专利名称：金属线膨胀系数实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种实验仪器，尤其指ー种金属线膨胀系数实验仪。
背景技术：
金属线膨胀系数实验仪是高校的物理实验中对金属线胀系数进行测量的ー种实验仪，它可对金属的热胀冷缩的特性可做出定量測量，并可对金属的线膨胀系数做精确测量计算。物质在一定温度范围内，原长为I的物体受热后伸长量^与其温度的増加量Δ 近似成正比，与原长^也成正比，即Δ/ =α· ·Δ 。式中α为固
体的线膨胀系数，不同材料的线膨胀系数是不同的。现有技术的金属线膨胀系数实验仪结构主要是用可控温的电加热方式，加热密封的铜套管，铜套管内有防止被测金属杆(或称被测材料)弯曲的导向块，被测金属杆就穿过导向块置于铜套管内，且温度随着铜套管内的气温同步上升，被测金属杆就伸长，而铜套管一端顶在顶尖上不能动了，其另一端伸长量通过顶杆传递给机械百分表而读出，但是机械百分表的測量精度有限；另外直接利用空气传递热量加热被测金属杆方式，铜套管内达到热平衡时间长，被测金属杆的温度测量误差较大。
发明内容本实用新型的目的是提供一种被测材料受热伸长量以及温度測量精确、对于被测材料长度要求宽裕的金属线膨胀系数实验仪。为了达到上述目的，本实用新型包含底座机壳(19)，电加热控制器(I)的温度信号输入端与温度传感器(14)相连，电加热控制器(I)的输出端与电热管(2)相连,铜套管
(3)通过支架(18)固定在底座机壳(19)上，铜套管(3)外面有保温层(25)，铜套管(3)内固定向导块(12)，被测材料(13)通过导向块(12)置于铜套管(3)内，铜套管(3)两端固定左端盖(24 )和右端盖(26 )，顶尖(11)可旋紧式固定在左端盖(24 )上并与被测材料(13 )的左端相接触，电热管(2)置于水箱(22)内，蒸气管(9)下端与水箱(22)相通，蒸气管(9)上端与铜套管(3)相通，回水管(10)下端与水箱(22)相通，回水管(10)上端与铜套管(3)相通，杠杆(6)的上端与霍尔位移传感器(4)相固定,杠杆(6)的下端通过转轴(17)与转轴板相连，托架(23)与转轴板(16)都固定在底座机壳(19)上面，拉簧(15)安装在托架(23)与杠杆(6)之间，顶杆(21)的左端插入右端盖(26)中心孔内并和被测材料(13)的右端相接触，顶杆(21)的右端穿过托架(23)的孔顶到杠杆(6)的左侧面，霍尔位移传感器(4)置于磁铁(5)和磁铁(27)之间，毫伏表(7)与霍尔位移传感器(4)相连，导向块(12)上带有通气孔(28)。为了避免拉簧(15)引起杠杆(6)弯曲带来的测量误差，拉簧(15)套装在顶杆(21)上，拉簧(15)的右端与杠杆(6)的连接点与顶杆(21)的右端重合。由于本实用新型利用可控温的水蒸气加热被测材料，减小了铜套管内部所有部件达到热平衡的时间，使得测量的被测材料的温度更为精确。被测材料伸长量的測量用霍尔位移传感器，再加上霍尔位移传感器安装在具有位移放大作用的杠杆上，拉簧安装在托架与杠杆之间，并套装在顶杆上，这就比机械百分表的測量灵敏度大幅度提高，使得被测材料的受热伸长量的測量精度有显著提高，并且对被测材料长度要求变得宽裕了，使得实验更为方便。
图I是本实用新型的结构原理图。
具体实施方式
图I中的底座机壳19内，有电源开关K、毫伏表7、电加热控制器I、水箱22，水箱内有电热管2和水。电源插头通过电源开关K与电加热控制器I的电源输入端相连。电加热控制器I的输出端与电热管2相连，电加热控制器I的温度信号输入端与温度传感器14相连，电加热控制器I的稳压电源输出端与毫伏表7相连。毫伏表7的输入端以及霍尔位移传感器4所用的工作电源输出端与霍尔位移传感器4相应端子相连(其中图I中各条粗线表示导线有两条或两条以上)。铜套管3通过支架18 (左右各有ー个)用螺丝固定在底座机壳19上。铜套管3外表面有保温层25，其两端安装有左端盖(24)和右端盖(26)。铜套管3内固定有1-3组防止被测材料13因受カ而弯曲的导向块12，导向块12为与铜套管3同轴的圆形盘状，导向块12上面开有通气孔28，导向块12的中心开ロ左侧比右侧直径大，从左至右为ー圆锥型，以便于被测材料13从中穿过。顶杆21的左端插入右端盖26的中心圆孔内，并与被测材料13相接触。顶尖11与左端盖24中心孔之间有咬合的螺丝结构，顶尖11与左端盖24可以旋紧，并与被测材料13左端相接触。顶尖11和顶杆21都是导热性差的材料制成。拉簧15套在顶杆21的右端，拉簧15的左右端分别与托架23、杠杆6相固定，拉簧15的右端与杠杆6的连接点与顶杆21的右端作用力点基本重合。顶杆21的右端穿过托架23的圆孔并和杠杆6的左侧相接触(可以打滑不直接固定)。由于拉簧15是套装在顶杆21上，并且拉簧15的右端与杠杆6的连接点与顶杆21的右端重合，这就使得拉簧15的拉カ作用点与顶杆21的顶カ作用点作用在杠杆6的同一点上，避免了拉カ和顶カ不在同一点引起的杠杆6弯曲导致的测量误差。当被测材料13受热伸长，通过顶杆21推动杠杆6以转轴17为轴向右做微小转动(可看做向右的微小平移)，就会引起霍尔位移传感器4做更大的向右移动，从而放大了位移量，提高了检测灵敏度，这比电信号放大更有效，因电信号放大有噪音，这就如同摄像机的光学变焦远比数码变焦清楚一祥。杠杆6被测材料13通过导向块12置于铜套管3内。蒸气管9的下端与水箱22相通，蒸气管9上端与铜套管3相通，回水管10下端与水箱22相通，回水管10上端与铜套管3相通。杠杆6的上端与霍尔位移传感器4相固定，杠杆6的下端通过转轴17与转轴板可活动式相连。托架23与转轴板16都固定在底座机壳19上面。霍尔位移传感器4置于磁铁5和磁铁27之间,磁铁5和磁铁27的极性相对安装且距离尽可能近，可产生较强的非均匀磁场，以提高检测灵敏度。电加热控制器I的面板上帯有温度显示屏8。透明盒20用于保护其内的部件，并且可以展示给学生看内部构造，有利于学生理解仪器结构和原理。本实用新型工作过程如下电热管2加热水箱22内的水而沸腾，水蒸汽通过蒸汽管9导入铜套管3内，冷凝的水通过回水管10流回水箱。水蒸气加热被测材料13，被测材料13因受热而伸长，通过顶杆21并克服拉簧15的拉カ使得杠杆6向右转动，导致霍尔位移传感器4在磁铁5和磁铁27之间区域形成的非均匀磁场中向右移动，产生霍尔位移电压，输入毫伏表7读出。如此反复，改变不同的电加热控制器I的输出功率，得到铜套管3内不同的温度，记录各组数据，可测量计算出金属的线膨胀系数。由于拉簧15的配合，在使用范围内，可使长度不同的被测材料13总能顶紧顶杆21来进行实验，对于被测材料长度要求宽
裕，方便了实验操作。
权利要求1.ー种金属线膨胀系数实验仪，包含底座机壳(19)，电加热控制器(I)的温度信号输入端与温度传感器(14)相连，电加热控制器(I)的输出端与电热管(2)相连，铜套管(3)通过支架(18)固定在底座机壳(19)上，铜套管(3)外面有保温层(25)，铜套管(3)内固定向导块(12)，被测材料(13)通过导向块(12)置于铜套管(3)内，铜套管(3)两端固定左端盖(24)和右端盖(26 )，顶尖(11)可旋紧式固定在左端盖(24)上并与被测材料(13 )的左端相接触，其特征是电热管(2)置于水箱(22)内，蒸气管(9)下端与水箱(22)相通，蒸气管(9)上端与铜套管(3)相通，回水管(10)下端与水箱(22)相通，回水管(10)上端与铜套管(3)相通，杠杆(6)的上端与霍尔位移传感器(4)相固定,杠杆(6)的下端通过转轴(17)与转轴板相连，托架(23)与转轴板(16)都固定在底座机壳(19)上面，拉簧(15)安装在托架(23)与杠杆(6)之间，顶杆(21)的左端插入右端盖(26)中心孔内并和被测材料(13)的右端相接触，顶杆(21)的右端穿过托架(23)的孔顶到杠杆(6)的左侧面，霍尔位移传感器(4)置于磁铁(5)和磁铁(27)之间，毫伏表(7)与霍尔位移传感器(4)相连,导向块(12)上带有通气孔(28)。
2.按权利要求I所述的金属线膨胀系数实验仪，其特征是拉簧(15)是套装在顶杆(21)上，拉簧(15)的右端与杠杆(6)的连接点与顶杆(21)的右端重合。
专利摘要本实用新型公开了一种金属线膨胀系数实验仪，它是用电热管加热水箱内的水，产生的水蒸气去加热被测材料的方式，并配合高灵敏度霍尔位移传感器的位移测量机构，来测量金属的线膨胀系数。它克服了现有技术产品用机械百分表进行位移测量灵敏度低误差大的缺陷，也克服了用空气加热被测材料导致的测温误差大的缺陷。本实用新型可用于改进现有技术的金属线膨胀系数实验仪，提高其测量精度。
文档编号G01N25/16GK202442982SQ20122005743
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者崔廷军, 赵杰 申请人:德州学院