一种容栅传感数显位移式杨氏模量测量仪制造技术

本发明专利技术涉及力学物理量测量仪器领域，尤其涉及一种容栅传感数显位移式杨氏模量测量仪，包括：容栅传感尺、金属丝固定架、待测杨氏模量金属丝、牵引装置、放大杠杆，容栅传感尺包括：动栅尺、定栅尺，动栅尺平行安装在定栅尺上，金属丝固定架设有定栅固定导轨，动栅尺通过放大杠杆连接到金属丝下端，定栅尺通过松紧螺丝结构固定在定栅固定导轨上；本发明专利技术能高精度地测出金属丝的微小伸长量，且其仪器结构简单，制造成本低，使用方便。

【技术实现步骤摘要】
一种容栅传感数显位移式杨氏模量测量仪
本专利技术涉及力学物理量测量仪器领域，尤其涉及一种容栅传感数显位移式杨氏模量测量仪。
技术介绍
杨氏模量是弹性材料的一种最重要、最具特征的力学物理量；金属丝杨氏模量的测量不仅仅在众多工程试验中被应用，同时也是现阶段大中专院校比较普及的教学实验，现有的实验教学使用的杨氏模量测量仪，其测微小位移量的测量方式大多数为光杠杆法测距法，其仪器使用时需要两人较好的配合，并需使用望远镜观察度数，使用过程复杂、测量耗时长；为解决以上问题，在其杨氏模量测量仪的测距方式上，现有技术中公布了多种相对简便的方法，例如，光电传感测距法（参考文献：金三梅，左谨平，周建鹏.基于光电传感器的金属杨氏模量的测量.电子测量技术）和电容传感测距法（参考文献：武立华，黄玉，赵恩铭.基于电容传感的杨氏模量仪及其实验.物理实验.2013.6）,但其两种方式仪器结构均比较复杂、成本较高，且其仪器最大量程较小。针对以上问题，本专利技术提出了一种容栅传感数显位移式杨氏模量测量仪，本仪器通过容栅传感测量装置、杠杆放大装置和牵引装置的有机结合，既能高精度地测出金属丝的微小伸长量，且其仪器结构简单，使用方便。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题为：现有的实验教学使用的光杠杆法测距式杨氏模量测量仪，其仪器使用时需要两人较好的配合，并需使用望远镜观察度数，使用过程复杂、测量耗时长；且现有文献技术中公布的基于电容传感的杨氏模量方法和基于光电传感器的金属杨氏模量的测量方法所使用的仪器结构比较复杂，仪器配套成本较高。为解决其技术问题本专利技术所采用的技术方案为：一种容栅传感数显位移式杨氏模量测量仪，包括：容栅传感尺1、金属丝固定架2、待测杨氏模量金属丝3、牵引装置4、放大杠杆12，容栅传感尺1包括：动栅尺5、定栅尺6、数显液晶显示器7，动栅尺5内部的电极片包括发射极14和公共接收极15，定栅尺6内部的电极片上包括反射极16和屏蔽极17，动栅尺5平行安装在定栅尺6上，动栅尺5和定栅尺6的电极片面相对,数显液晶显示器7设置在定栅尺6的外表面，金属丝固定架2包括：横梁8、支撑侧臂杆9、底座10、定栅固定导轨11，待测杨氏模量金属丝3上端固定连接在横梁8上，待测杨氏模量金属丝3下端连接牵引装置4；其特征在于：定栅固定导轨11竖直安装在金属丝固定架2上，与待测杨氏模量金属丝3平行，动栅尺5通过放大杠杆12传动连接到金属丝3下端，动栅尺5连接在放大杠杆12的长臂端，金属丝3下端连接到放大杠杆12的短臂端，放大杠杆12由杠杆支撑架13支撑，杠杆支撑架13与定栅尺6共同固定在定栅固定导轨11上，杠杆支撑架13与定栅尺6共用松紧螺丝结构。作为进一步具体优化,放大杠杆12的长臂臂长与放大杠杆12的短臂臂长的比例为5：1到10：1。作为进一步具体优化,其牵引装置4为重力砝码。作为进一步具体优化,其牵引装置4包括可伸缩螺杆18和数显拉力计19，可伸缩螺杆18上端连接到金属丝3下端，可伸缩螺杆18下端连接到数显拉力计19上，数显拉力计19固定在底座10上。作为进一步具体优化,其牵引装置4包括牵引钢丝绳20、牵引力调节滑轮组21和数显拉力计19，牵引力调节滑轮组21包括上调向轮22、上扭曲轮23、动态调节轮24、下扭曲轮25、下调向轮26、滑轮支架27和调节螺杆28，上调向轮22、上扭曲轮23、下扭曲轮25、下调向轮26安装在滑轮支架27上，动态调节轮24通过调节螺杆28安装在滑轮支架27上，牵引钢丝绳20上端连接到待测金属丝3下端，牵引钢丝绳20下端依次穿过牵引力调节滑轮组21的上调向轮22、上扭曲轮23、动态调节轮24、下扭曲轮25、下调向轮26连接到数显拉力计19上，数显拉力计19固定在底座10上。工作原理：当容栅传感器的发射极14被加上一个频率和相位严格按照周期变化的激励电压信号时,根据电容器工作原理,在反射极16上将会感应产生与发射极14频率及相位相同的电压信号。同理,在接收极15也将得到频率及相位与激励信号相同的感应电压信号。当动栅尺5相对于定栅尺6移动时,在反射极16上将产生随位移变化而导致相位与频率变化的感应信号,随之,接收极15也产生随反射极16信号变化而变化的感应信号。接收极15上的变化信号经过专用集成电路的处理,可以知道位移的大小。因此，当金属丝3因受牵引力产生微小伸长量的变化时，金属丝下端的位移会通过放大杠杆12带动动栅尺5的位移，其动栅尺5的位移量可由容栅传感尺1得出，动栅尺5的位移量与金属丝3因受牵引力产生微小伸长量的比值由放大杠杆12的长、短臂臂长比例决定；而金属丝3因受牵引力可通过计算重力砝码的悬挂重力或读取数显拉力计的拉力数值得出，并最终计算得出待测金属丝3的杨氏模量。有益效果：由于容栅传感尺能高精度的测出微小位移，待测金属丝3的微小伸长量经过放大杠杆12位移放大传动到容栅传感尺，其综合测值精度能较好的满足测量精度需求；而且容栅传感尺与数显拉力计的体积小、成本低，读数直观，本专利技术测金属丝微小伸长量的过程无需借助其他计算机及光学仪器设备，制造成本低，且操作方便、直观。附图说明图1为本专利技术方案一结构示意图；图2为本专利技术中容栅传感尺电极片结构视示意图；图3为本专利技术方案三结构示意图；图4为本专利技术方案四结构示意图；图5为本专利技术方案四中牵引力调节滑轮组结构示意图；图中：1为容栅传感尺，2为金属丝固定架，3为待测杨氏模量金属丝，4为牵引装置、5为动栅尺、6为定栅尺、7为数显液晶显示器、8为横梁、9为支撑侧臂杆、10为底座、11为定栅固定导轨、12为杠杆、13为杠杆支撑架、14为发射极、15为公共接收极、16为反射极、17为屏蔽极、18为可伸缩螺杆、19为数显拉力计、20为牵引钢丝绳、21为牵引力调节滑轮组、22为上调向轮、23为上扭曲轮、24为动态调节轮、25为下扭曲轮、26为下调向轮、27为滑轮支架、28为调节螺杆。具体实施方式参照附图进一步说明实现本专利技术的实施方式（如图1、图2、图3、图4、图5所示）：方案一：一种容栅传感数显位移式杨氏模量测量仪，包括：容栅传感尺1、金属丝固定架2、待测杨氏模量金属丝3、牵引装置4，容栅传感尺1包括：动栅尺5、定栅尺6、数显液晶显示器7，动栅尺5内部的电极片包括发射极14和公共接收极15，定栅尺6内部的电极片上包括反射极16和屏蔽极17，动栅尺5平行安装在定栅尺6上，动栅尺5和定栅尺6的电极片面相对,数显液晶显示器7设置在定栅尺6的外表面，金属丝固定架2包括：横梁8、支撑侧臂杆9、底座10、定栅固定导轨11，待测杨氏模量金属丝3上端固定连接在横梁8上，待测杨氏模量金属丝3下端连接牵引装置4，定栅固定导轨11竖直安装在金属丝固定架2上，与待测杨氏模量金属丝3平行，动栅尺5通过放大杠杆12传动连接到金属丝3下端，动栅尺5连接在放大杠杆12的长臂端，金属丝3下端连接到放大杠杆12的短臂端，放大杠杆12由杠杆支撑架13支撑，杠杆支撑架13与定栅尺6共同固定在定栅固定导轨11上，杠杆支撑架13与定栅尺6共用松紧螺丝结构。进一步说明，放大杠杆12的长臂臂长与放大杠杆12的长臂长与短臂长的比例为5：1。进一步说明，其牵引装置4为重力砝码。方案二：与方案一不同之处在于：放大杠杆12的长臂臂长与放大杠杆12的长臂长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种容栅传感数显位移式杨氏模量测量仪，包括：容栅传感尺(1)、金属丝固定架(2)、待测杨氏模量金属丝(3)、牵引装置(4)、放大杠杆(12)，容栅传感尺(1)包括：动栅尺(5)、定栅尺(6)、数显液晶显示器(7)，动栅尺(5)内部的电极片包括发射极(14)和公共接收极(15)，定栅尺(6)内部的电极片上包括反射极(16)和屏蔽极(17)，动栅尺(5)平行安装在定栅尺(6)上，动栅尺(5)和定栅尺(6)的电极片面相对, 数显液晶显示器(7)设置在定栅尺(6)的外表面，金属丝固定架(2)包括：横梁(8)、支撑侧臂杆(9)、底座(10)、定栅固定导轨(11)，待测杨氏模量金属丝(3)上端固定连接在横梁(8)上，待测杨氏模量金属丝(3)下端连接牵引装置(4)；其特征在于：定栅固定导轨(11)竖直安装在金属丝固定架(2)上，与待测杨氏模量金属丝(3)平行，动栅尺(5)通过放大杠杆(12)传动连接到金属丝(3)下端，动栅尺(5)连接在放大杠杆(12)的长臂端，金属丝(3)下端连接到放大杠杆(12)的短臂端，放大杠杆(12)由杠杆支撑架(13)支撑，杠杆支撑架(13)与定栅尺(6)共同固定在定栅固定导轨(11)上，杠杆支撑架(13)与定栅尺(6)共用松紧螺丝结构。...

【技术特征摘要】
1.一种容栅传感数显位移式杨氏模量测量仪，包括：容栅传感尺(1)、金属丝固定架(2)、待测杨氏模量金属丝(3)、牵引装置(4)、放大杠杆(12)，容栅传感尺(1)包括：动栅尺(5)、定栅尺(6)、数显液晶显示器(7)，动栅尺(5)内部的电极片包括发射极(14)和公共接收极(15)，定栅尺(6)内部的电极片上包括反射极(16)和屏蔽极(17)，动栅尺(5)平行安装在定栅尺(6)上，动栅尺(5)和定栅尺(6)的电极片面相对,数显液晶显示器(7)设置在定栅尺(6)的外表面，金属丝固定架(2)包括：横梁(8)、支撑侧臂杆(9)、底座(10)、定栅固定导轨(11)，待测杨氏模量金属丝(3)上端固定连接在横梁(8)上，待测杨氏模量金属丝(3)下端连接牵引装置(4)；其特征在于：定栅固定导轨(11)竖直安装在金属丝固定架(2)上，与待测杨氏模量金属丝(3)平行，动栅尺(5)通过放大杠杆(12)传动连接到金属丝(3)下端，动栅尺(5)连接在放大杠杆(12)的长臂端，金属丝(3)下端连接到放大杠杆(12)的短臂端，放大杠杆(12)由杠杆支撑架(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶益花，陈文光，尹陈艳，
申请(专利权)人：南华大学，饶益花，
类型：发明
国别省市：湖南;43