專利名稱：楊氏彈性模量測定儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種力學實驗儀器，特別是用于楊氏彈性模量測定的儀器。
背景技術：
大學物理實驗廣泛采用的楊氏彈性模量測定儀一直沒有太大的變化，由金恩培先生等編著、哈爾濱工業大學出版社1998出版的《大學物理實驗(上冊)》對這種儀器有詳盡的介紹。這種測定儀的加力系統，結構十分簡單，即在被拉伸的金屬絲下方，用直接加砝碼的方法作為加力方式，通常每個砝碼為1kg，共加10個。由于砝碼須占用很大空間，要求加力和拉伸裝置支架的總高度必須加大到1.7m以上，進而不得不增加支架底座重量和面積，以確保支架的穩定性，這是現有加力與拉伸裝置支架做得又高又重的重要原因之一。另外，由于加力過程的不連續性，容易產生沖擊力，常引起被測系統振動，被測金屬絲象彈簧一樣上下伸縮，既影響實驗進程，又帶來新的誤差。現有儀器的另一個嚴重缺陷是加力范圍太小，實驗誤差大。
在材料力學試驗機上的實驗表明對直徑1.0mm的鋼絲，拉力加到85kg時，應力與應變曲線仍處在線性變化范圍，但拉力在10kg以下曲線是彎曲的，其原因是由于開始時鋼絲彎曲或夾頭不緊等因素產生的假伸長。可見，實驗的預拉力應設在10kg較合理，而現有儀器的預拉力設為3kg，總的加力才10kg，這是用現有儀器經常出現實驗重復性差和誤差大的重要原因。
發明內容
為克服現有儀器加力裝置的缺陷，本實用新型設計了一個氣動加力裝置代替原來的砝碼加力方式。為了減小儀器的尺寸和重量，同時縮小待測樣品的尺寸，本實用新型采用高靈敏度、可變放大倍數的光放大微小長度變化測量裝置代替通常的光杠桿光放大系統。為了方便地確定加力的大小，本實用新型利用電子計力顯示器來讀出加力的大小。
本實用新型工作時，待測金屬絲的兩端用夾頭夾緊，上夾頭固定，下夾頭的下端穿過光杠桿反射鏡置放平臺的二個導孔，與拉力傳感器相連接，氣動加力裝置將力加在傳感器上，并通過電子計力顯示器即時讀出所加力的大小。
本實用新型氣動加力裝置的氣囊與拉力傳感器裝在同一個金屬盒中，氣體進入氣囊，體積增大，產生壓力作用于傳感器上，傳感器與被測金屬絲的下夾頭相固連，從而使金屬絲受到拉力，該拉力的大小則顯示在高精度的電子計力顯示器上。
本實用新型將氣動加力裝置和電子傳感與顯示技術有機地結合在一起，整個結構緊湊，所占空間小，可連續穩定地加力或減力，加力范圍可在0～30kg的范圍內調節。
本實用新型與原有系統相比較具有如下改進1、本實用新型采用高靈敏度、可變放大倍數的光放大微小長度變化測量裝置，其放大倍數比通常光杠桿放大系統高幾倍到十幾倍，因而使整個儀器結構緊湊，高度從原來的1.7～1.8m降為0.7～0.8m，重量由十幾公斤減少到約4公斤。
2、由于氣動加力具有連續性和穩定性的特點，本實用新型始終工作在靜態或準靜態過程中，完全消除了加力引起儀器振動的因素。
3、本實用新型氣動加力裝置的加力范圍為0～30kg，實驗時預拉力可設定在10kg，從而消除了原有儀器因假伸長產生的顯著誤差和實驗重復性差的缺點，提高了實驗質量。
4、拉力傳感器和電子計力顯示器具有反應靈敏、精度較高的特點，將它們與氣動加力裝置有機地結合在一起，使本實用新型有較高的技術起點和信息容量。
圖1是本實用新型的立體示意圖；圖2是本實用新型結構的主示圖；圖3是本實用新型結構的側示圖；
圖4是本實用新型的光測系統示意圖；圖5是本實用新型氣動加力裝置示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行進一步地說明。圖1-3為本實用新型的結構示意圖它主要由上夾頭1、下夾頭2、光杠桿反射鏡置放平臺3、橫梁4、反推板5、氣囊6、拉力傳感器7、電子計力顯示器9及底座8等組成。立柱11與頂梁12焊接成本實用新型的支架，立柱11通過螺栓固定在底座8上。上夾頭1與下夾頭2均采用鉆頭卡，上夾頭1通過螺栓固定在頂梁12上，下夾頭2通過螺栓與拉力盒10相固連。拉力盒10內裝有加力氣囊6、反推板5和拉力傳感器7，氣囊6位于反推板5與拉力傳感器7之間，反推板5用兩個螺栓穿過拉力盒10與固定在支架兩立柱11上的橫梁4相固連。電子計力顯示器9將拉力傳感器7上的電信號轉換成可即時讀出的數字信號。
圖4為本實用新型的光測系統示意圖它主要由激光光源21、衍射鏡22、光杠桿反射鏡23、調節反射鏡組24、標尺25以及測量望遠鏡26組成。
圖5為本實用新型氣動加力裝置示意圖，主要由腳踏式打氣筒31、減壓缸32、精密排氣閥33、氣囊6和三組自鎖式連接閥組成。
本實用新型工作時，先將待測金屬絲夾緊在上夾頭1和下夾頭2之間，然后將光杠桿反射鏡23放置在本實用新型的光杠桿反射鏡置放平臺3上，其后足尖與測量端面15接觸。用腳踏式打氣筒31將氣體壓入氣囊6后產生的壓力作用于拉力傳感器7上，因拉力傳感器7上面是固定的反推板5，于是整個加力盒10受到向下推的作用力，牽引下夾頭2向下移動，從而實現對待測金屬絲的拉伸。從激光光源21發出的激光束經衍射鏡22變成一束極細的平行于標尺25的衍射線，該衍射線在光杠桿反射鏡23與調節鏡組24之間經多次反射后，投射到標尺25上。光杠桿反射鏡23將待測金屬絲受力后的微小長度變化轉變為光杠桿反射鏡23的微小轉動，并引起激光束在多次反射后，變成放大幾百倍的線性變化量，最后由測量望遠鏡26讀出。
本實用新型氣動加力裝置的工作壓力最大值設計為250mm汞柱，最大拉力約為31kg。工作時，預拉力設定在10kg，每次加力2kg，取10組數據點，最后加力到28kg。拉力傳感器7的誤差為±10g，因此實驗相對誤差約為1.5％。
權利要求1.一種主要由由上夾頭(1)、下夾頭(2)、光杠桿反射鏡置放平臺(3)、橫梁(4)、反推板(5)、氣囊(6)、拉力傳感器(7)、電子計力顯示器(9)、光測系統和氣動加力裝置等組成的楊氏彈性模量測定儀，由立柱(11)與頂梁(12)焊接成本實用新型的支架，立柱(11)通過螺栓固定在底座(8)上，其特征在于上夾頭(1)與下夾頭(2)均采用鉆頭卡，上夾頭(1)通過螺栓固定在頂梁(12)上，下夾頭(2)通過螺栓與拉力盒(10)相固連。拉力盒(10)內裝有加力氣囊(6)、反推板(5)和傳感器(7)，氣囊(6)位于反推板(5)與拉力傳感器(7)之間，反推板(5)用兩個螺栓穿過拉力盒(10)與固定在支架兩立柱(11)上的橫梁(4)相固連；電子計力顯示器(9)將拉力傳感器(7)上的電信號轉換成可即時讀出的數字信號；光測系統由激光光源(21)、衍射鏡(22)、光杠桿反射鏡(23)、調節反射鏡組(24)、標尺(25)以及測量望遠鏡(26)組成；氣動加力裝置由腳踏式打氣筒(31)、減壓缸(32)、精密排氣閥(33)、氣囊(6)和三組自鎖式連接閥組成，它們之間用軟管連接。
2.一種如權利要求1所述的楊氏彈性模量測定儀，其特征在于氣動加力裝置的工作壓力最大值設計為250mm汞柱，最大拉力約為31kg。
3.一種如權利要求1所述的楊氏彈性模量測定儀，其特征在于拉力傳感器(7)的誤差為±10g。
專利摘要本實用新型是一種全新的楊氏彈性模量測定儀。采用氣動加力和電子傳感與電子顯示技術，改變了老式楊氏彈性模量測定儀用砝碼加力的落后方法。工作時，將待測金屬絲與拉力傳感器相連接，氣動加力裝置將所施力加在傳感器上轉變為電信號，由數字電子計力器讀出所加力大小。本實用新型結構緊湊，只有0.8m高，重約4kg，可連續穩定地加力或減力，加力范圍0～30kg，讀數精度±10g。
文檔編號G01N3/08GK2643314SQ0320592
公開日2004年9月22日 申請日期2003年8月7日 優先權日2003年8月7日
發明者曾仲寧 申請人:曾仲寧