采用杨氏模量拉伸仪测量棉花类物质密度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料物理特性检测技术领域，具体涉及一种采用杨氏模量拉伸仪测量 棉花类物质密度的新方法。
【背景技术】
[0002] 对于均匀物质来说，单位体积的质量就是密度。密度是物质的固有属性，他不随其 组成的形状及光泽等外在特征的改变而改变。对于匀质形状规则的几何体，可以通过对其 基本量的测量来确定其密度，但是对于外形不规则的物体就不能采用此方法进行测量了， 尤其像棉花类物体外形不规则且沾水或油无法测得准确的体积，并且棉花纤维有空气存 在，不能算为棉花的体积，无论如何挤压揉搓都不能排干净气体的这类物质。目前该类物体 密度的测量一般采用排水法测量物体的体积，天平测出该物质的质量，然后根据密度公式 求出它的密度，但由于棉花类物质易溶于水，采用排水法不能准确的测量该类物质的体积， 因此该方法对于密度的精确测量带来很大的误差，需要进行探讨新的测量方法。
【发明内容】
[0003] 鉴于目前对于棉花类物体等外形不规则且沾水或油，无法测得准确的体积的物体 难以用常规方法测量其密度的问题，本发明的目的在于提供一种利用测定杨氏模量的实验 装置来测量该类物体密度的新方法。
[0004] 本发明的目的是由如下技术方案来实现的：
[0005] 一种用杨氏模量拉伸仪测量物体密度的方法，该方法包括如下步骤：
[0006] (1)杨氏模量拉伸仪的设置：
[0007] 所述杨氏模量拉伸仪为数显液压加力杨氏模量测量仪，包括拉伸钢丝与用于固定 拉伸钢丝的钻头夹具、气囊、加力计和电子数字显示系统，气囊与加力计由软管相连接，拉 力传感器将加力计施力大小传递给电子数字显示系统，显示在液晶显示屏上，加力计施力 大小由液压调节阀改变；所述加力计为注射器；
[0008] 所述杨氏模量拉伸仪用如下方法设置：将软管和注射器中的液体排空，换成空气； 将拉伸钢丝的钻头夹具拧到贴紧架子，使拉伸钢丝的长度不再发生变化；
[0009] ⑵测量：
[0010] ①按照步骤（1)的方法设置杨氏模量拉伸仪；
[0011] ②用注射器将气体压入气囊中，由软管断开注射器口，等待10秒后按下电子数字 显示系统的调零按钮；
[0012] ②将注射器活塞拉到注射器刻度X后，注射器口连接于软管；
[0013] ④将活塞由初始点刻度X往注射器内部推进至刻度\，记录电子数字显示系统显 示的压力Fc!和注射器内气体体积的改变量A V = X-XQ;
[0014] ⑤步骤④的测量完成后，拉动注射器活塞到大于初始点刻度X的位置，由软管断 开注射器口；
[0015] ⑥注射器内放入被测物体，注射器活塞拉到注射器刻度X后，注射器口连接于软 管；
[0016] ⑦将注射器活塞由初始点刻度X往注射器内部推进至刻度\，记录电子数字显示 系统显示的压力FJP注射器内气体体积的改变量A v = X-X 1;
[0017] ⑧根据式I和式II分别计算得到注射器内未放入被测物体时的实验装置内所有 空气的体积％和注射器内放入被测物体后的实验装置内所有空气的体积V 1;
[0018] V〇= (P 〇* A v) / (F〇/S) + A v (式 I)
[0019] V1= (P 〇* A v) / (Fi/S) + A v (式 II)
[0020] 式I中S为拉力传感器与气囊的接触面积；为标准大气压；
[0021] 被测物体的体积V = V^V。；
[0022] 根据公式P = m/V，计算得到被测物体的密度P，其中m为被测物体的重量。
[0023] 进一步地，步骤④中，由软管断开注射器口后，等待电子数字显示系统显示数据恢 复到±0. 02kg内后，再进行下一步骤的测量。测量完成先拉动注射器活塞到初始点刻度X 的外侧，再断开注射器，这样可以迅速冷却实验气体，而且示数可以回到零刻度附近。
[0024] 进一步地，所述被测物体为外形不规则的固体物体。
[0025] 进一步地，所述外形不规则的固体物体为棉花、海绵。
[0026] 杨氏模量拉伸仪是目前常用的测定材料弹性模量的测量的仪器，除了传统的杨氏 膜量仪外，还有数显液压加力杨氏模量拉伸仪、数显气动加力杨氏模量拉伸仪等。本发明优 选选用数显液压加力杨氏模量拉伸仪进行其设置上的改进，用于测量棉花类物体的密度。 即将软管和加力计（注射器）中的液体排空，换成空气，达到精确测量该类物质体积的目 的；将拉伸钢丝的钻头夹具拧到贴紧架子，使拉伸钢丝的长度不再发生变化，排除了钢丝拉 伸的干扰，并且可以阻止仪器内部的气囊膨胀，使装置内部气囊体积和压力传感器接触面 积不变。直接使用加力计里的注射器来做实验腔体，并且实验中对注射器活塞边缘用较多 硅脂油浸没进行液封以减少漏气。本发明对数显液压加力杨氏模量拉伸仪进行上述改进 后，取加力计中的注射器作为一个密闭的带有活塞的容器，将活塞推到不同刻度，来改变容 器内的压强，在相同温度相同质量的前提下利用理想气体方程式PV = nRT，来求得容器内 的体积％，装入待测物体后，利用同样的方法来测得容器内的体积％，二者的差值就是待测 物体的体积V = ，通过分析天平来测得物体的质量，根据公式P = m/V，计算得到被测 物体的密度P。
[0027] 本发明的有益效果：本发明通过改进常规的杨氏模量拉伸仪的设置，并利用气体 压强的方法测量并计算得到被测物体的体积，进而计算得到被测物体的密度，其结果与传 统方法测量的密度数据相接近，实验基本上和理论一致，具有可实用性。本发明的测量方法 操作简单，准确性较高，非常适合用于棉花海绵之类难以使用常规方法测量密度的物体的 密度测量，且不会破坏或者沾湿被测物体。
【附图说明】
[0028] 图1为现有数显液压加力杨氏模量拉伸仪示意图；
[0029] 图2为在不同空注射器内气体体积下测量得到的压力匕，以及计算得到的在相应 体积下的装置内气体体积％;
[0030] 图3为注射器内加入塑料块后，在不同空注射器内气体体积下测量得到的压力匕， 以及计算得到的在相应体积下的装置内气体体积V 1;
[0031] 图4为注射器内加入石块后，在不同空注射器内气体体积下测量得到的压力F2，以 及计算得到的在相应体积下的装置内气体体积V 2;
[0032] 图5为注射器内加入脱脂棉后，在不同空注射器内气体体积下测量得到的压力F3， 以及计算得到的在相应体积下的装置内气体体积V 3。
[0033] 附图标号：1、杨氏模量拉伸仪，2、电子数字显示系统，3、金属丝，4、钻头夹具，5、软 管，6、加力计，7、液压调节阀。
【具体实施方式】
[0034] 为了使本发明的目的、方案、流程和优点更加清楚明晰，结合附图和实施例对本项 发明的技术方案做进一步的详细说明，值得注意的是，此处具体实施例仅作为解释说明本 发明，并不用于限定本发明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方 法，所用材料、试剂等均可从材料或化学公司购买。
[0035] 实施例1气体压强法测量物体密度并验证准确性
[0036] 1.杨氏模量拉伸仪的设置
[0037] 杨氏模量拉伸仪为大连宁诺奇科教仪器有限公司生产的产品，型号为NKY-2型， 示意图如图1所示，包括拉伸钢丝与用于固定拉伸钢丝的钻头夹具、气囊、加力计和电子数 字显示系统，金属丝上下两端用钻头夹具夹紧，上端固定于双立柱的横梁上，下端钻头卡的 连接拉杆闯过固定平台中间的套孔与拉力传感器相连。气囊与加力计由软管相连接，拉力 传感器将加力计施力大小传递给电子数字显示系统，显示在液晶显示屏上，加力计施力大 小由液压调节阀改变；所述加力计为400ml注射器。
[0038] 本发明对于该杨氏模量拉伸仪，进行设置上的改进并用于测量棉花海绵类物质的 密度。
[0039] 对于该杨氏模量拉伸仪的设置上的改进方法为：
[0040] (1)将软管和注射器中的水排空，换成空气；
[0041] (2)将拉伸钢丝的钻头夹具拧到贴紧架子，使其钢丝的长度不再发生变化，排除了 钢丝拉伸的干扰，并且可以阻止仪器内部的气囊膨胀，使装置内部气囊体积和压力传感器 接触面积不变；
[0042] 具体使用时，直接使用杨氏模量实验中加力计里的注射器来做实验腔体，并且实 验中对注射器活塞边缘用较多硅脂油浸没进行液封以减少漏气。
[0043] 2、气体压强法测量物块密度并验证准确性
[0044] (1)按照上述1的方法设置好杨氏模量拉伸仪；
[0045] 先用注射器将气体压入到气囊中，使气囊中气体约为80_120ml，然后由软管断开 注射器口，等待10秒后按下调零按钮，待显示屏的数据显0. 〇〇〇 ;
[0046] (2)将小铜片放入注射器腔体内，将活塞液封，用红外线测温器测量铜片温度，活 塞拉到100ml位置，将注射器口连接于软管上，开始测量；
[0047] (3)压缩注射器活塞到90ml刻度，观察电子数字显示系统液晶显示屏示数，等待 示数变化缓慢时记录数据，即为注射器内气体体积的改