CN202403982U - 容积式杨氏模量测量仪 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及物理实验技术领域，特别是涉及一种容积式杨氏模量测量仪。容积式杨氏模量测量仪，由支架、待测钢丝、砝码、砝码座、溢出嘴、贮液缸、量筒、实验桌、橡胶柱、紧固螺钉和夹持块构成。贮液缸置于实验桌的桌面上，贮液缸的中心与支架顶端的钢丝夹头正对。溢出嘴为弧形的管状体，量筒的上口处于所述溢出嘴的下端开口的正下方。待测钢丝的上端被支架顶端的钢丝夹头固定，待测钢丝的下端与砝码座的上表面的中心连接固定。本实用新型在测量过程中测出的所有数据均可通过肉眼直接读出，无需借助望远镜等设备，与现有技术相比，读数更加简便。

Description

容积式杨氏模量测量仪
技术领域
本实用新型涉及物理实验技术领域，特别是涉及一种容积式杨氏模量测量仪。
背景技术
杨氏模量是反映材料力学特性的一个重要物理参数。目前，公知的杨氏模量测量仪都是采用的顺挂式，也称悬挂式。悬挂式杨氏模量测量仪采用光杠杆原理，将金属丝的微小伸长量通过镜面光杠杆放大，并通过置于远处的望远镜和标尺进行观测。但在实际操作过程中，不易在望远镜中找到由光杠杆平面镜反射同来的标尺像，实验者常需要耗费大量时间来调节仪器。另外，望远镜距离杨氏模量仪有一定距离，操作过程中需要一人在仪器处增减砝码，另一人在望远镜处观测并记录数据，或者一人在仪器和望远镜之间来回跑动，因而无法独立而方便地完成实验测量。
实用新型内容
本实用新型为解决现有技术的不足，提供一种操作方便、读数清晰、测量精确的容积式杨氏模量测量仪。
解决本实用新型技术问题的方案是：容积式杨氏模量测量仪，由支架、待测钢丝、砝码、砝码座、溢出嘴、贮液缸、量筒、实验桌、橡胶柱、紧固螺钉和夹持块构成。
其中，支架的顶端设有钢丝夹头，支架的下端与水平放置的实验桌结合为一体，贮液缸为上端开敞的圆筒形容器，贮液缸置于实验桌的桌面上，贮液缸的中心与支架顶端的钢丝夹头正对。溢出嘴为弧形的管状体，溢出嘴的上口与贮液缸的侧壁结合为一体且与贮液缸的内部相通，溢出嘴的下端开口竖直向下。在贮液缸内盛有红色液体，红色液体的液面与溢出嘴的上口的下边缘平齐。
在实验桌的侧壁上固定有一夹持块，夹持块上开有一竖直的通孔，量筒的开口向上并穿过所述夹持块的竖向通孔，量筒与夹持块成间隙配合关系。量筒内盛有红色液体。
在夹持块的所述竖向通孔的侧壁上开有一水平通孔，此水平通孔中，由内到外依次有圆柱形的橡胶柱和与所述水平通孔以螺纹配合的紧固螺钉，紧固螺钉的尾端配有旋翼。
所述量筒的上口处于所述溢出嘴的下端开口的正下方。
待测钢丝的上端被支架顶端的钢丝夹头固定，待测钢丝的下端与砝码座的上表面的中心连接固定。砝码座为圆柱体形，砝码座的直径为量筒的内直径的20倍。砝码座的下半部处于所述贮液缸的红色液体中，且砝码座的底面高度低于所述溢出嘴的高度。砝码座与贮液缸共轴，且砝码座的直径小于贮液缸的内直径。
砝码置于砝码座的上表面上。
测试过程中，先测出待测钢丝的直径d，然后向贮液缸内注入红色液体，直至溢出嘴中有液体流出时停止注入。此时贮液缸内液体的液面与溢出嘴的上口的下边缘平齐，读出量筒内液体容积并记录为V1，再向砝码座上加载重量为G的砝码，由于待测钢丝在竖向被拉伸，砝码座下沉一段距离，贮液缸内与砝码座下沉体积等量的液体就从溢出嘴流入所述量筒中，再读出此时量筒内液体容积并记录为V2，
根据公式ΔL＝(V2-V1)/S，就可求得在加载砝码后待测钢丝的伸长距离ΔL，上式中，S代表砝码座的横截面面积。
由于液体对物体的浮力等于物体所排开的液体的重力，因此在加上重力为G的砝码后，液体对砝码座的浮力的增量等于量筒内新增加的红色液体的重量，液体对砝码座的浮力的增量ΔF＝ρg(V2-V1)，其中ρ为红色液体的密度，g为重力加速度。
加载重力为G的砝码后，待测钢丝实际受到的拉力的增量F＝G-ΔF，最后，将上述参数代入杨氏模量计算公式Y＝4FL/(πd2ΔL)就可算出杨氏模量值Y，其中L代表待测钢丝在加载重量为G的砝码之前的长度。
采用上述方案，与现有技术相比，本实用新型具有以下显著进步：
1.使用本实用新型在测量过程中测出的所有数据均可通过肉眼直接读出，无需借助望远镜等设备，与现有技术相比，读数更加简便。
2.组成本实用新型的各部件与现有仪器相比，更为集中，便于实验室管理。
3.使用本实用新型，只需通过加减砝码并记录不同的液面体积读数即可算出钢丝形变量，与现有技术相比，无需耗费大量的时间来调节仪器，操作十分简便。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中：1.支架 2.待测钢丝 3.砝码 4.砝码座 5.溢出嘴 6.贮液缸 7.量筒 8.实验桌 9.橡胶柱 10.紧固螺钉 11.夹持块
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
容积式杨氏模量测量仪，由支架1、待测钢丝2、砝码3、砝码座4、溢出嘴5、贮液缸6、量筒7、实验桌8、橡胶柱9、紧固螺钉10和夹持块11构成。
其中，支架1的顶端设有钢丝夹头，支架1的下端与水平放置的实验桌8结合为一体，贮液缸6为上端开敞的圆筒形容器，贮液缸6置于实验桌8的桌面上，贮液缸6的中心与支架1顶端的钢丝夹头正对。溢出嘴5为弧形的管状体，溢出嘴5的上口与贮液缸6的侧壁结合为一体且与贮液缸6的内部相通，溢出嘴5的下端开口竖直向下。在贮液缸6内盛有红色液体，红色液体的液面与溢出嘴5的上口的下边缘平齐。
在实验桌8的侧壁上固定有一夹持块11，夹持块11上开有一竖直的通孔，量筒7的开口向上并穿过所述夹持块11的竖向通孔，量筒7与夹持块11成间隙配合关系。量筒7内盛有红色液体。
在夹持块11的所述竖向通孔的侧壁上开有一水平通孔，此水平通孔中，由内到外依次有圆柱形的橡胶柱9和与所述水平通孔以螺纹配合的紧固螺钉10，紧固螺钉10的尾端配有旋翼。
所述量筒7的上口处于所述溢出嘴5的下端开口的正下方。
待测钢丝2的上端被支架1顶端的钢丝夹头固定，待测钢丝2的下端与砝码座4的上表面的中心连接固定。砝码座4为圆柱体形，砝码座4的直径为量筒7的内直径的20倍。砝码座4的下半部处于所述贮液缸6的红色液体中，且砝码座4的底面高度低于所述溢出嘴5的高度。砝码座4与贮液缸6共轴，且砝码座4的直径小于贮液缸6的内直径。
砝码3置于砝码座4的上表面上。
测试过程中，先测出待测钢丝的直径d，然后向贮液缸6内注入红色液体，直至溢出嘴5中有液体流出时停止注入。此时贮液缸6内液体的液面与溢出嘴5的上口的下边缘平齐，读出量筒7内液体容积并记录为V1，再向砝码座4上加载重量为G的砝码3，由于待测钢丝2在竖向被拉伸，砝码座4下沉一段距离，贮液缸6内与砝码座4下沉体积等量的液体就从溢出嘴5流入所述量筒7中，再读出此时量筒7内液体容积并记录为V2，
根据公式ΔL＝(V2-V1)/S，就可求得在加载砝码后待测钢丝2的伸长距离ΔL，上式中，S代表砝码座4的横截面面积。
由于液体对物体的浮力等于物体所排开的液体的重力，因此在加上重力为G的砝码后，液体对砝码座4的浮力的增量等于量筒7内新增加的红色液体的重量，液体对砝码座4的浮力的增量ΔF＝ρg(V2-V1)，其中ρ为红色液体的密度，g为重力加速度。
加载重力为G的砝码后，待测钢丝2实际受到的拉力的增量F＝G-ΔF，最后，将上述参数代入杨氏模量计算公式Y＝4FL/(πd2ΔL)就可算出杨氏模量值Y，其中L代表待测钢丝2在加载重量为G的砝码之前的长度。

Claims (1)

1.一种容积式杨氏模量测量仪，由支架、待测钢丝、砝码、砝码座、溢出嘴、贮液缸、量筒、实验桌、橡胶柱、紧固螺钉和夹持块构成，其特征是：支架的顶端设有钢丝夹头，支架的下端与水平放置的实验桌结合为一体，贮液缸为上端开敞的圆筒形容器，贮液缸置于实验桌的桌面上，贮液缸的中心与支架顶端的钢丝夹头正对，溢出嘴为弧形的管状体，溢出嘴的上口与贮液缸的侧壁结合为一体且与贮液缸的内部相通，溢出嘴的下端开口竖直向下，在贮液缸内盛有红色液体，红色液体的液面与溢出嘴的上口的下边缘平齐，在实验桌的侧壁上固定有一夹持块，夹持块上开有一竖直的通孔，量筒的开口向上并穿过所述夹持块的竖向通孔，量筒与夹持块成间隙配合关系，量筒内盛有红色液体，在夹持块的所述竖向通孔的侧壁上开有一水平通孔，此水平通孔中，由内到外依次有圆柱形的橡胶柱和与所述水平通孔以螺纹配合的紧固螺钉，紧固螺钉的尾端配有旋翼，所述量筒的上口处于所述溢出嘴的下端开口的正下方，待测钢丝的上端被支架顶端的钢丝夹头固定，待测钢丝的下端与砝码座的上表面的中心连接固定，砝码座为圆柱体形，砝码座的直径为量筒的内直径的20倍，砝码座的下半部处于所述贮液缸的红色液体中，且砝码座的底面高度低于所述溢出嘴的高度，砝码座与贮液缸共轴，且砝码座的直径小于贮液缸的内直径，砝码置于砝码座的上表面上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102538720A (zh) * 2011-12-31 2012-07-04 宁波市鄞州云帆工程咨询有限公司 溢出微量式杨氏模量测量仪
CN105679152A (zh) * 2016-01-18 2016-06-15 滨州医学院 一种杨氏模量测量仪及其测量方法

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