一種電橋式楊氏模量組合儀的製作方法

2024-01-25 03:05:15

一種電橋式楊氏模量組合儀的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電橋式楊氏模量組合儀，包括有實驗箱基板、組合儀實驗裝置、待測試件；實驗箱基板上設有電源輸出端、用於調節電源電壓輸出值的可調旋鈕、用於顯示電源電壓的數顯電壓表、拉力值顯示錶、拉力值輸入埠、電橋框架、差動放大器、帶保險絲的電源底座、電位器、三個定值電阻、電位器調節旋鈕、差動放大器調零旋鈕、公共接地端、電源開關、副電源開關；組合儀實驗裝置包括有試驗儀底座、渦輪增力裝置、水準儀、彎曲法測量楊氏模量的凹型支架、靜態拉伸法測楊氏模量的支架；待測試件包括有拉伸法待測試件、彎曲法待測試件。本實用新型用電橋電路測出金屬片在拉伸和彎曲狀態下的楊氏模量，方便快捷，可推廣使用。
【專利說明】-種電橋式楊氏模量組合儀

【技術領域】
[0001] 本實用新型主要涉及大學物理實驗裝置領域，尤其涉及一種電橋式楊氏模量組合 儀。

【背景技術】
[0002] 物體在外力的作用下都要或多或少地發生形變。當形變不超過某一限度時，撤走 外力之後，形變能夠隨之消失，該種形變稱之為"彈性型變"。發生彈性形變時，物體內部產 生恢復原狀的內應力。在彈性限度內，材料的脅強與脅變（即相對形變）之比為一常數，稱 為彈性模量巧Iastic Mo化Ius)。條形物體（如金屬片）沿縱向的彈性模量稱為楊氏模量 (Young' S Mo化Ius)。楊氏模量（亦稱楊氏彈性模量）是描述固體材料抵抗形變能力大小的 物理量，是選定機械構件的依據之一，是工程中常用的重要參數。測量楊氏模量有拉伸法、 梁的彎曲法、振動法、內耗法等等。
[0003] 本裝置用靜態拉伸法和彎曲法測量楊氏模量，研究拉伸正應力與應變之間的關 系。長度的微小變化量，不易被一般測量長度的工具測準，有時甚至是很困難的。故在待測 的金屬片上貼電阻應變片，運用電橋電路，測電阻應變片應變量，得知金屬片變化的微小長 度，計算出金屬片楊氏模量。為了減小計算的工作量，開發一款"綠色"軟體，將測量的數據 輸入軟體，系統自動算出應變片電阻相對變化A RR、應變量A L/L和待測金屬楊氏模量。 實用新型內容
[0004] 本實用新型目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種電橋式楊氏模量組合 儀，是一種用於學生研究電橋原理，並用單臂電橋、半橋、全橋電路測金屬片拉伸和彎曲狀 態下的楊氏模量的裝置。
[0005] 本實用新型是通過W下技術方案實現的：
[0006] 一種電橋式楊氏模量組合儀，其特徵在於：包括有實驗箱基板、組合儀實驗裝置、 待測試件；所述的實驗箱基板上端排列設有電源輸出端、用於調節電源電壓輸出值的可調 旋鈕、用於顯示電源電壓的數顯電壓表、用於測量電橋電壓輸出值的輸入端和數顯電壓表、 拉力值顯示錶、拉力值輸入埠，實驗箱基板中部排列設有電橋框架、差動放大器、帶保險 絲的電源底座，實驗箱基板下端設有一個電位器、H個定值電阻、電位器調節旋鈕、差動放 大器調零旋鈕、公共接地端、電源開關、副電源開關；所述的組合儀實驗裝置包括有試驗儀 底座，試驗儀底座的中部設有潤輪增力裝置、水準儀，試驗儀底座上位於潤輪增力裝置的兩 側分別設有一個彎曲法測量楊氏模量的凹型支架，其中一個凹型支架的一側設有四個應變 片接口二，兩凹型支架的外側分別設有靜態拉伸法測楊氏模量的支架，各支架的上端共同 固定一蓋板，蓋板的一側設有四個應變片接口一，潤輪增力裝置上設有拉力傳感器，試驗儀 底座上還設有四個應變片獨立輸出端一、四個應變片獨立輸出端二；所述的待測試件包括 有拉伸法待測試件、彎曲法待測試件，拉伸法待測試件上沿軸向貼有一列應變片，彎曲法待 測試件的正面和背面對稱的各貼2個應變片。
[0007] 所述的一種電橋式楊氏模量組合儀，其特徵在於：所述的試驗儀底座的下端面的 四個角上分別設有一個調整螺絲。
[0008] 所述的一種電橋式楊氏模量組合儀，其特徵在於：還包括有固定套，固定套呈框架 形，固定套的上端設有鎖緊螺絲、下端設有配件接頭，彎曲法待測試件置於固定套中，鎖緊 螺絲抵在彎曲法待測試件的上端，固定套卡設在兩凹型支架上。
[0009] 本實用新型的優點是：
[0010] 本實用新型用電橋電路測出金屬片在拉伸和彎曲狀態下的楊氏模量，方便快捷， 可推廣使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本實用新型的實驗箱基板的結構示意圖。
[0012] 圖2為本實用新型的組合儀實驗裝置的結構示意圖。
[0013] 圖3為拉伸法待測試件的結構示意圖。
[0014] 圖4為彎曲法待測試件的結構示意圖。
[0015] 圖5為固定套的結構示意圖。

【具體實施方式】
[001引如圖1所示，一種電橋式楊氏模量組合化包括有實驗箱基板、組合儀實驗裝置、 待測試件；實驗箱基板上端排列設有電源輸出端1、用於調節電源電壓輸出值的可調旋鈕 2、用於顯示電源電壓的數顯電壓表3、用於測量電橋電壓輸出值的輸入端和數顯電壓表4、 拉力值顯示錶5、拉力值輸入埠 6,實驗箱基板中部排列設有電橋框架7、差動放大器12、 帶保險絲的電源底座13,實驗箱基板下端設有一個電位器8、H個定值電阻9、10、11、電位 器調節旋鈕17、差動放大器調零旋鈕16、公共接地端15、電源開關14、副電源開關18。
[0017] 如圖2、3、4所示，組合儀實驗裝置包括有試驗儀底座19,試驗儀底座19的中部設 有潤輪增力裝置24、水準儀27,試驗儀底座19上位於潤輪增力裝置24的兩側分別設有一 個彎曲法測量楊氏模量的凹型支架25,其中一個凹型支架25的一側設有四個應變片接口 二26,兩凹型支架25的外側分別設有靜態拉伸法測楊氏模量的支架20,各支架20的上端 共同固定一蓋板34,蓋板34的一側設有四個應變片接口一 21，潤輪增力裝置上設有拉力傳 感器23,試驗儀底座19上還設有四個應變片獨立輸出端一 28、四個應變片獨立輸出端二 29 O
[0018] 待測試件包括有拉伸法待測試件22、彎曲法待測試件31，拉伸法待測試件22上沿 軸向貼有一列應變片，彎曲法待測試件31的正面和背面對稱的各貼2個應變片。
[0019] 試驗儀底座19的下端面的四個角上分別設有一個調整螺絲30。
[0020] 還包括有固定套35,固定套35呈框架形，固定套35的上端設有鎖緊螺絲32、下端 設有配件接頭33,彎曲法待測試件31置於固定套35中，鎖緊螺絲32抵在彎曲法待測試件 31的上端，固定套35卡設在兩凹型支架25上。
[0021] 對本實用新型裝置的各部件作W下具體描述：
[0022] 1.電源輸出端，使用變壓器和直流穩壓模塊將市電轉成0-20V可調電壓；
[002引 2.可調旋鈕，調節電位器旋鈕，改變電壓輸出值；
[0024] 3.數顯電壓表，使用高精度數顯表頭顯示電源電壓輸出值；
[0025] 4.輸入端和數顯電壓表，使用高精度可測正負電壓的直流電壓表；
[0026] 5.拉力值顯示錶；
[0027] 6.拉力值輸入埠；
[0028] 7.電橋框架，框架用虛線表示沒有接電阻元件；
[002引 8.電位器，使用22KQ多圈電位器，調節電橋平衡；
[0030] 9. 10. 11.定值電阻，使用萬分之一的高精度350歐姆電阻；
[0031] 12.差動放大器，使用INA131晶片對電橋輸出的微小電壓值放大10000倍；
[0032] 13.帶保險絲的電源底座，保險絲有效保護電路，使用市電給實驗箱供電；
[003引14.電源開關，控制箱體工作電源通斷；
[0034] 15.公共接地端；
[00巧]16.差動放大器調零旋鈕；
[0036] 17.電位器調節旋鈕，調節電位器使得電橋平衡；
[0037] 18.副電源開關，主要是給INA131晶片供電；
[00測 19.試驗儀底座，；
[003引 20.支架，靜態拉伸法測楊氏模量的支架；
[0040] 21.應變片接口一，拉伸法測量試件的應變片接口；
[0041] 22.拉伸法待測試件，在試件軸向貼上一列應變片；
[0042] 23.拉力傳感器，將試件軸向受力值傳輸給拉力顯示錶；
[0043] 24.潤輪増力裝置，對兩個待測試件進行施力；
[0044] 25.支架，彎曲法測量楊氏模量的"凹"型支架；
[0045] 26.應變片接口二，彎曲法待測試件的應變片接口；
[0046] 27.水準儀，調節調整螺絲，使得水準儀氣泡處於中也位置；
[0047] 28.應變片獨立輸出端一，拉伸法待測試件的4個應變片獨立輸出端，為了方便搭 建電橋電路；
[004引 29.應變片獨立輸出端二彎曲法待測試件的4個應變片獨立輸出端，為了方便搭 建電橋電路；
[0049] 30.調整螺絲，調節螺絲使得試驗儀上的支架處於鉛直狀態；
[0050] 31.彎曲法待測試件，試件正面和背面對稱的各貼2個應變片；
[0051] 32.鎖緊螺絲，將彎曲法的待測試件放在固定套中，鎖緊螺絲鎖緊試件的中也處；
[0052] 33.配件接頭，待測試件對稱在"凹"型支架上，通過配件接頭對試件施力；
[005引 34.蓋板；
[0054] 35.固定套。
[00巧]本實用新型的原理是：
[0056] 均勻的金屬片長度為L橫截面積為S將其上端固定，下端増力，使金屬片受拉力F 的作用而發生形變AL根據胡克定律得： r 1 口 F !S
[0057] E =- AL/L
[0058] E稱為楊氏彈性模量，楊氏模量是表徵物體（材料）性質的一個參量，與物體的幾 何尺寸W及外力大小無關，對一定材料而言，E是一個常數，
[0059] 楊氏模量反映了材料抵抗外力引起的拉伸（或壓縮）形變的能力。實驗中，測量 出F、S、A L/L值就可W計算出金屬絲的楊氏模量E。F、S直接可W測量出，A L/L通過電 橋電路測出電阻應變片的應變量間接測出。
[0060] 電阻應變式力學量傳感器，是由已粘貼了電阻應變敏感組件的彈性組件和變換測 量電路組成的，被測的力學量作用在具有一定形狀的彈性組件上，例如息臂梁，使之產生形 變，安放在其上的電阻應變敏感組件就將該力學量引起的形變轉化為自身電阻值的變化， 再通過變換測量電路，將此電阻值的變化轉化為電壓的變化後輸出，由輸出電壓變化量的 大小可得出該被測力學量的大小。目前，使用最多的電阻應變敏感組件是金屬或半導體電 阻應變片。電阻應變片工作時，通常其電阻變化是很小的，電橋相應的輸出電壓也很小。要 推動檢測或記錄儀器工作，還必須將電橋輸出電壓進行放大，為此必須了解A RR與電橋輸 出電壓的關係。例如，使用單臂電橋進行測量：
[0061] 靜態拉伸狀態下，楊氏模量為
[0062] 彎曲狀態下，楊氏模量為
[0063] F拉伸時或金屬片中也彎曲所受的力，U電橋的工作電壓，U。電橋的輸出電壓，a金 屬片寬度，b金屬片厚度，C應變片中點至受力點距離。
【權利要求】
1. 一種電橋式楊氏模量組合儀，其特徵在於：包括有實驗箱基板、組合儀實驗裝置、待 測試件；所述的實驗箱基板上端排列設有電源輸出端、用於調節電源電壓輸出值的可調旋 鈕、用於顯示電源電壓的數顯電壓表、用於測量電橋電壓輸出值的輸入端和數顯電壓表、拉 力值顯示錶、拉力值輸入埠，實驗箱基板中部排列設有電橋框架、差動放大器、帶保險絲 的電源底座，實驗箱基板下端設有一個電位器、三個定值電阻、電位器調節旋鈕、差動放大 器調零旋鈕、公共接地端、電源開關、副電源開關；所述的組合儀實驗裝置包括有試驗儀底 座，試驗儀底座的中部設有渦輪增力裝置、水準儀，試驗儀底座上位於渦輪增力裝置的兩側 分別設有一個彎曲法測量楊氏模量的凹型支架，其中一個凹型支架的一側設有四個應變片 接口二，兩凹型支架的外側分別設有靜態拉伸法測楊氏模量的支架，各支架的上端共同固 定一蓋板，蓋板的一側設有四個應變片接口一，渦輪增力裝置上設有拉力傳感器，試驗儀底 座上還設有四個應變片獨立輸出端一、四個應變片獨立輸出端二；所述的待測試件包括有 拉伸法待測試件、彎曲法待測試件，拉伸法待測試件上沿軸向貼有一列應變片，彎曲法待測 試件的正面和背面對稱的各貼2個應變片。
2. 根據權利要求1所述的一種電橋式楊氏模量組合儀，其特徵在於：所述的試驗儀底 座的下端面的四個角上分別設有一個調整螺絲。
3. 根據權利要求1所述的一種電橋式楊氏模量組合儀，其特徵在於：還包括有固定套， 固定套呈框架形，固定套的上端設有鎖緊螺絲、下端設有配件接頭，彎曲法待測試件置於固 定套中，鎖緊螺絲抵在彎曲法待測試件的上端，固定套卡設在兩凹型支架上。
【文檔編號】G09B23/10GK204155503SQ201420570467
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】劉家菊, 洪煒寧, 周愛毓, 周宗立, 葉劍, 李楊, 周易, 徐家陽, 陳芳怡 申請人:安徽農業大學