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杨氏模量测量仪

阅读：192发布：2020-05-11

IPRDB可以提供杨氏模量测量仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种杨氏模量测量仪，其特征在于：设计一矩形底座（2），底座上设有水平指示器及水平调整装置，底座两边立柱上分别安装有一被测钢丝夹持器（8），夹持后的钢丝（7）呈水平状态，钢丝中间吊有砝码（4），沿钢丝水平位置所成的下伸平面设置一组90°的弧形量角器（6），每一量角器的中心与钢丝夹持点位置重合，0°线与水平位置的钢丝重合，有检测砝码悬挂点的对中装置。，下面是杨氏模量测量仪专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种杨氏模量测量仪，其特征在于：设计一矩形底座（2），底座上设有水平指示器及水平调整装置，底座两边立柱上分别安装有一被测钢丝夹持器（8），夹持后的钢丝（7）呈水平状态，钢丝中间吊有砝码（4），沿钢丝水平位置所成的下伸平面设置一组90°的弧形量角器（6），每一量角器的中心与钢丝夹持点位置重合，0°线与水平位置的钢丝重合，有检测砝码悬挂点的对中装置（10）。

2.根据权利要求1所述的杨氏模量测量仪，其特征在于：所述的水平指示器为一水平仪（3）。

3.根据权利要求1所述的杨氏模量测量仪，其特征在于：水平调整装置为四个底角螺丝（1）

说明书全文

杨氏模量测量仪

技术领域

[0001] 本发明一般涉及一种物理实验装置，特别是测量金属丝杨氏模量所用的装置。

背景技术

[0002] 在物理实验装置中，尤其是力学实验装置中，经常要涉及测定金属丝的杨氏模量，杨氏模量是表征在弹性限度内材料抗压和抗拉性能的重要物理量,在工程技术中有着非常重要的意义。目前在许多高校的基础物理实验中大多采用拉伸法测定金属丝的杨氏模量,已有方法实验过程繁杂,测量结果不确定度大,费用高。

[0003] 已有的拉伸法光杠杆杨氏模量测量仪存在的主要缺点是光路调节复杂，要在望远镜中比较清晰地看到尺子的刻度需要两个人相互配合，一人负责观察望远镜，另外一个人则负责调节光杠杆上的反光镜。初次操作要花相当长的时间才能在望远镜中把尺子的刻度图像调出来。如要提高金属丝伸长量的测量精度，光杠杆平面镜到标尺的距离D一般在２米以上，用这种仪器测量杨氏模量占地面积太大。

[0004] 已有的拉伸法CCD杨氏模量测量仪存在的主要缺点有：（1）该仪器的成本很高，必须配备显微镜、CCD摄象机、显视器、显示器固定座才能进行测量。（2）该仪器的仪器精度为0.05mm，比较低。通过CCD摄象机在显微镜上的成像很模糊，测量误差比较大。（3）显微镜的物镜视场较小，当金属丝的伸长量超过3mm时，固定在金属丝下端滑块上的十字叉丝的横线就会离开显微镜的物镜视场，在监视器中就看不到十字叉丝的横线，这给的测量带来困难。（4）仪器安放在桌上进行测量时，金属丝上端离地太高，在测量金属丝的长度时，一是困难，二是测量不准确。另外，如果金属丝被拉断，更换金属丝也很困难。（5）该仪器金属丝下端滑块的设计不合理，在加砝码时滑块晃动厉害。

[0005] 杨氏模量的测量方法很多，其中最为普遍的是用拉伸法测量杨氏模量，根据胡克定律，设想在图1中，长为2L，截面积为S的均匀钢丝，在中点受到向下的作用力而伸长为2L′,伸长量为2 ，受力分析如图1所示，由图可知：即可求得钢丝的杨氏模量为：
由(2)式可以看出用该方法测量杨氏模量所测物理量仅有D与θ，而D便于测量，仅需测试变形后的θ角即可。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一个能克服公知技术缺点，利用杨式模量测量公式仅需两个参数钢丝直径D和拉伸后的角度的θ值设计一个测量装置，该装置测量过程简单，不繁琐、准确。

[0007] 为实现上述目的，本发明的方案为：设计一矩形底座，底座上设有水平指示器及水平调整装置，底座两边立柱上分别安装有一被测钢丝夹持器，夹持后的钢丝呈水平状态，钢丝中间吊有砝码，沿钢丝水平位置所成的下伸平面设置一组90°的弧形量角器，每一量角器的中心与钢丝夹持点位置重合，0°线与水平位置的钢丝重合，有检测砝码悬挂点的对中装置。

[0008] 采用上述方案，利用一个转换方案测量钢丝变形后的θ角，因为金属丝被拉伸后伸长量较小，直接测θ角较为困难，所以采用转换测量的方法,该方法原理为:半径为r和R的2个同心圆,在同心角相同的情况下,大圆对应的弧长更长。因此,在大弧上刻度能更精细,更有利于读数,因此测量值也就更精确。本测量仪选择了半径大小适当的量角器，通过测量θ来转换测量伸长量。

[0009] 本专利按照上述测量原理对已有拉伸法杨氏模量测量仪器进行重新设计后,省去了光杠杆中的望远镜和平面镜，省去了CCD成像杨氏模量测量仪中的显微镜、CCD成像装置以及显示器等仪器, 在钢丝中点加上砝码后通过θ的变化能明显感觉到钢丝被拉长，因此新的杨氏模量测量仪效果明显，实验过程简单,可大大降低实验仪器成本和实验费用，从而实现了本发明的目的。

[0010] 下面结合图示及实施例对方案作更详细的说明。

附图说明

[0011] 图1为杨氏模量测量仪的计算示意图；图2为杨氏模量测量仪的正视图。

具体实施方式

[0012] 如图2所示，本方案的杨氏模量测量测量装置在底座2的水平底板中心位置安放一个水平指示器，所述的水平指示器为一水平仪3，仪器包括四个底角螺丝1用来调节仪器的水平。底座两边立柱上分别安装一个钢丝夹持器8用来夹持钢丝7，钢丝夹持器用旋钮9夹紧，在底座上方中间位置安装一个指中针10，用来判断砝码挂钩5是否处在被测钢丝的中间位置，钢丝7的伸长量的多少由所加砝码4的个数来决定。伸长量的数量值可由大半径量角器6测出钢丝变化的角度θ按照对应的公式计算得出。钢丝直径由螺旋测微器测出。知道了D与θ以及砝码的质量m后，被测钢丝杨氏模量的大小就可以由下面公式算出。

[0013] 用设计的仪器测量直径的钢丝的杨氏模量，在不同作用力下的角度变化如表1，根据上述公式计算得出的杨氏模量值见表1。

[0014] 又知标准的杨氏模量为，因此采用上述方法测得的杨氏模量接近真值。

[0015] 用上述获得的参数计算钢丝的杨氏模量，减少了实验数据采集之前测量仪器的繁琐调节,减少了由此而导致的人为误差。设计的实验仪器结构简单、在钢丝被拉长后，仪器反映出来的效果明显，观察容易，实验方案简便易行，易维修，符合普通大学物理教学的实验操作。

标题	发布/更新时间	阅读量
杨氏模量测量仪-专利编号CN105466769A	2020-05-11	394
杨氏模量测量仪-专利编号CN103257077A	2020-05-11	191
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壁挂式杨氏模量测量仪-专利编号CN1493864A	2020-05-13	225
壁挂式杨氏模量测量仪-专利编号CN1186613C	2020-05-13	872
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杨氏模量仪-专利编号CN105486590A	2020-05-11	92
细下夹头杨氏模量仪-专利编号CN103063524A	2020-05-12	1022

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