采用楊氏模量拉伸儀測量棉花類物質密度的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料物理特性檢測技術領域，具體涉及一種采用楊氏模量拉伸儀測量 棉花類物質密度的新方法。
【背景技術】
[0002] 對于均勻物質來說，單位體積的質量就是密度。密度是物質的固有屬性，他不隨其 組成的形狀及光澤等外在特征的改變而改變。對于勻質形狀規(guī)則的幾何體，可以通過對其 基本量的測量來確定其密度，但是對于外形不規(guī)則的物體就不能采用此方法進行測量了， 尤其像棉花類物體外形不規(guī)則且沾水或油無法測得準確的體積，并且棉花纖維有空氣存 在，不能算為棉花的體積，無論如何擠壓揉搓都不能排干凈氣體的這類物質。目前該類物體 密度的測量一般采用排水法測量物體的體積，天平測出該物質的質量，然后根據(jù)密度公式 求出它的密度，但由于棉花類物質易溶于水，采用排水法不能準確的測量該類物質的體積， 因此該方法對于密度的精確測量帶來很大的誤差，需要進行探討新的測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于目前對于棉花類物體等外形不規(guī)則且沾水或油，無法測得準確的體積的物體 難以用常規(guī)方法測量其密度的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用測定楊氏模量的實驗 裝置來測量該類物體密度的新方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是由如下技術方案來實現(xiàn)的：
[0005] 一種用楊氏模量拉伸儀測量物體密度的方法，該方法包括如下步驟：
[0006] (1)楊氏模量拉伸儀的設置：
[0007] 所述楊氏模量拉伸儀為數(shù)顯液壓加力楊氏模量測量儀，包括拉伸鋼絲與用于固定 拉伸鋼絲的鉆頭夾具、氣囊、加力計和電子數(shù)字顯示系統(tǒng)，氣囊與加力計由軟管相連接，拉 力傳感器將加力計施力大小傳遞給電子數(shù)字顯示系統(tǒng)，顯示在液晶顯示屏上，加力計施力 大小由液壓調節(jié)閥改變；所述加力計為注射器；
[0008] 所述楊氏模量拉伸儀用如下方法設置：將軟管和注射器中的液體排空，換成空氣； 將拉伸鋼絲的鉆頭夾具擰到貼緊架子，使拉伸鋼絲的長度不再發(fā)生變化；
[0009] ⑵測量：
[0010] ①按照步驟（1)的方法設置楊氏模量拉伸儀；
[0011] ②用注射器將氣體壓入氣囊中，由軟管斷開注射器口，等待10秒后按下電子數(shù)字 顯示系統(tǒng)的調零按鈕；
[0012] ②將注射器活塞拉到注射器刻度X后，注射器口連接于軟管；
[0013] ④將活塞由初始點刻度X往注射器內(nèi)部推進至刻度\，記錄電子數(shù)字顯示系統(tǒng)顯 示的壓力Fc!和注射器內(nèi)氣體體積的改變量A V = X-XQ;
[0014] ⑤步驟④的測量完成后，拉動注射器活塞到大于初始點刻度X的位置，由軟管斷 開注射器口；
[0015] ⑥注射器內(nèi)放入被測物體，注射器活塞拉到注射器刻度X后，注射器口連接于軟 管；
[0016] ⑦將注射器活塞由初始點刻度X往注射器內(nèi)部推進至刻度\，記錄電子數(shù)字顯示 系統(tǒng)顯示的壓力FJP注射器內(nèi)氣體體積的改變量A v = X-X 1;
[0017] ⑧根據(jù)式I和式II分別計算得到注射器內(nèi)未放入被測物體時的實驗裝置內(nèi)所有 空氣的體積％和注射器內(nèi)放入被測物體后的實驗裝置內(nèi)所有空氣的體積V 1;
[0018] V〇= (P 〇* A v) / (F〇/S) + A v (式 I)
[0019] V1= (P 〇* A v) / (Fi/S) + A v (式 II)
[0020] 式I中S為拉力傳感器與氣囊的接觸面積；為標準大氣壓；
[0021] 被測物體的體積V = V^V。；
[0022] 根據(jù)公式P = m/V，計算得到被測物體的密度P，其中m為被測物體的重量。
[0023] 進一步地，步驟④中，由軟管斷開注射器口后，等待電子數(shù)字顯示系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)恢 復到±0. 02kg內(nèi)后，再進行下一步驟的測量。測量完成先拉動注射器活塞到初始點刻度X 的外側，再斷開注射器，這樣可以迅速冷卻實驗氣體，而且示數(shù)可以回到零刻度附近。
[0024] 進一步地，所述被測物體為外形不規(guī)則的固體物體。
[0025] 進一步地，所述外形不規(guī)則的固體物體為棉花、海綿。
[0026] 楊氏模量拉伸儀是目前常用的測定材料彈性模量的測量的儀器，除了傳統(tǒng)的楊氏 膜量儀外，還有數(shù)顯液壓加力楊氏模量拉伸儀、數(shù)顯氣動加力楊氏模量拉伸儀等。本發(fā)明優(yōu) 選選用數(shù)顯液壓加力楊氏模量拉伸儀進行其設置上的改進，用于測量棉花類物體的密度。 即將軟管和加力計（注射器）中的液體排空，換成空氣，達到精確測量該類物質體積的目 的；將拉伸鋼絲的鉆頭夾具擰到貼緊架子，使拉伸鋼絲的長度不再發(fā)生變化，排除了鋼絲拉 伸的干擾，并且可以阻止儀器內(nèi)部的氣囊膨脹，使裝置內(nèi)部氣囊體積和壓力傳感器接觸面 積不變。直接使用加力計里的注射器來做實驗腔體，并且實驗中對注射器活塞邊緣用較多 硅脂油浸沒進行液封以減少漏氣。本發(fā)明對數(shù)顯液壓加力楊氏模量拉伸儀進行上述改進 后，取加力計中的注射器作為一個密閉的帶有活塞的容器，將活塞推到不同刻度，來改變?nèi)?器內(nèi)的壓強，在相同溫度相同質量的前提下利用理想氣體方程式PV = nRT，來求得容器內(nèi) 的體積％，裝入待測物體后，利用同樣的方法來測得容器內(nèi)的體積％，二者的差值就是待測 物體的體積V = ，通過分析天平來測得物體的質量，根據(jù)公式P = m/V，計算得到被測 物體的密度P。
[0027] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過改進常規(guī)的楊氏模量拉伸儀的設置，并利用氣體 壓強的方法測量并計算得到被測物體的體積，進而計算得到被測物體的密度，其結果與傳 統(tǒng)方法測量的密度數(shù)據(jù)相接近，實驗基本上和理論一致，具有可實用性。本發(fā)明的測量方法 操作簡單，準確性較高，非常適合用于棉花海綿之類難以使用常規(guī)方法測量密度的物體的 密度測量，且不會破壞或者沾濕被測物體。
【附圖說明】
[0028] 圖1為現(xiàn)有數(shù)顯液壓加力楊氏模量拉伸儀示意圖；
[0029] 圖2為在不同空注射器內(nèi)氣體體積下測量得到的壓力匕，以及計算得到的在相應 體積下的裝置內(nèi)氣體體積％;
[0030] 圖3為注射器內(nèi)加入塑料塊后，在不同空注射器內(nèi)氣體體積下測量得到的壓力匕， 以及計算得到的在相應體積下的裝置內(nèi)氣體體積V 1;
[0031] 圖4為注射器內(nèi)加入石塊后，在不同空注射器內(nèi)氣體體積下測量得到的壓力F2，以 及計算得到的在相應體積下的裝置內(nèi)氣體體積V 2;
[0032] 圖5為注射器內(nèi)加入脫脂棉后，在不同空注射器內(nèi)氣體體積下測量得到的壓力F3， 以及計算得到的在相應體積下的裝置內(nèi)氣體體積V 3。
[0033] 附圖標號：1、楊氏模量拉伸儀，2、電子數(shù)字顯示系統(tǒng)，3、金屬絲，4、鉆頭夾具，5、軟 管，6、加力計，7、液壓調節(jié)閥。
【具體實施方式】
[0034] 為了使本發(fā)明的目的、方案、流程和優(yōu)點更加清楚明晰，結合附圖和實施例對本項 發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明，值得注意的是，此處具體實施例僅作為解釋說明本 發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。下述實施例中，如無特殊說明，所使用的實驗方法均為常規(guī)方 法，所用材料、試劑等均可從材料或化學公司購買。
[0035] 實施例1氣體壓強法測量物體密度并驗證準確性
[0036] 1.楊氏模量拉伸儀的設置
[0037] 楊氏模量拉伸儀為大連寧諾奇科教儀器有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，型號為NKY-2型， 示意圖如圖1所示，包括拉伸鋼絲與用于固定拉伸鋼絲的鉆頭夾具、氣囊、加力計和電子數(shù) 字顯示系統(tǒng)，金屬絲上下兩端用鉆頭夾具夾緊，上端固定于雙立柱的橫梁上，下端鉆頭卡的 連接拉桿闖過固定平臺中間的套孔與拉力傳感器相連。氣囊與加力計由軟管相連接，拉力 傳感器將加力計施力大小傳遞給電子數(shù)字顯示系統(tǒng)，顯示在液晶顯示屏上，加力計施力大 小由液壓調節(jié)閥改變；所述加力計為400ml注射器。
[0038] 本發(fā)明對于該楊氏模量拉伸儀，進行設置上的改進并用于測量棉花海綿類物質的 密度。
[0039] 對于該楊氏模量拉伸儀的設置上的改進方法為：
[0040] (1)將軟管和注射器中的水排空，換成空氣；
[0041] (2)將拉伸鋼絲的鉆頭夾具擰到貼緊架子，使其鋼絲的長度不再發(fā)生變化，排除了 鋼絲拉伸的干擾，并且可以阻止儀器內(nèi)部的氣囊膨脹，使裝置內(nèi)部氣囊體積和壓力傳感器 接觸面積不變；
[0042] 具體使用時，直接使用楊氏模量實驗中加力計里的注射器來做實驗腔體，并且實 驗中對注射器活塞邊緣用較多硅脂油浸沒進行液封以減少漏氣。
[0043] 2、氣體壓強法測量物塊密度并驗證準確性
[0044] (1)按照上述1的方法設置好楊氏模量拉伸儀；
[0045] 先用注射器將氣體壓入到氣囊中，使氣囊中氣體約為80_120ml，然后由軟管斷開 注射器口，等待10秒后按下調零按鈕，待顯示屏的數(shù)據(jù)顯0. 〇〇〇 ;
[0046] (2)將小銅片放入注射器腔體內(nèi)，將活塞液封，用紅外線測溫器測量銅片溫度，活 塞拉到100ml位置，將注射器口連接于軟管上，開始測量；
[0047] (3)壓縮注射器活塞到90ml刻度，觀察電子數(shù)字顯示系統(tǒng)液晶顯示屏示數(shù)，等待 示數(shù)變化緩慢時記錄數(shù)據(jù)，即為注射器內(nèi)氣體體積的改