專利名稱：金屬線膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種實(shí)驗(yàn)儀器，尤其指ー種金屬線膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
金屬線膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀是高校的物理實(shí)驗(yàn)中對金屬線脹系數(shù)進(jìn)行測量的ー種實(shí)驗(yàn)儀，它可對金屬的熱脹冷縮的特性可做出定量測量，并可對金屬的線膨脹系數(shù)做精確測量計(jì)算。物質(zhì)在一定溫度范圍內(nèi)，原長為I的物體受熱后伸長量^與其溫度的増加量Δ 近似成正比，與原長^也成正比，即Δ/ =α· ·Δ 。式中α為固
體的線膨脹系數(shù)，不同材料的線膨脹系數(shù)是不同的?，F(xiàn)有技術(shù)的金屬線膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)主要是用可控溫的電加熱方式，加熱密封的銅套管，銅套管內(nèi)有防止被測金屬桿(或稱被測材料)彎曲的導(dǎo)向塊，被測金屬桿就穿過導(dǎo)向塊置于銅套管內(nèi)，且溫度隨著銅套管內(nèi)的氣溫同步上升，被測金屬桿就伸長，而銅套管一端頂在頂尖上不能動了，其另一端伸長量通過頂桿傳遞給機(jī)械百分表而讀出，但是機(jī)械百分表的測量精度有限；另外直接利用空氣傳遞熱量加熱被測金屬桿方式，銅套管內(nèi)達(dá)到熱平衡時(shí)間長，被測金屬桿的溫度測量誤差較大。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種被測材料受熱伸長量以及溫度測量精確、對于被測材料長度要求寬裕的金屬線膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型包含底座機(jī)殼(19)，電加熱控制器(I)的溫度信號輸入端與溫度傳感器(14)相連，電加熱控制器(I)的輸出端與電熱管(2)相連,銅套管
(3)通過支架(18)固定在底座機(jī)殼(19)上，銅套管(3)外面有保溫層(25)，銅套管(3)內(nèi)固定向?qū)K(12)，被測材料(13)通過導(dǎo)向塊(12)置于銅套管(3)內(nèi)，銅套管(3)兩端固定左端蓋(24 )和右端蓋(26 )，頂尖(11)可旋緊式固定在左端蓋(24 )上并與被測材料(13 )的左端相接觸，電熱管(2)置于水箱(22)內(nèi)，蒸氣管(9)下端與水箱(22)相通，蒸氣管(9)上端與銅套管(3)相通，回水管(10)下端與水箱(22)相通，回水管(10)上端與銅套管(3)相通，杠桿(6)的上端與霍爾位移傳感器(4)相固定,杠桿(6)的下端通過轉(zhuǎn)軸(17)與轉(zhuǎn)軸板相連，托架(23)與轉(zhuǎn)軸板(16)都固定在底座機(jī)殼(19)上面，拉簧(15)安裝在托架(23)與杠桿(6)之間，頂桿(21)的左端插入右端蓋(26)中心孔內(nèi)并和被測材料(13)的右端相接觸，頂桿(21)的右端穿過托架(23)的孔頂?shù)礁軛U(6)的左側(cè)面，霍爾位移傳感器(4)置于磁鐵(5)和磁鐵(27)之間，毫伏表(7)與霍爾位移傳感器(4)相連，導(dǎo)向塊(12)上帶有通氣孔(28)。為了避免拉簧(15)引起杠桿(6)彎曲帶來的測量誤差，拉簧(15)套裝在頂桿(21)上，拉簧(15)的右端與杠桿(6)的連接點(diǎn)與頂桿(21)的右端重合。由于本實(shí)用新型利用可控溫的水蒸氣加熱被測材料，減小了銅套管內(nèi)部所有部件達(dá)到熱平衡的時(shí)間，使得測量的被測材料的溫度更為精確。被測材料伸長量的測量用霍爾位移傳感器，再加上霍爾位移傳感器安裝在具有位移放大作用的杠桿上，拉簧安裝在托架與杠桿之間，并套裝在頂桿上，這就比機(jī)械百分表的測量靈敏度大幅度提高，使得被測材料的受熱伸長量的測量精度有顯著提高，并且對被測材料長度要求變得寬裕了，使得實(shí)驗(yàn)更為方便。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
圖I中的底座機(jī)殼19內(nèi)，有電源開關(guān)K、毫伏表7、電加熱控制器I、水箱22，水箱內(nèi)有電熱管2和水。電源插頭通過電源開關(guān)K與電加熱控制器I的電源輸入端相連。電加熱控制器I的輸出端與電熱管2相連，電加熱控制器I的溫度信號輸入端與溫度傳感器14相連，電加熱控制器I的穩(wěn)壓電源輸出端與毫伏表7相連。毫伏表7的輸入端以及霍爾位移傳感器4所用的工作電源輸出端與霍爾位移傳感器4相應(yīng)端子相連(其中圖I中各條粗線表示導(dǎo)線有兩條或兩條以上)。銅套管3通過支架18 (左右各有ー個)用螺絲固定在底座機(jī)殼19上。銅套管3外表面有保溫層25，其兩端安裝有左端蓋(24)和右端蓋(26)。銅套管3內(nèi)固定有1-3組防止被測材料13因受カ而彎曲的導(dǎo)向塊12，導(dǎo)向塊12為與銅套管3同軸的圓形盤狀，導(dǎo)向塊12上面開有通氣孔28，導(dǎo)向塊12的中心開ロ左側(cè)比右側(cè)直徑大，從左至右為ー圓錐型，以便于被測材料13從中穿過。頂桿21的左端插入右端蓋26的中心圓孔內(nèi)，并與被測材料13相接觸。頂尖11與左端蓋24中心孔之間有咬合的螺絲結(jié)構(gòu)，頂尖11與左端蓋24可以旋緊，并與被測材料13左端相接觸。頂尖11和頂桿21都是導(dǎo)熱性差的材料制成。拉簧15套在頂桿21的右端，拉簧15的左右端分別與托架23、杠桿6相固定，拉簧15的右端與杠桿6的連接點(diǎn)與頂桿21的右端作用力點(diǎn)基本重合。頂桿21的右端穿過托架23的圓孔并和杠桿6的左側(cè)相接觸(可以打滑不直接固定)。由于拉簧15是套裝在頂桿21上，并且拉簧15的右端與杠桿6的連接點(diǎn)與頂桿21的右端重合，這就使得拉簧15的拉カ作用點(diǎn)與頂桿21的頂カ作用點(diǎn)作用在杠桿6的同一點(diǎn)上，避免了拉カ和頂カ不在同一點(diǎn)引起的杠桿6彎曲導(dǎo)致的測量誤差。當(dāng)被測材料13受熱伸長，通過頂桿21推動杠桿6以轉(zhuǎn)軸17為軸向右做微小轉(zhuǎn)動(可看做向右的微小平移)，就會引起霍爾位移傳感器4做更大的向右移動，從而放大了位移量，提高了檢測靈敏度，這比電信號放大更有效，因電信號放大有噪音，這就如同攝像機(jī)的光學(xué)變焦遠(yuǎn)比數(shù)碼變焦清楚一祥。杠桿6被測材料13通過導(dǎo)向塊12置于銅套管3內(nèi)。蒸氣管9的下端與水箱22相通，蒸氣管9上端與銅套管3相通，回水管10下端與水箱22相通，回水管10上端與銅套管3相通。杠桿6的上端與霍爾位移傳感器4相固定，杠桿6的下端通過轉(zhuǎn)軸17與轉(zhuǎn)軸板可活動式相連。托架23與轉(zhuǎn)軸板16都固定在底座機(jī)殼19上面?；魻栁灰苽鞲衅?置于磁鐵5和磁鐵27之間,磁鐵5和磁鐵27的極性相對安裝且距離盡可能近，可產(chǎn)生較強(qiáng)的非均勻磁場，以提高檢測靈敏度。電加熱控制器I的面板上帯有溫度顯示屏8。透明盒20用于保護(hù)其內(nèi)的部件，并且可以展示給學(xué)生看內(nèi)部構(gòu)造，有利于學(xué)生理解儀器結(jié)構(gòu)和原理。本實(shí)用新型工作過程如下電熱管2加熱水箱22內(nèi)的水而沸騰，水蒸汽通過蒸汽管9導(dǎo)入銅套管3內(nèi)，冷凝的水通過回水管10流回水箱。水蒸氣加熱被測材料13，被測材料13因受熱而伸長，通過頂桿21并克服拉簧15的拉カ使得杠桿6向右轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致霍爾位移傳感器4在磁鐵5和磁鐵27之間區(qū)域形成的非均勻磁場中向右移動，產(chǎn)生霍爾位移電壓，輸入毫伏表7讀出。如此反復(fù)，改變不同的電加熱控制器I的輸出功率，得到銅套管3內(nèi)不同的溫度，記錄各組數(shù)據(jù)，可測量計(jì)算出金屬的線膨脹系數(shù)。由于拉簧15的配合，在使用范圍內(nèi)，可使長度不同的被測材料13總能頂緊頂桿21來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對于被測材料長度要求寬
裕，方便了實(shí)驗(yàn)操作。
權(quán)利要求1.ー種金屬線膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀，包含底座機(jī)殼(19)，電加熱控制器(I)的溫度信號輸入端與溫度傳感器(14)相連，電加熱控制器(I)的輸出端與電熱管(2)相連，銅套管(3)通過支架(18)固定在底座機(jī)殼(19)上，銅套管(3)外面有保溫層(25)，銅套管(3)內(nèi)固定向?qū)K(12)，被測材料(13)通過導(dǎo)向塊(12)置于銅套管(3)內(nèi)，銅套管(3)兩端固定左端蓋(24)和右端蓋(26 )，頂尖(11)可旋緊式固定在左端蓋(24)上并與被測材料(13 )的左端相接觸，其特征是電熱管(2)置于水箱(22)內(nèi)，蒸氣管(9)下端與水箱(22)相通，蒸氣管(9)上端與銅套管(3)相通，回水管(10)下端與水箱(22)相通，回水管(10)上端與銅套管(3)相通，杠桿(6)的上端與霍爾位移傳感器(4)相固定,杠桿(6)的下端通過轉(zhuǎn)軸(17)與轉(zhuǎn)軸板相連，托架(23)與轉(zhuǎn)軸板(16)都固定在底座機(jī)殼(19)上面，拉簧(15)安裝在托架(23)與杠桿(6)之間，頂桿(21)的左端插入右端蓋(26)中心孔內(nèi)并和被測材料(13)的右端相接觸，頂桿(21)的右端穿過托架(23)的孔頂?shù)礁軛U(6)的左側(cè)面，霍爾位移傳感器(4)置于磁鐵(5)和磁鐵(27)之間，毫伏表(7)與霍爾位移傳感器(4)相連,導(dǎo)向塊(12)上帶有通氣孔(28)。
2.按權(quán)利要求I所述的金屬線膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀，其特征是拉簧(15)是套裝在頂桿(21)上，拉簧(15)的右端與杠桿(6)的連接點(diǎn)與頂桿(21)的右端重合。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種金屬線膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀，它是用電熱管加熱水箱內(nèi)的水，產(chǎn)生的水蒸氣去加熱被測材料的方式，并配合高靈敏度霍爾位移傳感器的位移測量機(jī)構(gòu)，來測量金屬的線膨脹系數(shù)。它克服了現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品用機(jī)械百分表進(jìn)行位移測量靈敏度低誤差大的缺陷，也克服了用空氣加熱被測材料導(dǎo)致的測溫誤差大的缺陷。本實(shí)用新型可用于改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的金屬線膨脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀，提高其測量精度。
文檔編號G01N25/16GK202442982SQ20122005743
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月22日
發(fā)明者崔廷軍, 趙杰 申請人:德州學(xué)院