基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置,包括待测金属棒、固定座、加热装置、热敏电阻传感器、PSD位移检测系统、电流传感器、处理器和显示器，所述加热装置包括串联连接的电阻箱和低频稳压电源；所述PSD位移检测系统包含激光二极管、PSD工作区、会聚透镜和接受透镜，激光二极管发出的激光经会聚透镜主光轴打在待测金属棒表面，经反射并通过接受透镜主光轴成像于PSD工作区，在PSD工作区两极端输出电流，通过电流传感器传输至处理器；热敏电阻传感器一端与待测金属棒连接，另一端与处理器连接，采集待测金属棒的温度数据并传递至处理器。本发明专利技术的装置大大减小实验的测量误差，具有推广使用的重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置
本专利技术涉及物理实验领域，具体涉及基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置。技术背景固体物质的温度每升高1℃时，其单位长度的伸长量，叫做“线膨胀系数”，由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际温度和确定长度时所选定的参考温度有关。线膨胀系数是高校物理系学生的实验项目之一，常见的测量方法有顶杆式间接法、望远镜直读法等,而常见的加热方式有电磁感应加热、蒸汽加热、激光加热等，这些方法往往使实验得到的数据存在较大实验误差，并且如电磁感应加热温度较高存在危险，影响广大师生的学习过程。目前高校实验中缺乏一种误差小、精准度高且便捷的测量方法及加热方式，因此，如何研发一种新的金属固体线膨胀系数测量装置，具有重要的意义。其中，激光法是以一激光束扫描试样，能够连续测定试样在加热过程中长度的变化,因而测量精度高,误差小,而利用低频稳压电源加热不仅安全性高，且可利用电阻箱调控电阻值控制加热程度，此外结合计算机组成的全自动控制、记录和多功能系统应用到固体线膨胀系数的实验测量将是一种更为智能便捷化的方式。选择热膨胀测量方法时主要考虑测试范围、待测材料的种类和特性、测量精度和灵敏度等。因而选用自制利用低频稳压电源及PSD位移检测系统进行金属固体线膨胀系数的测量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是传统的对于金属棒或金属线随温度变化发生伸长，导致位移量变化的测量，存在较大的实验测量误差；本申请通过利用PSD位移检测系统测量金属棒的位移量，通过改进加热装置，提高温度控制的精确度及金属棒的位移变化。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是:基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置,其特征在于，包括待测金属棒、固定座、加热装置、热敏电阻传感器、PSD位移检测系统、电流传感器、处理器和显示器，所述加热装置包括串联连接的电阻箱和低频稳压电源，所述加热装置与待测金属空心棒串联连接；所述PSD位移检测系统包含激光二极管、PSD工作区、会聚透镜和接受透镜，激光二极管发出的激光经会聚透镜主光轴打在待测金属棒表面，经反射并通过接受透镜主光轴成像于PSD工作区，在PSD工作区两极端输出电流，通过电流传感器传输至处理器；热敏电阻传感器一端与待测金属棒连接，另一端与处理器连接，采集待测金属棒的温度数据并传递至处理器；所述处理器通过收集电流传感器获得的PSD位移检测数据与待测金属棒的温度数据，并通过处理、分析、运算并传输至显示装置显示测量结果。作为优选，所述固定座上设置凹槽，所述待测金属棒至少一端设置卡口，所述卡口与固定座底端的凹槽相匹配，使得待测金属棒固定于固定座上。更为优选地，所述热敏电阻传感器和加热装置电压输出端固定于固定座上。所述PSD位移检测系统中激光二极管为PIN光电二极管。具体地，所述热敏电阻传感器和PSD位移检测系统实时采集待测金属棒的温度和金属棒位移量变化而导致的PSD工作区电流信号的变化，并通过控制器实时处理、分析、运算并通过显示装置实时显示测试结果。具体地，所述PSD位移检测系统中激光二极管的光源方向与待测金属棒几何中心面垂直。进一步地，所述PSD工作区是光电器件；所述光电器件是一种非均匀半导体，具有横向光电效应，对入射光或粒子位置敏感，并能将光电位置转化为电信号。作为优选，所述电阻箱阻值范围为0Ω-9999.99Ω。更为优选地，所述固定座还包括弹簧，所述弹簧设置于固定座上，用于卡固待测金属棒。具体地，所述待测金属棒为空心结构。优选地，所述激光二极管为PIN光电二极管，其工作波长有635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm。具体地，所述PSD位移检测系统中会聚透镜与激光二极管联结固定为一部分装置，接受透镜与PSD工作区联结固定为另一部分装置，两部分装置通过光学设计合成为完整的PSD位移检测系统。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:1.本专利技术各部件均可固定，操作简便。2.可根据教学需求，对实验进行调控设置，重新设置PSD位移检测系统的各参数进行分析。3.本实验利用PSD位移检测系统对微小位移进行观察，误差可控制在±15um。4.数据可视化程度高，PSD将微小位移进行放大，并利用科学工作站进行跟踪。5.PSD位移检测系统各部件固定化程度高，减小人工操作的存在的失误引起的人工误差。6.低频稳压电源加热速度快，节约环保并且不会出现类似水蒸气锅加热的排水问题。附图说明图1是线膨胀系数测量实验装置整体结构图；图2是PSD位移测量系统测量原理图；图3是实施例一中等效电路图。其中，101-会聚透镜101；102-接收透镜102；103-PSD工作区103。具体实施方式实施例一：如图1所示，基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置,其特征在于，包括待测金属棒、固定座、加热装置、热敏电阻传感器、PSD位移检测系统、电流传感器、处理器和显示器，所述加热装置包括串联连接的电阻箱和低频稳压电源，所述加热装置与待测金属空心棒串联连接；所述PSD位移检测系统包含激光二极管、PSD工作区103、会聚透镜101和接受透镜，激光二极管发出的激光经会聚透镜101主光轴打在待测金属棒表面，经反射并通过接受透镜主光轴成像于PSD工作区103，在PSD工作区103两极端输出电流，通过电流传感器传输至处理器；热敏电阻传感器一端与待测金属棒连接，另一端与处理器连接，采集待测金属棒的温度数据并传递至处理器；所述处理器通过收集电流传感器获得的PSD位移检测数据与待测金属棒的温度数据，并通过处理、分析、运算并传输至显示装置显示测量结果。具体地，所述固定底座将空心金属棒和热敏电阻传感器固定，避免金属棒向其他方向偏移。具体地，低频稳压电源与电阻箱及待测空心金属棒串联加热，电阻箱控制加热程度。具体地，本实施例中，所述热敏电阻传感器一端连接金属棒，另一端连接计算机，在科学工作站中建立坐标系反映温度随时间变化的曲线。本实施例中，空心金属棒为铜材料，先测量铜材料金属棒原长L1，待测金属棒的一端的卡口嵌入底座的凹槽内，以固定待测金属棒。弹簧卡住待测金属棒的另一端，以确保待测金属棒向光源方向伸长。热敏电阻传感器和待测金属棒紧密接触。加热装置包含电阻箱及低频稳压电源，将低频稳压电源接通电源启动，设置电压为20V，调节电阻箱阻值为9999.9Ω准备对空心金属棒进行加热。将光学设计好的PSD位移检测系统激光源对准待测金属棒，并固定好。将热敏电阻温度传感器和PSD位移检测系统电流输出端分别接入数据采集接口器相应的通道。打开科学工作站默认窗口界面，选择热敏电阻传感器和电流传感器。双击热敏电阻传感器，点击“测量”，选择“温度”，并选择测量范围为0-100℃。双击电流传感器，点击“测量”，选择“电流”，并选择测量范围为0-10A。打开“图形显示”窗口，点击图标，建立两个坐标系。其中一个坐标系的纵坐标设为温度T，用于显示温度随时间变化的曲线。另一个坐标系的纵坐标设置为位移Y，并输入已推导的公式，用于显示待测金属棒的伸长量随时间变化的曲线。打开两个“数字显示”窗口，分别用于显示温度T和金属杆伸长的具体量值。调节电阻箱阻值为20Ω，开始对金属棒加热。点击“启动”图标开始采集测量数据，根据“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置,其特征在于，包括待测金属棒、固定座、加热装置、热敏电阻传感器、PSD位移检测系统、电流传感器、处理器和显示器，所述加热装置包括串联连接的电阻箱和低频稳压电源，所述加热装置与待测金属棒串联连接；所述PSD位移检测系统包含激光二极管、PSD工作区、会聚透镜和接受透镜，激光二极管发出的激光经会聚透镜主光轴打在待测金属棒表面，经反射并通过接受透镜主光轴成像于PSD工作区，在PSD工作区两极端输出电流，通过电流传感器传输至处理器；热敏电阻传感器一端与待测金属棒连接，另一端与处理器连接，采集待测金属棒的温度数据并传递至处理器；所述处理器通过收集电流传感器获得的PSD位移检测数据与待测金属棒的温度数据，并通过处理、分析、运算并传输至显示装置显示测量结果。

【技术特征摘要】
1.基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置,其特征在于，包括待测金属棒、固定座、加热装置、热敏电阻传感器、PSD位移检测系统、电流传感器、处理器和显示器，所述加热装置包括串联连接的电阻箱和低频稳压电源，所述加热装置与待测金属棒串联连接；所述PSD位移检测系统包含激光二极管、PSD工作区、会聚透镜和接受透镜，激光二极管发出的激光经会聚透镜主光轴打在待测金属棒表面，经反射并通过接受透镜主光轴成像于PSD工作区，在PSD工作区两极端输出电流，通过电流传感器传输至处理器；热敏电阻传感器一端与待测金属棒连接，另一端与处理器连接，采集待测金属棒的温度数据并传递至处理器；所述处理器通过收集电流传感器获得的PSD位移检测数据与待测金属棒的温度数据，并通过处理、分析、运算并传输至显示装置显示测量结果。2.如权利要求书1所述的基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置，其特征在于，所述固定座上设置凹槽，所述待测金属棒至少一端设置卡口，所述卡口与固定座底端的凹槽相匹配，使得待测金属棒固定于固定座上。3.如权利要求书2所述的基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置，其特征在于，所述热敏电阻传感器和加热装置电压输出端固定于固定座上。4.如权利要求书2所述的基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯守浙，张思思，程琳，张丽滢，钱昊，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33