保障，可重复性低，环境要求高。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种金属线膨胀系数测量装置，旨在解决现有技术存在自动化程度低，实验精度无法得到保障，可重复性低且环境要求高的问题。
为实现上述目的，本实用新型提出的金属线膨胀系数测量装置，包括加热装置、长度测量装置、热敏电阻模块、放大电路及单片机；所述热敏电阻模块与所述放大电路连接，所述放大电路与所述单片机连接，所述长度测量装置与所述单片机连接；其中，
所述加热装置，用于改变实验材料及热敏电阻模块的温度；
所述长度测量装置，用于测量对应温度变化下实验材料的长度伸缩量；
所述热敏电阻模块，被所述加热装置加热，并根据温度变化对应改变自身阻值；
所述放大电路，用于接收所述热敏电阻模块两端电压，并对接收到的电压进行AD采集、放大得到数字信号；
所述单片机，用于接收所述数字信号，对数字信号进行处理，计算出实验过程中的温度变化数据；并根据计算出的温度变化数据及对应温度变化下的实验材料长度伸缩量得出金属线膨胀系数。
优选地，所述金属线膨胀系数测量装置还包括显示设备及存储装置；所述显示设备与所述单片机连接，所述存储装置与所述显示设备及单片机连接；其中，
所述存储装置，用于存储实验结果；
所述显示设备，用于显示实验结果。
优选地，所述放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻及运算放大器；其中，
所述第一电阻第一端与电源连接，所述第一电阻第二端与所述第二电阻第一端连接，所述第二电阻第二端与所述第三电阻第一端连接，所述第三电阻第二端接地，所述第三电阻第二端还与所述第四电阻第二端连接，所述第四电阻第一端与所述热敏电阻模块第二端连接，所述第五电阻第二端与所述热敏电阻模块第一端连接，所述第五电阻第一端与所述第一电阻第一端连接，所述运算放大器同相输入端与所述第三电阻第一端连接，所述运算放大器反相输入端与所述第四电阻第一端连接，所述运算放大器输出端与所述单片机连接。
优选地，所述长度测量装置包括电容位置传感器，所述电容位置传感器与所述单片机连接；其中，
所述电容位置传感器，用于将实验材料测量端的位置变化信息转换为电信号，并将所述电信号发送至所述单片机。
优选地，所述存储装置，还用于存储实验过程中，所述长度测量装置测量的实验材料长度伸缩量、所述单片机计算出的温度变化数据及热敏电阻模块的阻值变化数据。
优选地，所述显示设备，还用于显示所述加热装置的运行状态、所述长度测量装置测量的实验材料长度伸缩量及所述单片机计算出的温度变化数据。
本实用新型还提出一种材料温变长度测量设备，所述材料温变长度测量设备包括如上所述的金属线膨胀系数测量装置。
本实施例通过设置加热装置、长度测量装置、热敏电阻模块、放大电路及单片机，形成一种金属线膨胀系数测量装置。本方案采用加热装置对实验材料进行加热，由热敏电阻模块及长度测量装置采集实验数据，并通过放大电路对采集的数据进行模数转换并放大，通过单片机对转换完成的实验数据进行计算得出实验结果，通过存储装置和显示设备存储、显示实验结果；解决了现有技术中存在的自动化程度低，实验精度无法得到保障，可重复性低且环境要求高的问题，达到了降低了实验的复杂度，并减少了人工对实验的干预，提高了实验的自动化程度，加大了实验精度，降低了环境要求且保障了实验的可重复性的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本实用新型金属线膨胀系数测量装置一实施例的功能模块图；
图2为本实用新型金属线膨胀系数测量装置一实施例的电路示意图；
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 加热装置 | R1～R5 | 第一电阻至第五电阻 |
| 200 | 热敏电阻模块 | R6 | 热敏电阻 |
| 300 | 放大电路 | VCC | 电源 |
| 400 | 单片机 | U1 | 运算放大器 |
| 500 | 长度测量装置 | 600 | 存储装置 |
| 700 | 显示设备 |
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本实用新型提出一种金属线膨胀系数测量装置。
如图1所示，所述电路检测装置包括加热装置100、长度测量装置500、热敏电阻模块200、放大电路300及单片机400；所述热敏电阻模块200与所述放大电路300连接，所述放大电路300与所述单片机400连接，所述长度测量装置 500与所述单片机400连接。
所述加热装置100，用于改变实验材料及热敏电阻模块200的温度；
所述长度测量装置500，用于测量对应温度变化下的实验材料长度伸缩量；
所述热敏电阻模块200，被所述加热装置100加热，并根据温度变化对应改变自身阻值；
所述放大电路300，用于接收所述热敏电阻模块200两端电压，并对接收到的电压进行AD采集、放大得到数字信号；
所述单片机400，用于接收所述数字信号，对数字信号进行处理，计算出实验过程中的温度变化数据；并根据计算出的温度变化数据及对应温度变化下的实验材料长度伸缩量得出金属线膨胀系数。
需要说明的是，固体的长度一般随温度的升高而增加，其长度和温度之间的关系为：
L＝L0(1+αt+βt2+…) (1)
式中L0为温度t＝0℃时的长度。α、β、…的值很小。(1)式在常温下写成
L＝L0(1+αt) (2)
α称为物体的线胀系数，单位是℃－1。
设物体在温度t1℃时长度为L，温度升到t1℃时，其长度增加ΔL，则有 L＝L0(1+αt1)，L+Δ＝L0(1+αt2)，所以：
易于理解的是，由上述公式(3)可以得出，金属线膨胀实验的精度关键取决于实验材料温度变化和长度伸缩量的测量精度，而在传统的实验过程中，这两部分的测量大量使用人工操作精度低的测量工具进行测量。
值得强调的是，在本实施例中，加热装置100对实验材料进行加热，为实验的进行提供变量，热敏电阻模块200将温度变化转变为电阻变化，长度测量装置500将实验材料的长度变化转变为电压变化，放大电路300采集到电阻变化得出对应的温度信息，采集到电压变化得出对应的长度变化信息，并将这些信息进行模数转换，变成数字信号，便于单片机400对数据进行计算，单片机400根据金属线膨胀实验的实验原理，对采集到的数据进行计算得出实验结果。
本实施例通过设置加热装置100、长度测量装置500、热敏电阻模块200、放大电路300及单片机400，形成一种金属线膨胀系数测量装置。本方案采用加热装置100对实验材料进行加热，由热敏电阻模块200及长度测量装置500 采集实验数据，并通过放大电路300对采集的数据进行模数转换并放大，通过单片机400对转换完成的实验数据进行计算得出实验结果；解决了现有技术中存在的自动化程度低，实验精度无法得到保障，可重复性低且环境要求高的问题，达到了降低了实验的复杂度，并减少了人工对实验的干预，提高了实验的自动化程度，加大了实验精度，降低了环境要求且保障了实验的可重复性的技术效果。
具体地，所述金属线膨胀系数测量装置还包括显示设备700及存储装置 600；所述显示设备700与所述单片机400连接，所述存储装置600与所述显示设备700及单片机400连接。
所述存储装置600，用于存储实验结果；
所述显示设备700，用于显示实验结果。
需要说明的是，在本实施例中，单片机400中存在有寄存器，可以对实验数据进行存储及处理，此处的存储装置600，便于对实验数据进行转移和拷贝，此处的显示设备700可以看作显示屏，可以根据预设显示对应的信息，例如实验结果，实验关键数据：温度、实验材料长度等，便于实验主导者了解实验进度，参与实验进程。
参照图2，所述放大电路300包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5及运算放大器。
所述第一电阻R1第一端与电源VCC连接，所述第一电阻R1第二端与所述第二电阻R2第一端连接，所述第二电阻R2第二端与所述第三电阻R3第一端连接，所述第三电阻R3第二端接地，所述第三电阻R3第二端还与所述第四电阻 R4第二端连接，所述第四电阻R4第一端与所述热敏电阻模块200第二端连接，所述第五电阻R5第二端与所述热敏电阻模块200第一端连接，所述第五电阻R5 第一端与所述第一电阻R1第一端连接，所述运算放大器同相输入端与所述第三电阻R3第一端连接，所述运算放大器反相输入端与所述第四电阻R4第一端连接，所述运算放大器输出端与所述单片机400连接。
易于理解的是，放大电路300主要的功能为将接收到的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号进行放大；根据上述电路连接方式，模数转换功能和放大功能都可通过运算放大器实现，即运算放大器接收模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号，放大后发送至单片机400。
具体地，所述长度测量装置500包括电容位置传感器，所述电容位置传感器与所述单片机400连接。
所述电容位置传感器，用于将实验材料测量端的位置变化信息转换为电信号，并将所述电信号发送至所述单片机400。
需要强调的是，由于金属线膨胀实验的实验特性，实验材料的长度变化及其细微，实验环境存在剧烈的温度变化，且实验材料为金属材料，而电容位置传感器具有温度稳定性好、结构简、动态响应好、可以非接触测量且灵敏度高及分辨率高，允许电路进行高倍率放大的特性；使得其适合在本实验中用来测量实验材料随温度变化的长度变化情况。
具体地，所述存储装置600，还用于存储实验过程中，所述长度测量装置 500测量的实验材料长度伸缩量、所述单片机400计算出的温度变化数据及热敏电阻模块200的阻值变化数据。
易于理解的是，在本实施例中，存储装置600可以是存储卡等便携存储设备，其目的在于便于将实验数据转移到其他设备上进行更为细致的分析，故而存储装置600可以根据预先设置，存储全部的实验数据，或者只存储实验结果，通常情况下，会将全部的实验数据按照实验开始时间建立对应文件夹进行存储，便于后期对实验数据进行分析，当实验完成，只需要对实验结果进行验证时，对于重复实验可以选择只存储实验关键数据及实验结果。
具体地，所述显示设备700，还用于显示所述加热装置100的运行状态、所述长度测量装置500测量的实验材料长度伸缩量及所述单片机400计算出的温度变化数据。
需要说明的是，在本实施例中，具体的显示内容及显示布局，界面等可以根据实际显示设备700的大小进行调整，在实验过程中，理想情况下显示内容应当包括测量温度、实验材料的长度及实验结果，但根据实验的需求，可以向其中增加实验次数，实验时间及实验材料的名称等，便于实验人员对实验进度有所把握，了解实验过程中的数据变化，利于后期更加详细的数据分析。
本实施例通过设置加热装置100、长度测量装置500、热敏电阻模块200、放大电路300及单片机400，形成一种金属线膨胀系数测量装置。本方案采用加热装置100对实验材料进行加热，由热敏电阻模块200及长度测量装置500采集实验数据，并通过放大电路300对采集的数据进行模数转换并放大，通过单片机400对转换完成的实验数据进行计算得出实验结果，通过存储装置600和显示设备700存储、显示实验结果；解决了现有技术中存在的自动化程度低，实验精度无法得到保障，可重复性低且环境要求高的问题，达到了降低了实验的复杂度，并减少了人工对实验的干预，提高了实验的自动化程度，加大了实验精度，降低了环境要求且保障了实验的可重复性的技术效果。
本实用新型还提出一种材料温变长度测量设备，该材料温变长度测量设备包括金属线膨胀系数测量装置，该金属线膨胀系数测量装置的具体结构参照上述实施例，由于本材料温变长度测量设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种金属线膨胀系数测量装置，其特征在于，所述金属线膨胀系数测量装置包括加热装置、长度测量装置、热敏电阻模块、放大电路及单片机；所述热敏电阻模块与所述放大电路连接，所述放大电路与所述单片机连接，所述长度测量装置与所述单片机连接；其中，
所述加热装置，用于改变实验材料及热敏电阻模块的温度；
所述长度测量装置，用于测量对应温度变化下的实验材料长度伸缩量；
所述热敏电阻模块，被所述加热装置加热，并根据温度变化对应改变自身阻值；
所述放大电路，用于接收所述热敏电阻模块两端电压，并对接收到的电压进行AD采集、放大得到数字信号；
所述单片机，用于接收所述数字信号，对数字信号进行处理，计算出实验过程中的温度变化数据；并根据计算出的温度变化数据及对应温度变化下的实验材料长度伸缩量得出金属线膨胀系数。
2.如权利要求1所述金属线膨胀系数测量装置，其特征在于，所述金属线膨胀系数测量装置还包括显示设备及存储装置；所述显示设备与所述单片机连接，所述存储装置与所述显示设备及单片机连接；其中，
所述存储装置，用于存储实验结果；
所述显示设备，用于显示实验结果。
3.如权利要求1所述金属线膨胀系数测量装置，其特征在于，所述放大电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻及运算放大器；其中，
所述第一电阻第一端与电源连接，所述第一电阻第二端与所述第二电阻第一端连接，所述第二电阻第二端与所述第三电阻第一端连接，所述第三电阻第二端接地，所述第三电阻第二端还与所述第四电阻第二端连接，所述第四电阻第一端与所述热敏电阻模块第二端连接，所述第五电阻第二端与所述热敏电阻模块第一端连接，所述第五电阻第一端与所述第一电阻第一端连接，所述运算放大器同相输入端与所述第三电阻第一端连接，所述运算放大器反相输入端与所述第四电阻第一端连接，所述运算放大器输出端与所述单片机连接。
4.如权利要求1所述金属线膨胀系数测量装置，其特征在于，所述长度测量装置包括电容位置传感器，所述电容位置传感器与所述单片机连接；其中，
所述电容位置传感器，用于将实验材料测量端的位置变化信息转换为电信号，并将所述电信号发送至所述单片机。
5.如权利要求2所述金属线膨胀系数测量装置，其特征在于，所述存储装置，还用于存储实验过程中，所述长度测量装置测量的实验材料长度伸缩量、所述单片机计算出的温度变化数据及热敏电阻模块的阻值变化数据。
6.如权利要求2所述金属线膨胀系数测量装置，其特征在于，所述显示设备，还用于显示所述加热装置的运行状态、所述长度测量装置测量的实验材料长度伸缩量及所述单片机计算出的温度变化数据。
7.一种材料温变长度测量设备，其特征在于，所述材料温变长度测量设备包括如权利要求1-6中任一项所述的金属线膨胀系数测量装置。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113618140A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-11-09 | 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 | 一种圆盘剪刀盘间隙调整方法及装置 |
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- 2019-01-29 CN CN201920161300.6U patent/CN209707422U/zh not_active Expired - Fee Related
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