本发明专利技术公开一种利用单缝衍射测材料热膨胀系数的装置，其特征在于：所述的装置包括激光器（1），与激光器（1）相配有单缝装置（2），与单缝装置（2）相配有观测装置（3），它针对传统的材料热膨胀系数测量方法所存在的种种问题，设计出一种用衍射方法测量微小位移的实验装置，其操作简单，调节方便，省去了传统方法或结构中各种参数的间接转化，减少了误差的来源，同时它所需要读取的参数并不需要采用望远镜观测，更加直接和准确。它的特殊结构决定了在测量的过程中，供光线通过以产生衍射条纹的缝隙中无任何遮挡物，保证了投射在观测屏装置上的衍射条纹清晰。
【技术实现步骤摘要】
利用单缝衍射测材料热膨胀系数的装置及方法
本专利技术涉及一种材料热膨胀系数的检测装置，特别是一种利用单缝衍射测材料热膨胀系数的装置，以及利用该装置对材料进行热膨胀系数测算的方法。
技术介绍
热膨胀系数是描述固体材料在温度变化下发生形变的重要物理量。是工程技术、科学研究中常用的物理量。热膨胀系数的测量也是大学物理实验中经典实验之一。现有技术中热膨胀系数的测量主要有：光杠杆法、移侧显微镜法等。在一些测试、特别是大学物理实验中，现有的热膨胀系数测量方法主要是光杠杆法。光杠杆的测量装置主要由尺读望远镜、米尺、固体线膨胀系数测试仪、铜棒、光杠杆、温度计等构成。测量过程中通过调节使得观测者能够从望远镜中清晰的看到标尺的像，然后逐渐升高温度使金属棒受热膨胀，通过金属棒伸长的微小长度、小反射平面镜转过的角度及望远镜像中标尺读数差的关系得到金属棒的热膨胀系数。该测量方法和装置存在以下的缺点：它是将微小的长度变化通过光杠杆法进行放大后进行测定，因此通过望远镜看平面镜中标尺像时会出现像难以调节的问题；传统的测量中，是将非竖直平面的光路近似看成是同一竖直平面的光路，存在一定的误差；标尺的读数是通过望远镜观测到的，观察时会产生视觉差，标尺的精确度较低。为了解决上述问题，现在有利用单缝衍射原理来测量来料的热膨胀系数的论文及专利，但这些技术仍然存在一定的问题，问题之一就是在进行观察时引起视觉差以及通过人为调节金属棒会导致误差。因此现在需要一种能够解决上述问题的装置或方法，来准确测量金属棒的热膨胀系数。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出一种结构简单，设计巧妙，工艺简单，制造成本低廉、误差小的利用单缝衍射测材料热膨胀系数的装置，以及利用该装置对材料进行热膨胀系数测算的方法。本专利技术的技术解决方案是：一种利用单缝衍射测材料热膨胀系数的装置，其特征在于：所述的装置包括激光器1，与激光器相配有单缝装置2，与单缝装置2相配有观测装置3，所述的单缝装置包括两个对称设置的壳体4，壳体4内设置有加热筒5，加热筒5的夹层中设置有电阻丝6，在加热筒5内设置有待测金属棒7，待测金属棒7的一端通过绝热连接件8与刀片9相连，而两个刀片9之间形成水平分布的单缝，在壳体4内还设置有温度传感器10，温度传感器10与待测金属棒7接触，且温度传感器10还通过导线与温度测控仪11相连，所述的观测装置3包括遮光筒12，遮光筒12的末端设置有光信号接受屏13，在光信号接受屏13上设置有CCD数据处理模块14，所述的CCD数据处理模块14通过导线与计算机15相连，所述的绝热连接件8包括一个由绝热材料制成的框架16，框架16的一端设置有与待测金属棒7的端部相配的连接套17，在框架16内滑动连接有刀片连接架18，并且在刀片连接架18上还螺纹连接有锁紧螺栓19，刀片连接架18的端部与刀片9相连。利用如上所述的利用单缝衍射测材料热膨胀系数的装置测材料热膨胀系数的方法，其特征在于：所述的方法按照以下步骤进行：a、将两个完全相同的待测金属棒7分别置于两个壳体4中的加热筒5中，待测金属棒7的长度为L、直径为d，并在每个待测金属棒7的端头处通过绝热连接件8连接刀片9，b、根据需要的缝隙的宽度来调节绝热连接件8，保证两个刀片9之间的缝隙的宽度为b，单个待测金属棒7受热后其热膨胀变化量为，该缝隙至光信号接受屏13之间的距离为，启动激光器1，激光经过两个刀片9之间的缝隙后，经过遮光筒12后会在光信号接受屏13上产生衍射条纹，在CCD数据处理模块14的作用下，将光信号转化为电信号，并在计算机15的显示屏上显示光强分布曲线，c、同时控制两套电阻丝6工作，对待测金属棒7加热，待测金属棒7受热膨胀后其长度发生变化，驱动两个刀片9在纵向上位移，导致缝隙的宽度发生变化，d、CCD数据处理模块14对光信号进行处理，并在计算机15的显示屏上显示光强分布曲线，选定同一侧的条纹级数m、n，记录此时温度和峰值坐标及条纹间距，每过10度，记录温度以及峰值坐标及条纹之间的间距，e、激光器1产生的激光的波长为λ，将上述的、、、、、m、n、λ和、代入公式：，计算出待测金属棒的热膨胀系数。本专利技术同现有技术相比，具有如下优点：本种结构形式的测量金属棒热膨胀系数的装置，其结构简单，设计巧妙，布局合理，它针对传统的材料热膨胀系数测量方法所存在的种种问题，设计出一种用衍射方法测量微小位移的实验装置，其操作简单，调节方便，省去了传统方法或结构中各种参数的间接转化，减少了误差的来源，同时它所需要读取的参数并不需要采用望远镜观测，更加直接和准确。它的特殊结构决定了在测量的过程中，供光线通过以产生衍射条纹的缝隙中无任何遮挡物，保证了投射在观测屏装置上的衍射条纹清晰。并且本装置采用的双棒双加热系统,待测金属棒端头上设置的刀片会对金属棒施加一定的力，如果仅仅对单棒进行加热，上述力会导致测量结果存在误差，而本装置创造性的采用纵向分布的两个金属棒（配刀片）的结构，这样位于上方的金属棒下方的刀片会对该金属棒产生拉力，而位于下方的金属棒上方的刀片则会对该金属棒产生压力，由于在这两套机构中，金属棒、刀片以及二者之间的连接机构均相同，因此上述的拉力所产生的影响恰好可以弥补上述压力所产生的影响，从而保证测量的准确性；利用本装置，结合本专利技术所公开的方法，能够便捷、快速、准确的测算出某个金属棒的热膨胀系数，该装置和方法，特别适合于在高等院校大学物理实验中的综合设计实验，其市场前景十分广阔。附图说明图1为本专利技术实施例的结构示意图。图2为图1中的A部放大图。具体实施方式下面将结合附图说明本专利技术的具体实施方式。如图1、图2所示：一种利用单缝衍射测材料热膨胀系数的装置，所述的装置包括激光器1，与激光器相配有单缝装置2，与单缝装置2相配有观测装置3，即激光器1产生的激光经过单缝装置2后，会产生衍射现象，并在观测装置3上投射出衍射条纹，当单缝装置2中的待测金属棒7受热后，其整体长度会发生变化，该变化会导致单缝宽度的变化，而观测装置3上的衍射条纹也会出现相应的变化，根据该变化能够准确的测算处待测金属棒7的热膨胀系数；上述的单缝装置包括两个对称设置的壳体4，这两个壳体4在纵向上分别位于激光器1所发出的光线的上下两端，在壳体4内设置有加热筒5，加热筒5的夹层中设置有电阻丝6，在加热筒5内设置有待测金属棒7，待测金属棒7的一端通过绝热连接件8与刀片9相连，两个壳体4中的两个刀片9之间形成水平分布的单缝，在壳体4内还设置有温度传感器10，温度传感器10与待测金属棒7接触，且温度传感器10还通过导线与温度测控仪11相连，绝热连接件8包括一个由绝热材料制成的框架16，框架16的一端设置有与待测金属棒7的端部相配的连接套17，当连接套17套接在待测金属棒7的端头时，连接套17便与待测金属棒7连接为一体结构，在框架16内滑动连接有刀片连接架18，并且在刀片连接架18上还螺纹连接有锁紧螺栓19，刀片连接架18的端部与刀片9相连观测装置3包括遮光筒12，遮光筒12的末端设置有光信号接受屏13，在光信号接受屏13上设置有CCD数据处理模块14，所述的CCD数据处理模块14通过导线与计算机15相连，所述的激光器1、电阻丝6和温度测控仪11也通过计算机15进行控制。本专利技术实本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用单缝衍射测材料热膨胀系数的装置，其特征在于：所述的装置包括激光器（1），与激光器（1）相配有单缝装置（2），与单缝装置（2）相配有观测装置（3），所述的单缝装置包括两个对称设置的壳体（4），壳体（4）内设置有加热筒（5），加热筒（5）的夹层中设置有电阻丝（6），在加热筒（5）内设置有待测金属棒（7），待测金属棒（7）的一端通过绝热连接件（8）与刀片（9）相连，而两个刀片（9）之间形成水平分布的单缝，在壳体（4）内还设置有温度传感器（10），温度传感器（10）与待测金属棒（7）接触，且温度传感器（10）还通过导线与温度测控仪（11）相连，所述的观测装置（3）包括遮光筒（12），遮光筒（12）的末端设置有光信号接受屏（13），在光信号接受屏（13）上设置有CCD数据处理模块（14），所述的CCD数据处理模块（14）通过导线与计算机（15）相连。
【技术特征摘要】
1.一种利用单缝衍射测材料热膨胀系数的装置，其特征在于：所述的装置包括激光器（1），与激光器（1）相配有单缝装置（2），与单缝装置（2）相配有观测装置（3），所述的单缝装置包括两个对称设置的壳体（4），壳体（4）内设置有加热筒（5），加热筒（5）的夹层中设置有电阻丝（6），在加热筒（5）内设置有待测金属棒（7），待测金属棒（7）的一端通过绝热连接件（8）与刀片（9）相连，而两个刀片（9）之间形成水平分布的单缝，在壳体（4）内还设置有温度传感器（10），温度传感器（10）与待测金属棒（7）接触，且温度传感器（10）还通过导线与温度测控仪（11）相连，所述的观测装置（3）包括遮光筒（12），遮光筒（12）的末端设置有光信号接受屏（13），在光信号接受屏（13）上设置有CCD数据处理模块（14），所述的CCD数据处理模块（14）通过导线与计算机（15）相连。2.根据权利要求1所述的利用单缝衍射测材料热膨胀系数的装置，其特征在于：所述的绝热连接件（8）包括一个由绝热材料制成的框架（16），框架（16）的一端设置有与待测金属棒（7）的端部相配的连接套（17），在框架（16）内滑动连接有刀片连接架（18），并且在刀片连接架（18）上还螺纹连接有锁紧螺栓（19），刀片连接架（18）的端部与刀片（9）相连。3.利用如权利要求1所述的利用单...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨桂娟，胡玉才，王剑，孙永林，孙海锋，于笑天，张子贺，
申请(专利权)人：大连海洋大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。