专利名称：杨氏弹性模量测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种力学实验仪器，特别是用于杨氏弹性模量测定的仪器。
背景技术：
大学物理实验广泛采用的杨氏弹性模量测定仪一直没有太大的变化，由金恩培先生等编著、哈尔滨工业大学出版社1998出版的《大学物理实验(上册)》对这种仪器有详尽的介绍。这种测定仪的加力系统，结构十分简单，即在被拉伸的金属丝下方，用直接加砝码的方法作为加力方式，通常每个砝码为1kg，共加10个。由于砝码须占用很大空间，要求加力和拉伸装置支架的总高度必须加大到1.7m以上，进而不得不增加支架底座重量和面积，以确保支架的稳定性，这是现有加力与拉伸装置支架做得又高又重的重要原因之一。另外，由于加力过程的不连续性，容易产生冲击力，常引起被测系统振动，被测金属丝象弹簧一样上下伸缩，既影响实验进程，又带来新的误差。现有仪器的另一个严重缺陷是加力范围太小，实验误差大。
在材料力学试验机上的实验表明对直径1.0mm的钢丝，拉力加到85kg时，应力与应变曲线仍处在线性变化范围，但拉力在10kg以下曲线是弯曲的，其原因是由于开始时钢丝弯曲或夹头不紧等因素产生的假伸长。可见，实验的预拉力应设在10kg较合理，而现有仪器的预拉力设为3kg，总的加力才10kg，这是用现有仪器经常出现实验重复性差和误差大的重要原因。

发明内容
为克服现有仪器加力装置的缺陷，本实用新型设计了一个气动加力装置代替原来的砝码加力方式。为了减小仪器的尺寸和重量，同时缩小待测样品的尺寸，本实用新型采用高灵敏度、可变放大倍数的光放大微小长度变化测量装置代替通常的光杠杆光放大系统。为了方便地确定加力的大小，本实用新型利用电子计力显示器来读出加力的大小。
本实用新型工作时，待测金属丝的两端用夹头夹紧，上夹头固定，下夹头的下端穿过光杠杆反射镜置放平台的二个导孔，与拉力传感器相连接，气动加力装置将力加在传感器上，并通过电子计力显示器即时读出所加力的大小。
本实用新型气动加力装置的气囊与拉力传感器装在同一个金属盒中，气体进入气囊，体积增大，产生压力作用于传感器上，传感器与被测金属丝的下夹头相固连，从而使金属丝受到拉力，该拉力的大小则显示在高精度的电子计力显示器上。
本实用新型将气动加力装置和电子传感与显示技术有机地结合在一起，整个结构紧凑，所占空间小，可连续稳定地加力或减力，加力范围可在0～30kg的范围内调节。
本实用新型与原有系统相比较具有如下改进1、本实用新型采用高灵敏度、可变放大倍数的光放大微小长度变化测量装置，其放大倍数比通常光杠杆放大系统高几倍到十几倍，因而使整个仪器结构紧凑，高度从原来的1.7～1.8m降为0.7～0.8m，重量由十几公斤减少到约4公斤。
2、由于气动加力具有连续性和稳定性的特点，本实用新型始终工作在静态或准静态过程中，完全消除了加力引起仪器振动的因素。
3、本实用新型气动加力装置的加力范围为0～30kg，实验时预拉力可设定在10kg，从而消除了原有仪器因假伸长产生的显著误差和实验重复性差的缺点，提高了实验质量。
4、拉力传感器和电子计力显示器具有反应灵敏、精度较高的特点，将它们与气动加力装置有机地结合在一起，使本实用新型有较高的技术起点和信息容量。


图1是本实用新型的立体示意图；图2是本实用新型结构的主示图；图3是本实用新型结构的侧示图；
图4是本实用新型的光测系统示意图；图5是本实用新型气动加力装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行进一步地说明。图1-3为本实用新型的结构示意图它主要由上夹头1、下夹头2、光杠杆反射镜置放平台3、横梁4、反推板5、气囊6、拉力传感器7、电子计力显示器9及底座8等组成。立柱11与顶梁12焊接成本实用新型的支架，立柱11通过螺栓固定在底座8上。上夹头1与下夹头2均采用钻头卡，上夹头1通过螺栓固定在顶梁12上，下夹头2通过螺栓与拉力盒10相固连。拉力盒10内装有加力气囊6、反推板5和拉力传感器7，气囊6位于反推板5与拉力传感器7之间，反推板5用两个螺栓穿过拉力盒10与固定在支架两立柱11上的横梁4相固连。电子计力显示器9将拉力传感器7上的电信号转换成可即时读出的数字信号。
图4为本实用新型的光测系统示意图它主要由激光光源21、衍射镜22、光杠杆反射镜23、调节反射镜组24、标尺25以及测量望远镜26组成。
图5为本实用新型气动加力装置示意图，主要由脚踏式打气筒31、减压缸32、精密排气阀33、气囊6和三组自锁式连接阀组成。
本实用新型工作时，先将待测金属丝夹紧在上夹头1和下夹头2之间，然后将光杠杆反射镜23放置在本实用新型的光杠杆反射镜置放平台3上，其后足尖与测量端面15接触。用脚踏式打气筒31将气体压入气囊6后产生的压力作用于拉力传感器7上，因拉力传感器7上面是固定的反推板5，于是整个加力盒10受到向下推的作用力，牵引下夹头2向下移动，从而实现对待测金属丝的拉伸。从激光光源21发出的激光束经衍射镜22变成一束极细的平行于标尺25的衍射线，该衍射线在光杠杆反射镜23与调节镜组24之间经多次反射后，投射到标尺25上。光杠杆反射镜23将待测金属丝受力后的微小长度变化转变为光杠杆反射镜23的微小转动，并引起激光束在多次反射后，变成放大几百倍的线性变化量，最后由测量望远镜26读出。
本实用新型气动加力装置的工作压力最大值设计为250mm汞柱，最大拉力约为31kg。工作时，预拉力设定在10kg，每次加力2kg，取10组数据点，最后加力到28kg。拉力传感器7的误差为±10g，因此实验相对误差约为1.5％。
权利要求1.一种主要由由上夹头(1)、下夹头(2)、光杠杆反射镜置放平台(3)、横梁(4)、反推板(5)、气囊(6)、拉力传感器(7)、电子计力显示器(9)、光测系统和气动加力装置等组成的杨氏弹性模量测定仪，由立柱(11)与顶梁(12)焊接成本实用新型的支架，立柱(11)通过螺栓固定在底座(8)上，其特征在于上夹头(1)与下夹头(2)均采用钻头卡，上夹头(1)通过螺栓固定在顶梁(12)上，下夹头(2)通过螺栓与拉力盒(10)相固连。拉力盒(10)内装有加力气囊(6)、反推板(5)和传感器(7)，气囊(6)位于反推板(5)与拉力传感器(7)之间，反推板(5)用两个螺栓穿过拉力盒(10)与固定在支架两立柱(11)上的横梁(4)相固连；电子计力显示器(9)将拉力传感器(7)上的电信号转换成可即时读出的数字信号；光测系统由激光光源(21)、衍射镜(22)、光杠杆反射镜(23)、调节反射镜组(24)、标尺(25)以及测量望远镜(26)组成；气动加力装置由脚踏式打气筒(31)、减压缸(32)、精密排气阀(33)、气囊(6)和三组自锁式连接阀组成，它们之间用软管连接。
2.一种如权利要求1所述的杨氏弹性模量测定仪，其特征在于气动加力装置的工作压力最大值设计为250mm汞柱，最大拉力约为31kg。
3.一种如权利要求1所述的杨氏弹性模量测定仪，其特征在于拉力传感器(7)的误差为±10g。
专利摘要本实用新型是一种全新的杨氏弹性模量测定仪。采用气动加力和电子传感与电子显示技术，改变了老式杨氏弹性模量测定仪用砝码加力的落后方法。工作时，将待测金属丝与拉力传感器相连接，气动加力装置将所施力加在传感器上转变为电信号，由数字电子计力器读出所加力大小。本实用新型结构紧凑，只有0.8m高，重约4kg，可连续稳定地加力或减力，加力范围0～30kg，读数精度±10g。
文档编号G01N3/08GK2643314SQ0320592
公开日2004年9月22日 申请日期2003年8月7日 优先权日2003年8月7日
发明者曾仲宁 申请人:曾仲宁