CN219608579U - 杨氏模量测定装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种杨氏模量测定装置，包括底座和设置于所述底座上的支撑柱，所述支撑柱上设置有用于夹持待测样品的夹持组件、用于测量待测样品变形量的测量组件和用于向待测样品加载的加载组件，所述加载组件与所述夹持组件连接，所述加载组件连接有阻尼机构。本申请提供的与现有技术相比，本申请提供的杨氏模量测定装置，通过阻尼机构对加载组件进行缓冲。当加载组件对待测样品施加的力发生改变时，阻尼机构可以对加载组件的运动进行缓冲，使加载组件缓慢的向下或者向上运动，从而使与加载组件连接的待测样品缓慢地发生形变，而不发生上下振动，从而提高实验效率和测量结果的准确性。

Description

杨氏模量测定装置

技术领域

本申请属于实验仪器技术领域，更具体地说，是涉及一种杨氏模量测定装置。

背景技术

应力与应变的比叫弹性模量(elastic modulus or modulus of elasticity)。杨氏模量(Young's modulus)是弹性模量中最常见的一种，是描述固体材料抵抗形变能力的物理量，定义为在胡克定律适用的范围内，单轴应力和单轴形变之间的比。

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。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义。

现有技术中，一般采用光杠杆法测量杨氏模量，金属丝受力产生微小伸长时，光杠杆绕前足尖转动一个微小角度，从而带动光杠杆反射镜转动相应的微小角度，这样标尺的像在光杠杆反射镜和调节反射镜之间反射，便把这一微小角位移放大成较大的线位移。通过测量出的线位移、金属丝直径和金属丝原来的长度，便可计算出金属丝的杨氏模量。但是现有的实验装置在增加砝码时，待测金属丝容易发生上下振动和左右晃动,需要等到振动和晃动停止时才能进行读数，影响实验效率和测量结果的准确性。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种杨氏模量测定装置，包括底座和设置于所述底座上的支撑柱，所述支撑柱上设置有用于夹持待测样品的夹持组件、用于测量待测样品变形量的测量组件和用于向待测样品加载的加载组件，所述加载组件与所述夹持组件连接，所述加载组件连接有阻尼机构。

可选地，所述阻尼机构包括套筒和活塞，所述活塞位于所述套筒内，所述活塞与所述套筒之间密封且滑动连接，所述套筒上开设有与外界连通的排气孔。

可选地，所述活塞与所述套筒之间涂覆有润滑油。

可选地，所述套筒为透明材质。

可选地，所述活塞内部中空，且朝向所述套筒内部的一侧设置有开口。

可选地，所述排气孔的直径为1mm-3mm。

可选地，所述套筒的相对两侧对称设置有支撑杆，所述支撑杆连接有第二套管，所述第二套管滑动套设在所述支撑柱上，所述第二套管的侧壁螺纹连接有第二紧固螺栓，且所述第二紧固螺栓的一端与所述支撑柱抵接。

可选地，所述支撑杆与所述套筒转动连接，且所述支撑杆设置在所述套筒的顶部。

可选地，所述加载组件包括连接杆和设置在连接杆上的砝码盘，所述连接杆的上端与所述夹持组件连接，所述连接杆的下端与所述活塞连接。

可选地，所述测量组件包括测量平台、放置在所述测量平台上的反射镜、望远镜以及刻度尺，所述反射镜的底部设置有两个第一支腿，所述反射镜连接有第二支腿，所述第二支腿与所述反射镜垂直，所述测量平台上设置有用于放置所述第一支腿的凹槽。

可选地，所述测量平台相对的两侧设置有第一套管，所述第一套管滑动套设在所述支撑柱上，且所述第一套管的侧壁螺纹连接有第一紧固螺栓，所述第一紧固螺栓的一端与所述支撑柱抵接。

可选地，所述夹持组件包括分别用于夹持待测样品两端的第一夹具和第二夹具，所述第一夹具连接有顶板，所述顶板设置于所述支撑柱的顶部，所述第二夹具与所述测量平台滑动连接，所述第二支腿放置在所述第二夹具上。

本申请提供的杨氏模量测定装置的有益效果在于：与现有技术相比，本申请提供的杨氏模量测定装置，在加载组件上连接有阻尼机构，通过阻尼机构对加载组件进行缓冲。当加载组件对待测样品施加的力发生改变时，阻尼机构可以对加载组件的运动进行缓冲，使加载组件缓慢的向下或者向上运动，从而使与加载组件连接的待测样品缓慢地发生形变，而不发生上下振动，从而提高实验效率和测量结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的杨氏模量测定装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的杨氏模量测定装置中测量平台和反射镜的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的杨氏模量测定装置中阻尼机构的剖面示意图。

其中，图中各附图标记：

1-底座，2-支撑柱，3-顶板，4-第一夹具，5-金属丝，6-测量平台，7-反射镜，8-第一套管，9-第一紧固螺栓，10-连接杆，11-砝码盘，12-砝码，13-支撑杆，14-第二套管，15-第二紧固螺栓，16-套筒，17-活塞，18-排气孔，19-第二夹具，20-第一支腿，21-第二支腿，22-凹槽。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1-图3，现对本申请实施例提供的杨氏模量测定装置进行说明。所述杨氏模量测定装置，包括底座1和固定设置于底座1上的两根支撑柱2，支撑柱2上设置有用于夹持待测样品的夹持组件、用于测量待测样品变形量的测量组件和用于向待测样品加载的加载组件，加载组件与夹持组件连接，加载组件的下方连接有阻尼机构。

本实施例中，待测样品为金属丝5，底座1和支撑柱用于对整个装置进行支撑，夹持组件用于夹持金属丝5，加载组件与夹持组件连接，用于对金属丝5进行加载。当增加或者减小加载力时，阻尼机构可以对加载组件进行缓冲，使加载组件缓慢地运动，从而使与加载机构连接的金属丝不发生上下振动，从而提高实验效率，不需要等待，可以很快的读出测量数据，同时也可以保证测量结果的准确性。

在本申请的一些实施例中，如图1和图3所示，阻尼机构包括套筒16和活塞17，活塞17位于套筒16内部，并且活塞17与套筒16之间密封且滑动连接，套筒16上开设有与外界连通的排气孔18。如图3所示，套筒16与活塞17之间围成一个空腔，排气孔18将该空腔与外界连通。当活塞17收到加载组件传来的力时，会与套筒16之间发生相对移动，从而改变该空腔的体积，同时，空腔中的空气只能从排气孔18处通过，由于排气孔18较小，因此空腔的体积只能够缓慢的改变，从而对活塞17的运动产生阻力，使活塞17只能够缓慢的移动，从而对加载组件产生阻尼，实现防止金属丝5上下振动的作用。

在本申请的一些实施例中，如图1和图3所示，活塞17与套筒16均竖直设置，在活塞17与套筒16之间涂覆有润滑油。通过润滑油可基本上消除活塞17与套筒16之间的摩擦力，使金属丝5只受到加载组件和活塞17的重力，避免摩擦力对测量结果的影响，保证结果准确性。同时套筒16也可以限制活塞17左右的晃动，从而防止金属丝5发生左右晃动。

在本申请的另一些实施例中，活塞17与套筒16之间也可以不密封，但是要保证活塞17与套筒16之间的缝隙足够小，使活塞17与套筒16之间的空腔中的空气缓慢排出即可。

在本申请的一些实施例中，套筒16为透明材质，例如玻璃，在本申请的其他实施例中，套筒16也可以采用塑料、亚克力等，本申请不做限定。将套筒16设置成透明材质，可以看到活塞17的位置，其与套筒16底部的距离，防止活塞17与套筒16底部接触影响测量结果。

在本申请的一些实施例中，如图3所示，活塞17内部中空，为桶状结构，且开口朝下。套筒16也为桶状结构，开口朝上。排气孔18设置在套筒16的底部。采用该结构可以降低活塞17的自重，使在测量金属丝5的杨氏模量时可以从较小的拉力时开始测量，提高测量的范围。

在本申请的另一些实施例中，活塞17也可以是实心结构。

在本申请的一些实施例中，排气孔18的直径为1mm，在本申请的其他实施例中，排气孔18的直径也可以是2mm、3mm等，本申请不做限定。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，套筒16的相对两侧对称设置有支撑杆13，支撑杆13连接有第二套管14，第二套管14滑动套设在支撑柱2上，第二套管14的侧壁螺纹连接有第二紧固螺栓15，且第二紧固螺栓15的一端与支撑柱2抵接。第二套管14可在支撑柱2上滑动，并通过拧紧第二紧固螺栓15进行固定。从而调节阻尼机构的位置，以实现对不同长度金属丝5的杨氏模量的测量。

在本申请的其他实施例中，阻尼机构也可以通过其他的结构在支撑柱2上进行滑动和固定，本申请不做限定。

在本申请的一些实施例中，支撑杆13与套筒16转动连接，且支撑杆13设置在套筒16的顶部。将支撑杆13设置在套筒16的顶部且与套筒16转动连接，套筒16可以在自身重力的作用下保持竖直状态，防止套筒16不竖直而导致活塞17与套筒16产生摩擦，影响测量结果。

在本申请的一些实施例中，如图1所示，加载组件包括连接杆10和设置在连接杆10上的砝码盘11，通过在砝码盘11上放置不同数量的砝码12，即可改变对金属丝5施加的拉力。连接杆10的上端与夹持组件连接，以将力传递给金属丝5，连接杆10的下端与活塞17连接，以将加载组件发生的竖向位移传递给活塞17。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，测量组件包括测量平台6、放置在测量平台6上的反射镜7、望远镜(图未示)以及刻度尺(图未示)，反射镜7的底部设置有两个第一支腿20，反射镜7连接有第二支腿21。第二支腿21的形状为L形，且其中一部分与反射镜7垂直。第二支腿21的下端与金属丝5同步运动，带动反射镜7绕第一支腿20旋转。测量平台6上设置有用于放置第一支腿20的凹槽22。凹槽22便于反射镜7的定位，同时可以防止反射镜7发生移动、掉落等。

在本申请的另一些实施例中，测量组件也可以采用激光发射器(图未示)代替反射镜7，将第一支腿20设置激光发射器的下方，第二支腿21与激光发射器连接，且第二支腿21的结构与前述实施例相同。激光发射器发出的激光照射在刻度尺上。通过测量对金属丝5施加拉力前后照射点位置的改变量，同样可以计算出金属丝5的杨氏模量。

在本申请其他的实施例中，测量组件也可以采用其他结构，本申请不做限定。

在本申请的一些实施例中，测量平台6相对的两侧设置有第一套管8，第一套管8滑动套设在支撑柱2上，且第一套管8的侧壁螺纹连接有第一紧固螺栓9，第一紧固螺栓9的一端与支撑柱2抵接。第一套管8可在支撑柱2上滑动，并通过拧紧第一紧固螺栓9进行固定，从而测量平台6的位置，以实现对不同长度金属丝5的杨氏模量的测量。

在本申请其他的实施例中，也可以采用其他的结构实现测量平台6位置的调节，本申请不做限定。

在本申请的一些实施例中，夹持组件包括第一夹具4和第二夹具19。如图1所示，支撑柱2的顶部设置有顶板3，第一夹具4设置在顶板3上，用于夹紧金属丝5的上端。如图2所示，第二夹具19设置在测量平台6上，且与测量平台6滑动连接，第二支腿21放置在第二夹具19上。第二夹具19用于夹持金属丝5的下端。第一夹具4与第二夹具19之间的金属丝5的长度即为测量段的长度。第二夹具19与连接杆10铰接或者通过挂钩连接。通过第二夹具19也可以防止改变加载力时金属丝5发生左右晃动。当增加砝码12的数量时，金属丝5被拉长，第二夹具19向下移动，从而带动第二支腿21向下移动，使得反射镜7绕第一支腿20发生转动，从望远镜中观测到的刻度尺上的读数发生改变。通过测得的刻度尺上的读数以及加载组件和活塞17的重量以及金属丝5的原始长度，即可计算出金属丝5的杨氏模量。杨氏模量的具体计算方法为本领域公知，本申请不再赘述。

本申请提供的杨氏模量测定装置，通过活塞17、套筒16以及排气孔18，使加载力发生变化时，金属丝5缓慢的伸长或者缩短，从而防止金属丝5发生上下振动，同时，也可以防止金属丝5发生左右晃动，从而提高了实验效率和测量结果的准确性。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种杨氏模量测定装置，其特征在于：包括底座(1)和设置于所述底座(1)上的支撑柱(2)，所述支撑柱(2)上设置有用于夹持待测样品的夹持组件、用于测量待测样品变形量的测量组件和用于向待测样品加载的加载组件，所述加载组件与所述夹持组件连接，所述加载组件连接有阻尼机构。

2.如权利要求1所述的杨氏模量测定装置，其特征在于：所述阻尼机构包括套筒(16)和活塞(17)，所述活塞(17)位于所述套筒(16)内，所述活塞(17)与所述套筒(16)之间密封且滑动连接，所述套筒(16)上开设有与外界连通的排气孔(18)。

3.如权利要求2所述的杨氏模量测定装置，其特征在于：所述活塞(17)与所述套筒(16)之间涂覆有润滑油。

4.如权利要求2所述的杨氏模量测定装置，其特征在于：所述套筒(16)为透明材质；和/或，所述活塞(17)内部中空，且朝向所述套筒(16)内部的一侧设置有开口；和/或，所述排气孔(18)的直径为1mm-3mm。

5.如权利要求2所述的杨氏模量测定装置，其特征在于：所述套筒(16)的相对两侧对称设置有支撑杆(13)，所述支撑杆(13)连接有第二套管(14)，所述第二套管(14)滑动套设在所述支撑柱(2)上，所述第二套管(14)的侧壁螺纹连接有第二紧固螺栓(15)，且所述第二紧固螺栓(15)的一端与所述支撑柱(2)抵接。

6.如权利要求5所述的杨氏模量测定装置，其特征在于：所述支撑杆(13)与所述套筒(16)转动连接，且所述支撑杆(13)设置在所述套筒(16)的顶部。

7.如权利要求2所述的杨氏模量测定装置，其特征在于：所述加载组件包括连接杆(10)和设置在连接杆(10)上的砝码盘(11)，所述连接杆(10)的上端与所述夹持组件连接，所述连接杆(10)的下端与所述活塞(17)连接。

8.如权利要求1所述的杨氏模量测定装置，其特征在于：所述测量组件包括测量平台(6)、放置在所述测量平台(6)上的反射镜(7)、望远镜以及刻度尺，所述反射镜(7)的底部设置有两个第一支腿(20)，所述反射镜(7)连接有第二支腿(21)，所述第二支腿(21)与所述反射镜(7)垂直，所述测量平台(6)上设置有用于放置所述第一支腿(20)的凹槽(22)。

9.如权利要求8所述的杨氏模量测定装置，其特征在于：所述测量平台(6)相对的两侧设置有第一套管(8)，所述第一套管(8)滑动套设在所述支撑柱(2)上，且所述第一套管(8)的侧壁螺纹连接有第一紧固螺栓(9)，所述第一紧固螺栓(9)的一端与所述支撑柱(2)抵接。

10.如权利要求8所述的杨氏模量测定装置，其特征在于：所述夹持组件包括分别用于夹持待测样品两端的第一夹具(4)和第二夹具(19)，所述第一夹具(4)连接有顶板(3)，所述顶板(3)设置于所述支撑柱(2)的顶部，所述第二夹具(19)与所述测量平台(6)滑动连接，所述第二支腿(21)放置在所述第二夹具(19)上。