基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置，包括实验架、第一夹具、第二夹具、托盘、加压件、活塞、第一筒体、连通管和第二筒体；第一夹具和第二夹具分别用于与待测金属丝的两端相连；托盘的一端与第二夹具相连，另一端与活塞的一端相连；活塞的另一端与第一筒体的内壁贴合；加压件设于托盘上，用于使得待测金属丝产生形变，改变待测金属丝的形变量；第二筒体通过连通管与第一筒体相连通，且第二筒体的内径与第一筒体的内径比为1/15

【技术实现步骤摘要】
基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置


[0001]本技术属于实验装置
，具体涉及一种基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置。

技术介绍

[0002]在弹性限度内，材料的胁强与胁变(即相对形变)之比为一常数，叫弹性模量。杨氏模量是条形物体(如钢丝)沿纵向的弹性模量，它仅取决于材料本身的物理性质，其大小标志了材料的刚性，其值越大，表明该材料越不易发生形变。设均匀粗细的金属丝原长为l，内截面积为S，沿长度方向施力F，金属丝的拉伸形变量为Δl，则：
[0003][0004]比例系数E就是金属丝的杨氏模量，单位为N/m2，即Pa。
[0005]一般线材的拉伸形变伸长量Δl是个小量。在物理实验教学中，采用光杠杆法测量金属丝杨氏模量较为常见，但在实际测量的过程中，该方法存在以下缺点：1)占地面积大，光杠杆装置由望远镜、标尺和平面反射镜等构成，为了得到足够的放大倍数，望远镜与反射镜之间的距离接近两米，空间利用率低。2)光路调节复杂，在望远镜中调出标尺的清晰刻度较为困难。3)加减砝码时的震动对光杠杆的微小移动产生影响。4)实验条件苛刻。大多数情况下实验前仪器很难调节成标准状态：标尺与光杆杆镜面相平行且铅直；光杠杆镜面法线与望远镜光轴重合且水平。在非标准状态下进行测量存在系统误差。

技术实现思路

[0006]针对上述问题，本技术提出一种基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置，不仅成本低，占地小，操作简单，而且可以减少操作和环境等客观因素对测量结果的影响，测量精度高。
[0007]为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本技术通过以下技术方案实现：
[0008]第一方面，本技术提供了一种基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置，包括实验架，以及设于所述实验架上的第一夹具、第二夹具、托盘、加压件、活塞、第一筒体、连通管和第二筒体；
[0009]所述第一夹具和第二夹具相对设置，分别用于与待测金属丝的两端相连；
[0010]所述托盘的一端与所述第二夹具相连，另一端与所述活塞的一端相连；
[0011]所述活塞的另一端与所述第一筒体的内壁贴合；
[0012]所述第一筒体和第二筒体的内部均盛有液体，所述活塞与第一筒体内液面之间没有空气柱；
[0013]所述加压件设于所述托盘上，用于使得待测金属丝产生形变，以及改变待测金属丝的形变量；
[0014]所述第二筒体通过所述连通管与所述第一筒体相连通，且所述第二筒体的内径与
第一筒体的内径比为1/15
‑
1/14，当待测金属丝产生形变后，所述第一筒体内的液体流入第二筒体，所述第二筒体内出现液面高度变化。
[0015]可选地，所述装置还包括测量件，所述第二筒体与所述测量件相连，当所述第二筒体内出现液面高度变化时，所述测量件测量出第二筒体内的液面高度变化值。
[0016]可选地，所述测量件为尺子，所述第二筒体固定在尺子上，并与尺子上的刻度线对齐。
[0017]可选地，所述装置还包括支座，所述第一筒体通过所述支座固定在实验架上。
[0018]可选地，所述第一筒体的内径与所述活塞的外径相同，均为28mm
‑
29mm；所述第二筒体的内径为2mm
‑
2.2mm。
[0019]可选地，所述第一筒体和第二筒体内的液体均为有色液体。
[0020]可选地，所述托盘包括金属圆盘和双头螺纹金属棒，所述第二夹具底面中心和金属圆盘上表面中心均有内螺纹孔，所述双头螺纹金属棒一端旋进所述第二夹具底部，另一端旋进金属圆盘。
[0021]可选地，所述活塞上表面竖直衔接固定在所述金属圆盘下表面的中心。
[0022]第二方面，本技术提供了一种基于第一方面中任一项所述的连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置的测量方法，包括：
[0023]利用位于托盘上的加压件使得待测金属丝产生形变，进而带动所述活塞产生竖直向下的位移，使所述第一筒体内的液体流入所述第二筒体内，最终使得所述第二筒体内出现液面高度变化；
[0024]基于第二筒体内出现液面高度变化值，以及待测金属丝的内截面积、待测金属丝的原始长度、第一筒体的内截面积、第二筒体的内截面积和加压件的重量，计算出测量金属丝杨氏模量。
[0025]可选地，所述测量金属丝杨氏模量的计算公式为：
[0026][0027]其中，E为测量金属丝杨氏模量，m为加压件的重量，l为金属丝原长，S2为第一筒体的内截面积，S1为第二筒体的内截面积，S为待测金属丝的内截面积，Δx为第二筒体内出现液面高度变化值，ρ为液体的密度，g为重力加速度。
[0028]与现有技术相比，本技术的有益效果：
[0029]1.本技术相比于传统光杠杆实验仪器，占地面积较小，可以在同一实验桌上进行，更灵巧、简洁，且仪器的制作成本低。
[0030]2.本技术应用的原理简洁，操作方便，实验现象明显直观，仪器精度较高。
[0031]3.本技术减少了操作和环境等客观因素对测量结果的影响，使得实验结果更加可靠。具体地，传统光杠杆法对实验防震环境要求高，本技术中活塞的活动空间限制在竖直固定的第一筒体中，加减砝码时的震动对读数没有影响，实验结果更加可靠。传统光杠杆法的实验条件苛刻，光杠杆镜面法线与望远镜光轴常处于倾斜较大的非标准状态，手动调节的操作难度大，本技术的第一筒体在支座上一直保持竖直和固定不动的状态，不需要人工调节，操作简便。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
[0033]图1为本技术一种实施例的基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置的结构示意图；
[0034]图2为本技术一种实施例的基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置的原理示意图；
[0035]其中：
[0036]1、实验架；2、第一夹具；3、待测金属丝；4、第二夹具；5、托盘；6、砝码；7、活塞；8、第一筒体；9、支座；10、连通管；11、第二筒体；12、测量件。
具体实施方式
[0037]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0038]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置，其特征在于，包括实验架，以及设于所述实验架上的第一夹具、第二夹具、托盘、加压件、活塞、第一筒体、连通管和第二筒体；所述第一夹具和第二夹具相对设置，分别用于与待测金属丝的两端相连；所述托盘的一端与所述第二夹具相连，另一端与所述活塞的一端相连；所述活塞的另一端与所述第一筒体的内壁贴合；所述第一筒体和第二筒体的内部均盛有液体，所述活塞与第一筒体内液面之间没有空气柱；所述加压件设于所述托盘上，用于使得待测金属丝产生形变，以及改变待测金属丝的形变量；所述第二筒体通过所述连通管与所述第一筒体相连通，且所述第二筒体的内径与第一筒体的内径比为1/15
‑
1/14，当待测金属丝产生形变后，所述第一筒体内的液体流入第二筒体，所述第二筒体内出现液面高度变化。2.根据权利要求1所述的一种基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量的装置，其特征在于：所述装置还包括测量件，所述第二筒体与所述测量件相连，当所述第二筒体内出现液面高度变化时，所述测量件测量出第二筒体内的液面高度变化值。3.根据权利要求2所述的一种基于连通器等体积放大法测量金属丝杨氏模量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张潇，杨俊义，刘宇清，王忠彦，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：