一种测量材料热膨胀系数的自动测量仪的制作方法

本实用新型涉及一种测量仪，特别涉及一种测量材料热膨胀系数的自动测量仪。

背景技术：

热膨胀系数是材料的基本物理性能，研究热膨胀系数的规律有很大的理论和实践价值，可以在使用材料时，预算出其受热后结果的应影响。若实现对金属的热膨胀系数的测量，就需要测量金属经过加热后，膨胀的微小形变长度。

传统的测量物体微小型变量方法中，由于光杠杆放大法可以实现非接触式的放大测量，精度相对较高，所以在测量热膨胀系数过程中常被采用。但这种测量方法，形变量的放大倍数受到空间的限制，由于望远镜与反光镜的距离越大，放大倍数越大，可当光杠杆放大倍数为80倍时，两者间距已经两米远；而且由于望远镜的结构复杂，很难测量望远镜与反光镜之间的真实距离；在测量过程中操作人员需要预先调整平面镜及底座，望远镜及标尺的位置，测量过程中通过望远镜观测标尺的读数，对于操作者来说调节出清晰的成像需要反复的调节过程，读数后操作员还要对测得的微小型变量进行计算，整个测量周期时间长，步骤多，并且容易产生误差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种测量材料热膨胀系数的自动测量仪，该测量仪机构简单、自动测量、易于学习操作、不需要繁杂的调节过程、有着良好的人机交互性的测量材料热膨胀系数的自动测量仪。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种测量材料热膨胀系数的自动测量仪，所述测量仪包括有反射装置、偏转装置、传动与转动装置、加热装置、待测材料样棒定位夹紧装置、传感装置、人机互交装置、主控系统和其他电气电控系统；反射装置由一个平面镜和半透半反射镜组成，平面镜通过平面镜支架固定在箱体内壁上，半透半反射镜固定于偏转装置上；偏转装置中半透半反射镜固定架通过螺栓螺母定位夹紧半透半反射镜，半透半反射镜固定架下表面有孔与光轴一端过盈配合，光轴另一端与卧式光轴轴承固定座中的轴承内孔配合，卧式光轴轴承固定座通过螺栓螺母固定座固定在箱体内壁上；传动与转动装置通过联轴器连接丝杠和步进电机轴，步进电机通过螺栓螺母固定在箱体内壁上，丝杠则与轴承座配合并通过螺栓螺母固定在箱体内壁，丝杠上装配有丝杠滑台，滑台的另一端有孔，孔与光杠配合，光杠两端与光杠座内孔配合，光杠座固定在箱体内壁上；加热装置固定在待测材料样棒定位架和偏转装置转动端之间的位置，与待测材料样棒接触；待测材料样棒定位夹紧装置由待测材料样棒定位架和偏转装置相互配合组成，待测材料样棒定位架直接固定在箱体内壁上；传感装置由温度传感体统和激光信号收发系统构成，并由变压器提供能量，与单片机之间进行数据传输，受单片机控制，温度传感器与待测材料样棒侧面接触并固定在温度传感器架上，温度传感器架固定在箱体内壁，激光信号收发系统的接收端固定在丝杠滑台上，随着滑台移动，而信号发射端通过发射端支架固定在箱体内壁和平面镜上；人机互交装置由触摸屏完成显示和输入工作，固定在箱体外壁上；主控系统由单片机构成；电气电控系统包括变压器、电机驱动器，变压器为电器元件提供能量，电机驱动器受单片机控制驱动步进电机的转角，各电气电控元器件均固定在箱体内壁。

所述的一种测量材料热膨胀系数的自动测量仪，所述反射装置中的平面镜为全反射镜面，另一个半透半反射镜的优选透光率为30%，光线会在半透半反射镜反射处透过镜面。

所述的一种测量材料热膨胀系数的自动测量仪，所述激光信号收发系统采用的是对射式激光传感器，其中激光发射端发出点光源，在两镜面之间形成光路，接收端就会在移动的过程中在半透半反射镜的一侧测到反射点。

所述的一种测量材料热膨胀系数的自动测量仪，所述传动与转动装置中丝杠的优选螺距为2mm。

本实用新型的优点与效果是：

机械机构简单，制作工艺简单，机器成本低；体积小，占用空间小；机器的各个器件位置关系相对固定，定位精度高，各机械与电控的配合之间快速、准确，测量过程中不需要操作人员进行繁杂的调节操作，提高了对微小型变量的测量精度；测量过程中可在屏幕上实时对材料样棒的温度进行监控，方便温度控制；不需要操作员对测得的微小型变量进行计算，单片机可进行计算处理，直接将结果显示在屏幕上，高效、快捷，实现了自动测量，也避免了人为计算误差。

附图说明

图1本实用新型组成示意图；

图2为本实用新型轴测图；

图3为本实用新型采用光电放大原理光路图。

图中：1-触摸屏；2-箱体；3-激光信号接收端；4-丝杠滑台；5-丝杠；6-联轴器；7-步进电机；7-光杠；9-光杠座；10-220V转24V变压器；11-步进电机驱动器；12-电源转换模块；13-单片机；14-平面镜；15-螺栓；16-平面镜支架；17-发射端支架；18-激光信号发射端；19-半透半反射镜；20-半透半反射镜固定架；21-待测材料样棒；22-加热器；23-待测材料样棒定位架；24-轴承座；25-光轴；26-卧式光轴轴承固定座；27-温度传感器；28-温度传感器架；29-箱体底板。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型应用的原理是多级光杠杆放大原理，光电放大原理光路图见附图3，图中两平面镜的优选距离R为8CM，杠杆优选长度D为3CM，待测材料样棒优选长度L0为10CM，反射N次后，测得第一个反射点到第N个反射点的距离（FN-F0），主控系统通过公式（1）的程序便可得出待测材料热膨胀系数。

实施例

如图所示，将待测材料样棒21固定在待测材料样棒定位架23和半透半反射镜固定架20之间，通过触摸屏1控制步进电机7转动，步进电机7带动丝杠5转动，将固定在丝杠滑台4上的激光接收端3调整到初始位置（与激光发射端18同轴线位置），并设定预加热温度。摁触摸屏1上开始键，加热器22开始加热，操作者输入的预设温度数据传输至单片机，单片机13根据预设值对温度传感器27检测的当前值进行比较，当温度传感器27检测到材料棒21的当前值已达到设定温度时，单片机13控制加热器22进行保温处理。在温度传感器27当前值等于预设值时，单片机13控制步进电机6转动，步进电机6开始带动丝杠5转动，同时单片机13使能对射式激光传感器（激光信号发射端3和激光信号接收端18），其中激光发射端发出点光源，在两镜面之间形成光路，由于平面镜14为全反射镜面，另一个半透半反射镜的优选透光率为30%，光线会在半透半反射镜反射处透过镜面，在丝杠滑台4带动激光信号接收端3从初始位置开始向右移动的过程中，激光信号接收端3就会不断接收到透过半透半反射镜19光线。单片机13在控制步进电机7的旋转的过程中储存激光信号接收端3接收到激光时步进电机7的转角数据，且丝杠5的螺距为已知量，单片机13便可计算激光信号接收端3能够检测的最后一个点Fn到第一个检测到的点F0的距离，根据公式（1）便计算出材料热膨胀系数。激光信号接收端3检测完毕后，单片机13控制步进电机6反转，丝杠滑台4自动返回初始位置，单片机13控制加热器22、对射式激光传感器（激光信号发射端3和激光信号接收端18）、温度传感器27停止工作。单片机13计算结束后，将材料样棒21的线膨胀系数显示在液晶屏1上。

优选地，所述单片机采用STC89C51单片机。

优选地，所述加热器采用HY-M加热管。

优选地，所述温度传感器采用PT100探头。

优选地，所述对射式激光传感器采用E3F-30C/L激光对射光电开关。

优选地，所述步进电机采用57BYG250B电机，对应采用TB6600电机驱动器。