一种悬丝耦合弯曲共振法测杨氏模量的实验装置及方法与流程

技术特征：

1.一种悬丝耦合弯曲共振法测杨氏模量的实验装置，其特征在于，它包括在基座上设置一个一端封闭的不锈钢水槽，不锈钢水槽壁采用双层结构，中间抽成真空，以起到良好的保温效果，导热液体注入不锈钢水槽内，高度合适，在不锈钢水槽内液体中靠上部分设置一半导体制冷装置，用来冷却导热液体，靠下部分设置一加热装置，用来加热导热液体，中间部分设置一温度传感器，用来测量导热液体的温度，半导体制冷装置、加热装置及温度传感器分别通过接口与温度控制器相连接，通过温度控制器上的按键可以设定导热液体的温度；

在基座上设置支架，支架上端设置横梁，横梁中间设置激振器及拾振器，激振器及拾振器可沿横梁移动以改变位置，将一根截面均匀的待测试样棒用两根细丝悬挂在激振器及拾振器下面，试样棒位于导热液体中；激振器通过单刀双掷开关可分别与扫频仪的扫描电压输出接口及正弦信号源相连，拾振器通过单刀双掷开关可分别与扫频仪的Y轴输入接口及放大器相连，放大器通过接口与模拟示波器相连；扫频仪的扫描电压输出接口可输出幅度不变而频率在一定范围内连续变化的正弦信号，正弦信号源输出的正弦信号电压幅度及频率大小可以通过旋钮进行连续调节，并可在显示屏上显示出来；激振器将扫频仪或者正弦信号源输出的正弦信号转换为同频率的机械振动，再由细丝把机械振动传给试样棒，使试样棒做横向弯曲振动，试样棒另一端的细丝再把试样棒的机械振动传给拾振器，拾振器将试样棒的机械振动转换为电信号，该电信号经扫频仪的Y轴输入接口进入扫频仪，扫频仪可将试样棒的幅频特性曲线在显示屏上显示出来；该电信号经放大器放大后，波形可在模拟示波器上显示出来，进行观察与测量。

2.根据权利要求1所述的悬丝耦合弯曲共振法测杨氏模量的实验装置测金属材料杨氏模量的实验方法，其特征在于，该方法的具体过程包括以下步骤：

步骤一、通过观察基座水准仪，调整基座上的基座调平螺丝，使横梁及截面均匀的待测试样棒达到水平状态；

步骤二、通过观察温度控制器上的温度显示屏，利用温度设定按键，数字选择按键，上调按键，下调按键，设定导热液体的温度T₁，直到指示灯由红灯变为绿灯，即导热液体温度达到设定值T₁；

步骤三、通过单刀双掷开关使激振器与扫频仪的扫描电压输出接口相连，通过单刀双掷开关使拾振器与扫频仪的Y轴输入接口相连，扫频仪的扫描电压输出接口可输出幅度不变而频率在一定范围内连续变化的正弦信号，通过波段选择开关、中心频率调节旋钮、频率偏移调节旋钮设定扫频仪扫描频率的范围，通过频标选择开关、频标幅度调节旋钮设定合适的频标，通过扫描电压输出增益调节旋钮设定合适的扫描电压输出幅度，通过Y轴输入增益调节旋钮设定合适的Y轴输入增益；激振器将扫频仪输出的正弦信号转换为同频率的机械振动，再由细丝把机械振动传给试样棒，使试样棒做横向弯曲振动，试样棒另一端的细丝再把试样棒的机械振动传给拾振器，拾振器将试样棒的机械振动转换为电信号，该电信号经扫频仪的Y轴输入接口进入扫频仪，扫频仪可将试样棒的幅频特性曲线在扫频仪显示屏上显示出来，当正弦信号的频率远离试样棒的固有频率时，试样棒几乎不动或振动非常微弱，拾振器输出的电信号幅度为零或很小；当正弦信号的频率逐渐接近试样棒的固有频率时，基于共振原理，试样棒的振动幅度逐渐增大，拾振器输出的电信号幅度逐渐增大；当正弦信号的频率等于试样棒的固有频率时，基于共振原理，试样棒发生共振，试样棒的振动幅度达到最大，拾振器输出的电信号幅度也达到最大；于是，观察扫频仪显示屏上显示的试样棒的幅频特性曲线，曲线幅度最大处对应的频率就是共振频率，于是可以得到试样棒共振频率的大致范围区间，从而为进一步精确确定共振频率提供方便；

步骤四、通过单刀双掷开关使激振器与正弦信号源相连，通过单刀双掷开关使拾振器与放大器相连，放大器通过接口与模拟示波器相连，模拟示波器可以将通过放大器放大后的电信号的波形显示出来，进行观察与测量；通过正弦信号电压幅度调节旋钮及正弦信号电压幅度显示屏，将正弦信号源输出的正弦信号电压幅度调节合适，根据试样棒共振频率的大致范围区间，通过调节正弦信号频率粗调旋钮逐渐增加正弦信号源输出的正弦信号的频率，激振器将正弦信号源输出的正弦信号转换为同频率的机械振动，再由细丝把机械振动传给试样棒，使试样棒做横向弯曲振动，试样棒另一端的细丝再把试样棒的机械振动传给拾振器，拾振器将试样棒的机械振动转换为电信号，该电信号经放大器放大后，波形可在模拟示波器上显示出来，进行观察与测量；当正弦信号的频率远离试样棒的固有频率时，试样棒几乎不动或振动非常微弱，模拟示波器上几乎没有电信号的波形或波形幅度很小；当正弦信号的频率逐渐接近试样棒的固有频率时，基于共振原理，试样棒的振动幅度逐渐增大，模拟示波器上电信号的波形幅度也随之逐渐增大；

步骤五、在模拟示波器显示屏上观察此电信号的波形，通过调节正弦信号频率细调旋钮，进一步仔细调节正弦信号源输出的正弦信号的频率大小，直到此电信号的波形幅度最大为止，此时从正弦信号频率显示屏上读出的频率就是细丝在试样棒上吊扎点处试样棒对应的共振频率，逐步改变细丝在试样棒上吊扎点的位置，测出每一吊扎点位置试样棒对应的共振频率f，以x/l为横坐标(l为试样棒的长度，x为试样棒端头到吊扎点的距离)，以f为纵坐标作曲线，用外推法求出在节点x＝0.224l处试样棒对应的共振频率f₀，也就是试样棒做基频振动时的固有频率f₀；

步骤六、对于圆形截面试样棒，测出试样棒的长度l，试样棒的质量m，试样棒的直径d，代入公式即可求出试样棒材料在温度T₁时的杨氏模量Y；对于矩形截面试样棒，测出试样棒的长度l，试样棒的质量m，试样棒矩形截面的宽度b和高度h，代入公式即可求出试样棒材料在温度T₁时的杨氏模量Y；

步骤七、通过温度控制器改变导热液体的温度，重复以上步骤可测得不同温度下试样棒材料的杨氏模量Y。