一种金属线膨胀系数的测量装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种金属线膨胀系数的测量装置和系统，该测量装置包括：均热结构，由石英管、加热带、隔热层构成，其中，加热带缠绕在石英管外侧，金属棒以放入石英管中的方式进行加热并且悬空地支撑在石英管中；第一光栅位移传感器，由光栅尺移动端和固定端构成，位于待测量金属棒的轴向一端部，所述光栅尺移动端由第一弹簧和第一固定端抵接，用于测量其膨胀位移量；热电偶温度传感器，其热电偶探头用耐热胶带和金属棒粘贴在一起，用于即时测量金属棒的温度，其中，待测量金属棒的轴向两端部设置有隔热件。本测量装置为线膨胀系数测量提供了一个新途径，且可以替代传统实验并用于实验教学。

【技术实现步骤摘要】
一种金属线膨胀系数的测量装置和系统
本专利技术涉及一种金属线膨胀系数的测量装置和金属线膨胀系数的测量系统。
技术介绍
线膨胀系数是表征物质膨胀特性的重要参数，尤其对常温以上金属线膨胀系数的测量在实际工程测量中更具有重要意义。测量微小变化量的方法常为光杠杆法和螺旋测微法。使用螺旋测微器，精度较低，对整体实验数据影响较大。测量金属的线膨胀系数，常用的方法主要为光杠杆法，光杠杆法的实质为:将微小长度变化量经光杠杆装置转变为微小角度变化量，再经由尺度望远镜转变为刻度尺上较大的读数变化量，进而计算得到微小变化量。利用光杠杆原理调节难度较大，光杠杆镜面与望远镜的光轴不能严格垂直，往往光杠杆平面镜与望远镜会存在一定的角度，造成望远镜中标尺读数有偏差，通过望远镜观测位移量放大倍数太大，会使结果受到影响，测量的量非常多，测量偏差较大，从而使实验测出的微小位移量的值不够准确。因此，有必要提供一种测量准确且操作方便的金属线膨胀系数的测量装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种金属线膨胀系数的测量装置，以使金属线膨胀的测量准确且操作简便。本专利技术的目的还在于提供一种金属线膨胀系数的测量系统，对金属线膨胀系数进行自动测量。为此，本专利技术一方面提供了一种金属线膨胀系数的测量装置，包括：均热结构，由石英管、加热带、隔热层构成，其中，加热带缠绕在石英管外侧，待测量金属棒以放入石英管中的方式进行加热并且悬空地支撑在石英管中；热电偶温度传感器，其热电偶探头用耐热胶带和金属棒粘贴在一起，用于即时测量金属棒的温度；以及第一光栅位移传感器，由光栅尺移动端和固定端构成，位于待测量金属棒的一轴向端部，用于测量其膨胀位移量，其中，待测量金属棒的轴向两端部设置有隔热件，所述光栅尺移动端与所述待测金属棒的一轴向端部无间隙接触。进一步地，上述金属线膨胀系数的测量装置还包括由光栅尺移动端和固定端构成的第二光栅位移传感器，用于差动地测量金属棒的膨胀位移量，其中，所述待测金属棒的另一轴向端部与第二光栅位移传感器的光栅尺移动端无间隙接触。进一步地，上述金属线膨胀系数的测量装置还包括与所述光栅尺移动端抵接的压力可调的弹簧。进一步地，上述待测量金属棒的一轴向端部为固定端，另一轴向端部为与所述光栅尺移动端抵接的自由伸缩端。进一步地，上述金属线膨胀系数的测量装置还包括直线滑轨、第一滑块和第二滑块，其中，所述均热结构设置在所述直线滑轨上，位于均热结构轴向两端的部件分别安装在所述第一滑块和第二滑块上。进一步地，上述金属线膨胀系数的测量装置还包括与光栅位移传感器电连接至的光栅尺数显表，并且所述热电偶探头电连接至热电偶温度传感器的显示器，还包括与所述加热带电连接的接触式自耦调压器。根据本专利技术的另一方面，提供了一种金属线膨胀系数的测量系统，包括测量装置、数据处理装置和显示装置，其中，所述测量装置为根据上面所描述的金属线膨胀系数的测量装置。进一步地，上述数据处理装置用于实时采集温度传感器和光栅位移传感器的数据并且根据采集的数据计算金属棒的线膨胀系数，还用于加热带的自动调压。进一步地，上述数据处理装置用于实时采集温度传感器和光栅位移传感器的数据，并且由温度传感器示数t和数显表示数x对应关系通过拟合得到金属棒的x-t拟合曲线，然后计算曲线的拟合斜率k，由斜率k代入金属棒膨胀系数计算的等效公式求得金属棒的线膨胀系数α，其中，l0是金属棒的原始长度。本测温装置采取了用光栅位移传感器来测量金属的线膨胀系数的方案：采用高精度的光栅位移传感器测量出了金属膨胀的微小变化量，再根据热电偶温度传感器记录的实时温度，计算出金属的线膨胀系数。与传统的光杠杆法相比，针对实验仪器和操作步骤等几个方面，本测量装置具有以下技术效果：(1)在测量装置中，我们设计了石英管、保温隔热海绵和隔热件等器件，有效防止了光栅位移传感器等仪器其它结构因受热膨胀而造成的误差。(2)将金属棒套进石英管中央，由加热带先加热石英管，然后通过空气传热使金属棒均匀受热；自耦调压器控制电压变化进而控制加热带功率，金属棒的温度在加热带的加热下缓慢升高。(3)本测温装置通过拟合x-t曲线，并根据金属的线膨胀系数的等效公式，即可得出所测金属的线膨胀系数，相关文献指出金属的线膨胀系数并非简单的线性关系，利用本测量方法能够很好地验证这一点。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术第一实施例的金属线膨胀系数的测量装置的结构示意图；图2是根据本专利技术第一实施例的金属线膨胀系数的测量装置的截面示意图；图3是根据本专利技术第二实施例的金属线膨胀系数的测量装置的结构示意图；图4是根据本专利技术的测量装置进行实验得到的铝棒的x-t拟合曲线图；以及图5是根据本专利技术的金属线膨胀系数的测量装置的框图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。图1至图5示出了根据本专利技术的一些实施例。图1和图2示出了根据本专利技术的第一实施例，结合参照图1和图2，在本实施例中，本金属线膨胀系数的测量装置包括：石英管11、加热带12、海绵隔热层13、第二端隔热件14、第二固定端15、接触式自耦调压器16、热电偶探头17、热电偶温度传感器18、由光栅尺移动端21和固定端22组成的第一光栅位移传感器、第一弹簧23、第一固定端24、第一端隔热件25、以及第一光栅尺数显表26。在本实施例中，光栅位移传感器选自KA-300光栅尺，精度为5μm。光栅尺数显表优选为GS898-2数显表，与光栅位移传感器配套，用以显示光栅尺位移大小。接触式自耦调压器选自TGC接触式自耦调压器，用来调节电源电压，作为加热带电源。热电偶温度传感器选自TM-902C温度计，用于测量金属棒的实时温度。第一隔热件和第二隔热件选自石棉隔热板。由于金属棒的热传导系数较大，所以升温很快，如果直接把加热带(功率100w)缠绕在金属棒外，升温速度太快，例如铝棒大概每秒升温1-2度，这样不便于数据的记录，会导致测量误差太大。我们采取将加热带(功率100w)缠绕在石英管外侧，把金属棒放入石英管中的方式进行加热，同时为了防止金属棒直接和石英管接触导致受热不均匀，我们又在石英管的两端设计了两个隔热卡槽19用于悬空地支撑金属棒(如图2所示)，使金属棒40处石英管的中央，而不与石英管接触。如此使加热带先加热石英管，然后通过石英管内空气传热使金属棒升温，这种加热方式使得金属棒受热均匀。为了保证金属的温度能够均匀且以适中的速度变化，我们在电路中接入一个自耦调压器，通过可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属线膨胀系数的测量装置，其特征在于，包括：/n均热结构，由石英管、加热带、隔热层构成，其中，加热带缠绕在石英管外侧，待测量金属棒以放入石英管中的方式进行加热并且悬空地支撑在石英管中；/n热电偶温度传感器，其热电偶探头用耐热胶带和金属棒粘贴在一起，用于即时测量金属棒的温度；以及/n第一光栅位移传感器，由光栅尺移动端和固定端构成，位于待测量金属棒的一轴向端部，用于测量其膨胀位移量，/n其中，待测量金属棒的轴向两端部设置有隔热件，所述光栅尺移动端与所述待测金属棒的一轴向端部无间隙接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属线膨胀系数的测量装置，其特征在于，包括：
均热结构，由石英管、加热带、隔热层构成，其中，加热带缠绕在石英管外侧，待测量金属棒以放入石英管中的方式进行加热并且悬空地支撑在石英管中；
热电偶温度传感器，其热电偶探头用耐热胶带和金属棒粘贴在一起，用于即时测量金属棒的温度；以及
第一光栅位移传感器，由光栅尺移动端和固定端构成，位于待测量金属棒的一轴向端部，用于测量其膨胀位移量，
其中，待测量金属棒的轴向两端部设置有隔热件，所述光栅尺移动端与所述待测金属棒的一轴向端部无间隙接触。


2.根据权利要求1所述的金属线膨胀系数的测量装置，其特征在于，还包括由光栅尺移动端和固定端构成的第二光栅位移传感器，用于差动地测量金属棒的膨胀位移量，其中，所述待测金属棒的另一轴向端部与第二光栅位移传感器的光栅尺移动端无间隙接触。


3.根据权利要求1所述的金属线膨胀系数的测量装置，其特征在于，还包括与所述光栅尺移动端抵接的压力可调的弹簧。


4.根据权利要求1所述的金属线膨胀系数的测量装置，其特征在于，所述待测量金属棒的一轴向端部为固定端，另一轴向端部为与所述光栅尺移动端抵接的自由伸缩端。


5.根据权利要求1所述的金属线膨胀系数的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨武，石晓燕，尚通通，王煜淼，翟志东，郭金良，李晓军，蔡根旺，魏永凯，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41