一种基于霍尔效应的线膨胀系数测量仪的制作方法

本发明涉及物理实验装置领域，具体地讲，涉及一种用于精确测量固体材料线膨胀系数的实验仪。

背景技术：

线膨胀系数是固体材料基本的物理性质之一。当物体温度变化时，固体材料的线性尺寸会随着温度的变化而变化。通常情况下，温度升高，固体材料的尺寸将会增大。在各种工程结构、精密仪器的设计制作中，需要考虑不同材料的线膨胀系数，因此测定固体材料的线膨胀系数具有重要的意义。测量线膨胀系数的常用方法有光杠杆法、干涉法等。这些方法都是通过光学的办法将固体材料的形变进行放大，从而测量线膨胀系数。

虽然用光学方法测量线膨胀系数结果比较精确，但测量操作过程相对比较繁琐。主要问题有：（1）调节过程复杂。光学方法测量的装置调节通常要求较高。例如：光杠杆法则需要在望远镜中观察到标尺的像；干涉法则需要微调光学镜面的角度位置以使两束光发生干涉。如果不能准确调节，满足实验要求，则会出现较大的误差。（2）读数不准确，易出现误差。光学方法通常较难读数。线膨胀系数的测量是在加热过程中，读取材料的形变量。不管是读取标尺的刻度，还是数干涉条纹的变化，都有较大的误差，也非常容易出现读取数据错误的情况。

综上所述，传统的光学方法测量较为复杂，现象不够明显，测量具有较大误差。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于霍尔效应的线膨胀系数测量仪，测量过程中数据读取直观明显，测量结果精确，操作简单易调节，成本低。

本发明所采用的技术方案是：一种基于霍尔效应的线膨胀系数测量仪，包括待测金属棒、加热器，加热器内设置有温度传感器，连接的温度显示屏可以实时显示待测金属棒的温度；待测金属棒一段固定，另一端与杠杆接触，杠杆另一端设置有霍尔元件，霍尔元件放置在两块磁铁之间并与控制电路、显示屏连接。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：本发明首先通过杠杆将金属材料受热膨胀后的形变进行放大，然后利用霍尔元件在梯度磁场中位置的变化对杠杆的移动距离进行测量，进而非常直观地读取霍尔电压，最后根据杠杆的比例系数、霍尔元件的灵敏度计算得出金属材料的热膨胀形变量和线膨胀系数。该方法实验效果明显直观，操作简单，测量结果精确，可以为金属材料的线膨胀系数测量或高校物理实验项目提供一种参考。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中1的结构示意图。

图中，1、加热器，2、温度传感器，3、待测金属棒，4、杠杆，5、温度显示屏，6、磁铁，7、霍尔元件，8、控制电路，9、显示屏，10、加热电阻片，11、导热铝块，12、待测金属棒插入口。

具体实施方式

下面结合实例，进一步说明本发明。

参见图1，本发明包括加热器1，加热器内安装有温度传感器2、待测金属棒3，温度传感器2与温度显示屏5连接；待测金属棒一端固定，另一端与杠杆4接触，杠杆4一端固定，另一端安装有霍尔元件7，霍尔元件7的位置是在两块同极相对放置的磁铁6产生的梯度磁场中，霍尔元件7与控制电路8、显示屏9连接。

在进行测量时，接通加热器1电源，加热器开始对待测金属棒3进行加热，通过温度传感器2可以实时对待测金属棒3的温度进行测量，通过温度显示屏5读取加热前、加热完成后的温度。

待测金属棒3一端固定，另一端与杠杆4接触，当待测金属棒3加热发生形变时，形变传递给杠杆4，杠杆4将会绕固定端转动，进而使杠杆一端的霍尔元件7在梯度磁场中的位置发生变化。

根据霍尔效应，霍尔元件7在梯度磁场中的位置发生变化，及霍尔元件上的磁场发生变化，则产生的霍尔电压随之改变，并且霍尔电压与磁场成正比，梯度磁场中磁场与位置成正比，所以输出的霍尔电压与霍尔元件7的位置成正比，比例系数即为霍尔元件7的灵敏度。霍尔元件7输出的霍尔电压经过控制电路8转换显示在显示屏9中，可以直观读取。

读取得到的霍尔电压经过灵敏度的换算，可以计算出霍尔元件7的移动距离，再经过杠杆比例系数的换算，可以计算出待测金属棒3的形变量。将之前读取的温度变化量和计算得到的形变量带入线膨胀系数公式就可以计算出线膨胀系数的大小了。

本发明实验测量过程简单、读数直观明显，易安装易操作，成本低。测量仪通过杠杆和霍尔效应两种物理方法将待测材料的微小形变量进行放大，实现了线膨胀系数的精确测量。本发明，可以为并可以进行深入的仪器功能拓展。