專利名稱：楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實驗測量方法，特別涉及一種楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法。
背景技術(shù)：
設(shè)一物體長為L，橫截面積為S，沿長度方向施力F后，物體伸長(或縮短)了 Λ L。F/S是單位面積上的作用力，稱為應(yīng)力；AL/L是相對形變量，稱為應(yīng)變。在彈性形變范圍內(nèi)，按照胡克定律，物體內(nèi)部的應(yīng)力正比于應(yīng)變，其比值稱為楊氏模量。實驗證明，楊氏 模量E與試樣的長度L、橫截面積S以及施加的外力F的大小無關(guān)，而只取決于試樣的材料。從微觀結(jié)構(gòu)考慮，楊氏模量是一個表征原子間結(jié)合力大小的物理參量。測量楊氏模量有靜態(tài)法和動態(tài)法之分。動態(tài)法是基于振動的方法，靜態(tài)法是對試樣直接加力，測量形變。動態(tài)法測量速度快；靜態(tài)法原理直觀，設(shè)備簡單。大學(xué)物理實驗中一般采用的都是靜態(tài)法。用靜態(tài)拉伸法測金屬絲的楊氏模量使用的楊氏模量測量儀，其結(jié)構(gòu)包括砝碼組、光杠桿、以及望遠(yuǎn)鏡-標(biāo)尺裝置。具體的說，如圖1和圖2所示，在三角底座6上裝兩根支柱，支柱上端有橫梁，中部緊固一個平臺3，構(gòu)成一個剛度極好的支架。整個支架受力后變形極小，可以忽略。待測樣品是一根粗細(xì)均勻的金屬絲I。金屬絲I上端用上卡頭夾緊并固定在上橫梁上，下端用一個圓柱形下卡頭夾緊并穿過平臺3的中心孔9，使金屬絲自由懸掛。通過調(diào)節(jié)三角底座6的螺絲，使整個支架鉛直。下卡頭在平臺3的中心孔9內(nèi)，其周圍縫隙均勻而不與中心孔9的孔邊摩擦。下卡頭下方的掛鉤4上掛一個砝碼盤，當(dāng)盤上逐次加上一定質(zhì)量的砝碼5后，金屬絲I就被拉伸。下卡頭的上端面相對平臺3的下降量，即是金屬絲I的伸長量Λ L。金屬絲I的長度L就是從上卡頭的下端面至下卡頭的上端面之間的長度。平臺3上設(shè)有光杠桿2,標(biāo)尺7和望遠(yuǎn)鏡8用來配合光杠桿2對金屬絲I的伸長量Λ L進(jìn)行讀數(shù)，金屬絲I的伸長量Λ L是很微小的。上述現(xiàn)有技術(shù)中的楊氏模量測量儀存在的缺點是，在測量金屬絲的長度L時，需要用到米尺進(jìn)行讀數(shù)測量。由于支架很高，同時讀出上、下卡頭對應(yīng)的讀數(shù)相對困難，測量過程中，一般需要兩人配合，共同對齊金屬絲上、下卡頭并進(jìn)行讀數(shù)。上述讀數(shù)測量過程誤差大，無法一人獨立完成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有技術(shù)中的楊氏模量測量儀中的金屬絲長度無法單人獨立測量的技術(shù)問題，提供一種可以獨立完成測量的楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下一種楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，該方法包括以下步驟步驟1:將絕緣裝置放置在下卡頭與平臺上的中心孔之間或者上卡頭與橫梁之間，使金屬絲與平臺或者橫梁之間相互絕緣；步驟ii :用電學(xué)測量方法，測量得到任意一段金屬絲的電阻值以及金屬絲上、下兩端之間的電阻值；步驟iii :根據(jù)步驟ii中得到的任意一段金屬絲的電阻值、該段金屬絲的長度以及金屬絲上、下兩端之間的電阻值，計算得到金屬絲上、下兩端之間的長度。上述技術(shù)方案中，所述步驟ii中，用電學(xué)方法測量金屬絲上、下兩端之間的電阻值，是通過在金屬絲上、下兩端分別夾住一個金屬夾子，然后從金屬夾子上延長出導(dǎo)線并測量出的。上述技術(shù)方案中，所述步驟ii中，用電學(xué)方法測量任意一段金屬絲的電阻值，是通過在任意一段金屬絲的兩端分別夾住一個金屬夾子，然后從金屬夾子上延長出導(dǎo)線并測量得出的。上述技術(shù)方案中，所述步驟ii中，用電學(xué)方法測量金屬絲上、下兩端之間的電阻值，是通過在金屬絲上、下兩端分別夾住兩個金屬夾子，然后從金屬夾子上分別延長出導(dǎo)線并接入雙臂電橋電路測量出的。上述技術(shù)方案中，所述步驟ii中，用電學(xué)方法測量金屬絲上、下兩端之間的電阻值，是通過在金屬絲的上、下兩端分別固定夾持一個金屬板夾，每個金屬板夾包括兩個平行的夾板以及至少兩個連接兩個夾板的螺栓；從每個金屬板夾上的任意兩個螺栓上分別引出導(dǎo)線并接入雙臂電橋電路測量出的。上述技術(shù)方案中，連接兩個夾板的螺栓的個數(shù)為兩個或者四個。上述技術(shù)方案中，所述步驟ii中，用電學(xué)方法測量任意一段金屬絲的電阻值，是通過在任意一段金屬絲的兩端分別夾住兩個金屬夾子，然后從金屬夾子上分別延長出導(dǎo)線并接入雙臂電橋電路測量出的。上述技術(shù)方案中，所述步驟i中的絕緣裝置為長度大于或者等于所述中心孔的內(nèi)圍周長的，一段具有彈性的絕緣膜。上述技術(shù)方案中，所述絕緣膜上部設(shè)有防止其從所述中心孔中滑落的多個支撐條。上述技術(shù)方案中，所述絕緣膜可以伸入所述中心孔內(nèi)的部分，大于或者等于所述中心孔的高度。本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明的楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，利用電學(xué)測量方法測量金屬絲的長度，使得楊氏模量實驗測量可以由單人獨立完成，并且這種測量方式具有簡單、直接，測量結(jié)果精確、誤差小的優(yōu)點。本發(fā)明的楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，利用將待測金屬絲組成四端電阻，根據(jù)雙臂電橋的原理，測量待測金屬絲的電阻值。本發(fā)明的測量方法測量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，測量方便。本發(fā)明的楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，利用將一段具有彈性的絕緣膜放置在平臺的中心孔內(nèi)，使其依靠自身展開的彈性固定在中心孔位置。上述絕緣金屬絲與平臺的方法簡單有效，可以保證金屬絲的電阻測量簡單并且準(zhǔn)確。本發(fā)明的楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，用來起絕緣作用的絕緣膜的上部設(shè)有多個支撐條，其可以有效的防止絕緣膜從中心孔中滑落。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I為楊氏模量測量儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I所示楊氏模量測量儀中平臺位置的放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的測量方法中用到的絕緣裝置的一種具體實施方式
示意圖；圖4為圖3所示具體實施方式
中絕緣裝置卷曲狀態(tài)的立體示意圖；圖5為本發(fā)明的測量方法另外的一種具體實施方式
中，將待測金屬絲兩端的四條導(dǎo)線分別接入雙臂電橋中的電路示意圖；其中，R1、R2、R3、R4分別代表一個固定電阻，Rn代表可調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)電阻，Rx代表待測金屬絲；圖中的附圖標(biāo)記表示為I-金屬絲；2_光杠桿；3-平臺；4-掛鉤；5-破碼；6_二角底座；7-標(biāo)尺；8_望遠(yuǎn)鏡;9-中心孔;10-絕緣膜；11-支撐條。
具體實施例方式本發(fā)明的發(fā)明思想為利用電學(xué)測量方法測量金屬絲的長度。具體的說，是通過在平臺的中心孔內(nèi)設(shè)置絕緣裝置，使金屬絲與平臺之間絕緣，或者通過在上卡頭與橫梁之間設(shè)置絕緣裝置，使得金屬絲與橫梁之間絕緣；然后利用在金屬絲的上下兩端延出導(dǎo)線進(jìn)行整個金屬絲的電阻的測量。再根據(jù)測量得到的任意一段金屬絲的電阻值和長度，計算的到整個金屬絲的長度。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做以詳細(xì)說明。如圖1-4所示，本發(fā)明的測量方法適用的楊氏模量測量儀中包括金屬絲I ;光杠桿2 ;平臺3 ;掛鉤4 ;砝碼5 ;三角底座6 ;標(biāo)尺7 ；望遠(yuǎn)鏡8。其中平臺3上設(shè)有中心孔9。本發(fā)明的測量方法所使用到的絕緣裝置為絕緣膜10，其上部設(shè)有多個支撐條11。本發(fā)明的楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，具體包括以下步驟步驟i :將絕緣膜10放置在平臺3的中心孔9內(nèi)，使金屬絲I以及金屬絲I下端的下卡頭均與所述平臺3之間相互絕緣；步驟ii :用電學(xué)測量方法，測量得到任意一段金屬絲I的電阻值以及金屬絲I上、下兩端之間的電阻值；步驟iii :根據(jù)步驟ii中得到的任意一段金屬絲I的電阻值、該段金屬絲I的長度以及金屬絲I上、下兩端之間的電阻值，計算得到金屬絲I上、下兩端之間的長度。在步驟ii中，用電學(xué)方法測量任意一段金屬絲I的電阻值以及金屬絲I上、下兩端之間的電阻值，分別是通過在任意一段金屬絲I的兩端分別夾住一個金屬夾子以及在金屬絲I上、下兩端分別夾住一個金屬夾子，然后從金屬夾子上延長出導(dǎo)線并測量出的。所述絕緣膜10的長度大于或者等于所述中心孔9的內(nèi)圍周長，具有一定的延展開的彈性；所述絕緣膜10可以伸入所述中心孔9內(nèi)的部分，大于或者等于所述中心孔9的高度。使絕緣膜10依靠自身展開的彈性固定在中心孔位置，這種絕緣金屬絲I與平臺3的方法簡單有效，可以保證金屬絲的電阻測量簡單并且準(zhǔn)確。
所述絕緣膜10上部還設(shè)有防止其從所述中心孔9中滑落的多個支撐條11。多個所述支撐條11，可以通過將絕緣膜10上部用剪刀分別剪開得到，其可以有效的防止絕緣膜10從中心孔中滑落。本發(fā)明的楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，利用電學(xué)測量方法測量金屬絲的長度，使得楊氏模量實驗測量可以由單人獨立完成，并且這種測量方式具有簡單、直接，測量結(jié)果精確、誤差小的優(yōu)點。在另外的一種具體實施方式
中，本發(fā)明的楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，包括以下步驟首先將絕緣裝置放置在平臺的中心孔內(nèi)，使金屬絲以及金屬絲下端的下卡頭均與所述平臺之間相互絕緣；上述絕緣裝置可以為與圖1所示的具體實施方式
中相同的絕緣然后在金屬絲的兩端分別固定夾持一個金屬板夾，每個金屬板夾包括兩個平行的夾板以及兩個連接兩個夾板的螺栓；從每個金屬板夾上的兩個螺栓上分別引出一條導(dǎo)線.
-^4 ，再然后將金屬絲兩端的四條導(dǎo)線分別接入雙臂電橋中。如圖5所示，這四條導(dǎo)線在雙臂電橋中的連接，分別對應(yīng)圖5中的Rx的四個接線柱的連接。最后依據(jù)雙臂電橋的原理，計算得到金屬絲I的電阻值。具體的說，依據(jù)雙臂電
橋的原理，當(dāng)I ==于是，便可以根據(jù)R1、r2以及RnW電阻值，計算得
IλI
到金屬絲的電阻值Rx。具體舉例來說，如果測得的R1和R2的阻值分別為10，000，000歐姆和1，000歐姆，Rn為5，000歐姆，則計算得到金屬絲的電阻Rx為O. 5歐姆。本發(fā)明的楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，利用將待測金屬絲組成四端電阻，根據(jù)雙臂電橋的原理，測量待測金屬絲的電阻值。本發(fā)明的測量方法測量結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，測量方便。在其他的具體實施方式
中測量得到任意一段金屬絲的電阻值和長度，也可以是通過量取一段與楊氏模量測量儀中的金屬絲材質(zhì)粗細(xì)均相同的金屬絲得到。通過在上卡頭與橫梁之間設(shè)置絕緣裝置，使金屬絲與橫梁之間絕緣之后，同樣也可以進(jìn)行金屬絲電阻值的測量。絕緣裝置可以是設(shè)置在上卡頭與橫梁之間的一層絕緣膜。具體的電阻測量方法與上述實施例相同，這里不再贅述。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟i :將絕緣裝置放置在下卡頭與平臺(3)上的中心孔(9)之間或者上卡頭與橫梁之間，使金屬絲(I)與平臺(3)或者橫梁之間相互絕緣； 步驟ii :用電學(xué)測量方法，測量得到任意一段金屬絲(I)的電阻值以及金屬絲(I)上、下兩端之間的電阻值； 步驟iii :根據(jù)步驟ii中得到的任意一段金屬絲(I)的電阻值、該段金屬絲(I)的長度以及金屬絲(I)上、下兩端之間的電阻值，計算得到金屬絲(I)上、下兩端之間的長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量方法，其特征在于，所述步驟ii中，用電學(xué)方法測量金屬絲(I)上、下兩端之間的電阻值，是通過在金屬絲(I)上、下兩端分別夾住一個金屬夾子，然后從金屬夾子上延長出導(dǎo)線并測量出的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量方法，其特征在于，所述步驟ii中，用電學(xué)方法測量任意一段金屬絲(I)的電阻值，是通過在任意一段金屬絲(I)的兩端分別夾住一個金屬夾子，然后從金屬夾子上延長出導(dǎo)線并測量得出的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量方法，其特征在于，所述步驟ii中，用電學(xué)方法測量金屬絲(I)上、下兩端之間的電阻值，是通過在金屬絲(I)上、下兩端分別夾住兩個金屬夾子，然后從金屬夾子上分別延長出導(dǎo)線并接入雙臂電橋電路測量出的。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量方法，其特征在于，所述步驟ii中，用電學(xué)方法測量金屬絲(I)上、下兩端之間的電阻值，是通過 在金屬絲(I)的上、下兩端分別固定夾持一個金屬板夾，每個金屬板夾包括兩個平行的夾板以及至少兩個連接兩個夾板的螺栓； 從每個金屬板夾上的任意兩個螺栓上分別引出導(dǎo)線并接入雙臂電橋電路測量出的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測量方法，其特征在于，連接兩個夾板的螺栓的個數(shù)為兩個或者四個。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測量方法，其特征在于，所述步驟ii中，用電學(xué)方法測量任意一段金屬絲(I)的電阻值，是通過在任意一段金屬絲(I)的兩端分別夾住兩個金屬夾子，然后從金屬夾子上分別延長出導(dǎo)線并接入雙臂電橋電路測量出的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項所述的測量方法，其特征在于，所述步驟i中的絕緣裝置為長度大于或者等于所述中心孔(9)的內(nèi)圍周長的，一段具有彈性的絕緣膜(10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量方法，其特征在于，所述絕緣膜(10)上部設(shè)有防止其從所述中心孔(9)中滑落的多個支撐條(11)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量方法，其特征在于，所述絕緣膜(10)可以伸入所述中心孔(9)內(nèi)的部分，大于或者等于所述中心孔(9)的高度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，該方法包括以下步驟將絕緣裝置放置在下卡頭與平臺上的中心孔之間或者上卡頭與橫梁之間，使金屬絲與平臺或者橫梁之間相互絕緣；用電學(xué)測量方法，測量得到任意一段金屬絲的電阻值以及金屬絲上、下兩端之間的電阻值；根據(jù)得到的任意一段金屬絲的電阻值、該段金屬絲的長度以及金屬絲上、下兩端之間的電阻值，計算得到金屬絲上、下兩端之間的長度。本發(fā)明的楊氏模量測量儀中待測金屬絲長度的測量方法，利用電學(xué)測量方法測量待測金屬絲的長度，使得楊氏模量的實驗測量可以由單人獨立完成，并且這種測量方式具有簡單、直接，測量結(jié)果精確、誤差小的優(yōu)點。
文檔編號G01B7/02GK102980507SQ201210548440
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者劉鐵成, 朱坤博, 韓力, 張瑋, 劉春杰, 宋乾 申請人:吉林大學(xué)