一種容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及力學(xué)物理量測量儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀，包括：容柵傳感尺、金屬絲固定架、待測楊氏模量金屬絲、牽引裝置、放大杠桿，容柵傳感尺包括：動?xùn)懦摺⒍懦?，動?xùn)懦咂叫邪惭b在定柵尺上，金屬絲固定架設(shè)有定柵固定導(dǎo)軌，動?xùn)懦咄ㄟ^放大杠桿連接到金屬絲下端，定柵尺通過松緊螺絲結(jié)構(gòu)固定在定柵固定導(dǎo)軌上；本發(fā)明能高精度地測出金屬絲的微小伸長量，且其儀器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，使用方便。
【專利說明】一種容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及力學(xué)物理量測量儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀。

【背景技術(shù)】
[0002]楊氏模量是彈性材料的一種最重要、最具特征的力學(xué)物理量；金屬絲楊氏模量的測量不僅僅在眾多工程試驗中被應(yīng)用，同時也是現(xiàn)階段大中專院校比較普及的教學(xué)實驗，現(xiàn)有的實驗教學(xué)使用的楊氏模量測量儀，其測微小位移量的測量方式大多數(shù)為光杠桿法測距法，其儀器使用時需要兩人較好的配合，并需使用望遠(yuǎn)鏡觀察度數(shù)，使用過程復(fù)雜、測量耗時長；為解決以上問題，在其楊氏模量測量儀的測距方式上，現(xiàn)有技術(shù)中公布了多種相對簡便的方法，例如，光電傳感測距法(參考文獻(xiàn):金三梅，左謹(jǐn)平，周建鵬.基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量.電子測量技術(shù))和電容傳感測距法(參考文獻(xiàn):武立華，黃玉，趙恩銘.基于電容傳感的楊氏模量儀及其實驗.物理實驗.2013.6)，但其兩種方式儀器結(jié)構(gòu)均比較復(fù)雜、成本較高，且其儀器最大量程較小。針對以上問題，本發(fā)明提出了一種容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀，本儀器通過容柵傳感測量裝置、杠桿放大裝置和牽引裝置的有機(jī)結(jié)合，既能高精度地測出金屬絲的微小伸長量，且其儀器結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題為:現(xiàn)有的實驗教學(xué)使用的光杠桿法測距式楊氏模量測量儀，其儀器使用時需要兩人較好的配合，并需使用望遠(yuǎn)鏡觀察度數(shù)，使用過程復(fù)雜、測量耗時長；且現(xiàn)有文獻(xiàn)技術(shù)中公布的基于電容傳感的楊氏模量方法和基于光電傳感器的金屬楊氏模量的測量方法所使用的儀器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，儀器配套成本較高。
[0004]為解決其技術(shù)問題本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀，包括:容柵傳感尺1、金屬絲固定架2、待測楊氏模量金屬絲3、牽引裝置4、放大杠桿12，容柵傳感尺I包括:動?xùn)懦?、定柵尺6、數(shù)顯液晶顯示器7，動?xùn)懦?內(nèi)部的電極片包括發(fā)射極14和公共接收極15，定柵尺6內(nèi)部的電極片上包括反射極16和屏蔽極17，動?xùn)懦?平行安裝在定柵尺6上，動?xùn)懦?和定柵尺6的電極片面相對，數(shù)顯液晶顯示器7設(shè)置在定柵尺6的外表面，金屬絲固定架2包括:橫梁8、支撐側(cè)臂桿9、底座10、定柵固定導(dǎo)軌11，待測楊氏模量金屬絲3上端固定連接在橫梁8上，待測楊氏模量金屬絲3下端連接牽引裝置4;
其特征在于:定柵固定導(dǎo)軌11豎直安裝在金屬絲固定架2上，與待測楊氏模量金屬絲3平行，動?xùn)懦?通過放大杠桿12傳動連接到金屬絲3下端，動?xùn)懦?連接在放大杠桿12的長臂端，金屬絲3下端連接到放大杠桿12的短臂端，放大杠桿12由杠桿支撐架13支撐，杠桿支撐架13與定柵尺6共同固定在定柵固定導(dǎo)軌11上，杠桿支撐架13與定柵尺6共用松緊螺絲結(jié)構(gòu)。
[0005]作為進(jìn)一步具體優(yōu)化，放大杠桿12的長臂臂長與放大杠桿12的短臂臂長的比例為 5:1 到 10:lo
[0006]作為進(jìn)一步具體優(yōu)化，其牽引裝置4為重力砝碼。
[0007]作為進(jìn)一步具體優(yōu)化，其牽引裝置4包括可伸縮螺桿18和數(shù)顯拉力計19，可伸縮螺桿18上端連接到金屬絲3下端，可伸縮螺桿18下端連接到數(shù)顯拉力計19上，數(shù)顯拉力計19固定在底座10上。
[0008]作為進(jìn)一步具體優(yōu)化，其牽引裝置4包括牽引鋼絲繩20、牽引力調(diào)節(jié)滑輪組21和數(shù)顯拉力計19，牽引力調(diào)節(jié)滑輪組21包括上調(diào)向輪22、上扭曲輪23、動態(tài)調(diào)節(jié)輪24、下扭曲輪25、下調(diào)向輪26、滑輪支架27和調(diào)節(jié)螺桿28，上調(diào)向輪22、上扭曲輪23、下扭曲輪25、下調(diào)向輪26安裝在滑輪支架27上，動態(tài)調(diào)節(jié)輪24通過調(diào)節(jié)螺桿28安裝在滑輪支架27上，牽引鋼絲繩20上端連接到待測金屬絲3下端，牽引鋼絲繩20下端依次穿過牽引力調(diào)節(jié)滑輪組21的上調(diào)向輪22、上扭曲輪23、動態(tài)調(diào)節(jié)輪24、下扭曲輪25、下調(diào)向輪26連接到數(shù)顯拉力計19上，數(shù)顯拉力計19固定在底座10上。
[0009]工作原理:當(dāng)容柵傳感器的發(fā)射極14被加上一個頻率和相位嚴(yán)格按照周期變化的激勵電壓信號時，根據(jù)電容器工作原理，在反射極16上將會感應(yīng)產(chǎn)生與發(fā)射極14頻率及相位相同的電壓信號。同理，在接收極15也將得到頻率及相位與激勵信號相同的感應(yīng)電壓信號。當(dāng)動?xùn)懦?相對于定柵尺6移動時，在反射極16上將產(chǎn)生隨位移變化而導(dǎo)致相位與頻率變化的感應(yīng)信號，隨之，接收極15也產(chǎn)生隨反射極16信號變化而變化的感應(yīng)信號。接收極15上的變化信號經(jīng)過專用集成電路的處理，可以知道位移的大小。因此，當(dāng)金屬絲3因受牽引力產(chǎn)生微小伸長量的變化時，金屬絲下端的位移會通過放大杠桿12帶動動?xùn)懦?的位移，其動?xùn)懦?的位移量可由容柵傳感尺I得出，動?xùn)懦?的位移量與金屬絲3因受牽引力產(chǎn)生微小伸長量的比值由放大杠桿12的長、短臂臂長比例決定；而金屬絲3因受牽引力可通過計算重力砝碼的懸掛重力或讀取數(shù)顯拉力計的拉力數(shù)值得出，并最終計算得出待測金屬絲3的楊氏模量。
[0010]有益效果:由于容柵傳感尺能高精度的測出微小位移，待測金屬絲3的微小伸長量經(jīng)過放大杠桿12位移放大傳動到容柵傳感尺，其綜合測值精度能較好的滿足測量精度需求；而且容柵傳感尺與數(shù)顯拉力計的體積小、成本低，讀數(shù)直觀，本發(fā)明測金屬絲微小伸長量的過程無需借助其他計算機(jī)及光學(xué)儀器設(shè)備，制造成本低，且操作方便、直觀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明方案一結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明中容柵傳感尺電極片結(jié)構(gòu)視示意圖；
圖3為本發(fā)明方案三結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明方案四結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明方案四中牽引力調(diào)節(jié)滑輪組結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:1為容柵傳感尺，2為金屬絲固定架，3為待測楊氏模量金屬絲，4為牽引裝置、5為動?xùn)懦摺?為定柵尺、7為數(shù)顯液晶顯示器、8為橫梁、9為支撐側(cè)臂桿、10為底座、11為定柵固定導(dǎo)軌、12為杠桿、13為杠桿支撐架、14為發(fā)射極、15為公共接收極、16為反射極、17為屏蔽極、18為可伸縮螺桿、19為數(shù)顯拉力計、20為牽引鋼絲繩、21為牽引力調(diào)節(jié)滑輪組、22為上調(diào)向輪、23為上扭曲輪、24為動態(tài)調(diào)節(jié)輪、25為下扭曲輪、26為下調(diào)向輪、27為滑輪支架、28為調(diào)節(jié)螺桿。

【具體實施方式】
[0012]參照附圖進(jìn)一步說明實現(xiàn)本發(fā)明的實施方式(如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示): 方案一:一種容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀，包括:容柵傳感尺1、金屬絲固定架2、待測楊氏模量金屬絲3、牽引裝置4，容柵傳感尺I包括:動?xùn)懦?、定柵尺6、數(shù)顯液晶顯示器7，動?xùn)懦?內(nèi)部的電極片包括發(fā)射極14和公共接收極15，定柵尺6內(nèi)部的電極片上包括反射極16和屏蔽極17，動?xùn)懦?平行安裝在定柵尺6上，動?xùn)懦?和定柵尺6的電極片面相對，數(shù)顯液晶顯示器7設(shè)置在定柵尺6的外表面，金屬絲固定架2包括:橫梁8、支撐側(cè)臂桿9、底座10、定柵固定導(dǎo)軌11，待測楊氏模量金屬絲3上端固定連接在橫梁8上，待測楊氏模量金屬絲3下端連接牽引裝置4，定柵固定導(dǎo)軌11豎直安裝在金屬絲固定架2上，與待測楊氏模量金屬絲3平行，動?xùn)懦?通過放大杠桿12傳動連接到金屬絲3下端，動?xùn)懦?連接在放大杠桿12的長臂端，金屬絲3下端連接到放大杠桿12的短臂端，放大杠桿12由杠桿支撐架13支撐，杠桿支撐架13與定柵尺6共同固定在定柵固定導(dǎo)軌11上，杠桿支撐架13與定柵尺6共用松緊螺絲結(jié)構(gòu)。
[0013]進(jìn)一步說明，放大杠桿12的長臂臂長與放大杠桿12的長臂長與短臂長的比例為5:1。
[0014]進(jìn)一步說明，其牽引裝置4為重力砝碼。
[0015]方案二:與方案一不同之處在于:放大杠桿12的長臂臂長與放大杠桿12的長臂長與短臂長的比例為10:1。
[0016]方案三:與方案一或方案二不同之處在于:其牽引裝置4包括可伸縮螺桿18和數(shù)顯拉力計19，可伸縮螺桿18上端連接到金屬絲3下端，可伸縮螺桿18下端連接到數(shù)顯拉力計19上，數(shù)顯拉力計19固定在底座10上。
[0017]方案四:與方案一或方案二不同之處在于:其牽引裝置4包括牽引鋼絲繩20、牽引力調(diào)節(jié)滑輪組21和數(shù)顯拉力計19，牽引力調(diào)節(jié)滑輪組21包括上調(diào)向輪22、上扭曲輪23、動態(tài)調(diào)節(jié)輪24、下扭曲輪25、下調(diào)向輪26、滑輪支架27和調(diào)節(jié)螺桿28，上調(diào)向輪22、上扭曲輪23、下扭曲輪25、下調(diào)向輪26安裝在滑輪支架27上，動態(tài)調(diào)節(jié)輪24通過調(diào)節(jié)螺桿28安裝在滑輪支架27上，牽引鋼絲繩20上端連接到待測金屬絲3下端，牽引鋼絲繩20下端依次穿過牽引力調(diào)節(jié)滑輪組21的上調(diào)向輪22、上扭曲輪23、動態(tài)調(diào)節(jié)輪24、下扭曲輪25、下調(diào)向輪26連接到數(shù)顯拉力計19上，數(shù)顯拉力計19固定在底座10上。
【權(quán)利要求】
1.一種容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀，包括:容柵傳感尺(I)、金屬絲固定架(2)、待測楊氏模量金屬絲(3)、牽引裝置(4)、放大杠桿(12)，容柵傳感尺(I)包括:動?xùn)懦?5)、定柵尺￠)、數(shù)顯液晶顯示器(7)，動?xùn)懦?5)內(nèi)部的電極片包括發(fā)射極(14)和公共接收極(15)，定柵尺(6)內(nèi)部的電極片上包括反射極(16)和屏蔽極(17)，動?xùn)懦?5)平行安裝在定柵尺(6)上，動?xùn)懦?5)和定柵尺￠)的電極片面相對，數(shù)顯液晶顯示器(7)設(shè)置在定柵尺￠)的外表面，金屬絲固定架(2)包括:橫梁(8)、支撐側(cè)臂桿(9)、底座(10)、定柵固定導(dǎo)軌(11)，待測楊氏模量金屬絲(3)上端固定連接在橫梁(8)上，待測楊氏模量金屬絲(3)下端連接牽引裝置(4);其特征在于:定柵固定導(dǎo)軌(11)豎直安裝在金屬絲固定架⑵上，與待測楊氏模量金屬絲⑶平行，動?xùn)懦?5)通過放大杠桿(12)傳動連接到金屬絲⑶下端，動?xùn)懦?5)連接在放大杠桿(12)的長臂端，金屬絲(3)下端連接到放大杠桿(12)的短臂端，放大杠桿(12)由杠桿支撐架(13)支撐，杠桿支撐架(13)與定柵尺(6)共同固定在定柵固定導(dǎo)軌(11)上，杠桿支撐架(13)與定柵尺(6)共用松緊螺絲結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀，其特征在于:放大杠桿(12)的長臂臂長與放大杠桿(12)的短臂臂長的比例為5:1到10:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀，其特征在于:其所述牽引裝置(4)為重力砝碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀，其特征在于:其所述牽引裝置(4)包括可伸縮螺桿(18)和數(shù)顯拉力計(19)，可伸縮螺桿(18)上端連接到金屬絲(3)下端，可伸縮螺桿(18)下端連接到數(shù)顯拉力計(19)上，數(shù)顯拉力計(19)固定在底座(10)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的容柵傳感數(shù)顯位移式楊氏模量測量儀，其特征在于:其所述牽引裝置(4)包括牽引鋼絲繩(20)、牽引力調(diào)節(jié)滑輪組(21)和數(shù)顯拉力計(19)，牽引力調(diào)節(jié)滑輪組(21)包括上調(diào)向輪(22)、上扭曲輪(23)、動態(tài)調(diào)節(jié)輪(24)、下扭曲輪(25)、下調(diào)向輪(26)、滑輪支架(27)和調(diào)節(jié)螺桿(28)，上調(diào)向輪(22)、上扭曲輪(23)、下扭曲輪(25)、下調(diào)向輪(26)安裝在滑輪支架(27)上，動態(tài)調(diào)節(jié)輪(24)通過調(diào)節(jié)螺桿(28)安裝在滑輪支架(27)上，牽引鋼絲繩(20)上端連接到待測金屬絲(3)下端，牽引鋼絲繩(20)下端依次穿過牽引力調(diào)節(jié)滑輪組(21)的上調(diào)向輪(22)、上扭曲輪(23)、動態(tài)調(diào)節(jié)輪(24)、下扭曲輪(25)、下調(diào)向輪(26)連接到數(shù)顯拉力計(19)上，數(shù)顯拉力計(19)固定在底座(10)上。
【文檔編號】G09B23/10GK104359760SQ201410656988
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】饒益花, 陳文光, 尹陳艷 申請人:南華大學(xué), 饒益花