一種電橋式楊氏模量組合儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電橋式楊氏模量組合儀，包括有實(shí)驗(yàn)箱基板、組合儀實(shí)驗(yàn)裝置、待測(cè)試件；實(shí)驗(yàn)箱基板上設(shè)有電源輸出端、用于調(diào)節(jié)電源電壓輸出值的可調(diào)旋鈕、用于顯示電源電壓的數(shù)顯電壓表、拉力值顯示表、拉力值輸入端口、電橋框架、差動(dòng)放大器、帶保險(xiǎn)絲的電源底座、電位器、三個(gè)定值電阻、電位器調(diào)節(jié)旋鈕、差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕、公共接地端、電源開關(guān)、副電源開關(guān)；組合儀實(shí)驗(yàn)裝置包括有試驗(yàn)儀底座、渦輪增力裝置、水準(zhǔn)儀、彎曲法測(cè)量楊氏模量的凹型支架、靜態(tài)拉伸法測(cè)楊氏模量的支架；待測(cè)試件包括有拉伸法待測(cè)試件、彎曲法待測(cè)試件。本發(fā)明用電橋電路測(cè)出金屬片在拉伸和彎曲狀態(tài)下的楊氏模量，方便快捷，可推廣使用。
【專利說(shuō)明】一種電橋式楊氏模量組合儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種電橋式楊氏模量組合儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 物體在外力的作用下都要或多或少地發(fā)生形變。當(dāng)形變不超過(guò)某一限度時(shí)，撤走 外力之后，形變能夠隨之消失，這種形變稱之為"彈性型變"。發(fā)生彈性形變時(shí)，物體內(nèi)部產(chǎn) 生恢復(fù)原狀的內(nèi)應(yīng)力。在彈性限度內(nèi)，材料的脅強(qiáng)與脅變（即相對(duì)形變）之比為一常數(shù)，稱 為彈性模量（Elastic Modulus)。條形物體（如金屬片）沿縱向的彈性模量稱為楊氏模量 (Young' s Modulus)。楊氏模量（亦稱楊氏彈性模量）是描述固體材料抵抗形變能力大小 的物理量，是選定機(jī)械構(gòu)件的依據(jù)之一，是工程中常用的重要參數(shù)。測(cè)量楊氏模量有拉伸 法、梁的彎曲法、振動(dòng)法、內(nèi)耗法等等。
[0003] 本裝置用靜態(tài)拉伸法和彎曲法測(cè)量楊氏模量，研究拉伸正應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān) 系。長(zhǎng)度的微小變化量，不易被一般測(cè)量長(zhǎng)度的工具測(cè)準(zhǔn)，有時(shí)甚至是很困難的。故在待測(cè) 的金屬片上貼電阻應(yīng)變片，運(yùn)用電橋電路，測(cè)電阻應(yīng)變片應(yīng)變量，得知金屬片變化的微小長(zhǎng) 度，計(jì)算出金屬片楊氏模量。為了減小計(jì)算的工作量，開發(fā)一款"綠色"軟件，將測(cè)量的數(shù)據(jù) 輸入軟件，系統(tǒng)自動(dòng)算出應(yīng)變片電阻相對(duì)變化△!?、應(yīng)變量AL/L和待測(cè)金屬楊氏模量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種電橋式楊氏模量組合儀，是 一種用于學(xué)生研究電橋原理，并用單臂電橋、半橋、全橋電路測(cè)金屬片拉伸和彎曲狀態(tài)下的 楊氏模量的裝置。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種電橋式楊氏模量組合儀，其特征在于：包括有實(shí)驗(yàn)箱基板、組合儀實(shí)驗(yàn)裝置、 待測(cè)試件；所述的實(shí)驗(yàn)箱基板上端排列設(shè)有電源輸出端、用于調(diào)節(jié)電源電壓輸出值的可調(diào) 旋鈕、用于顯示電源電壓的數(shù)顯電壓表、用于測(cè)量電橋電壓輸出值的輸入端和數(shù)顯電壓表、 拉力值顯示表、拉力值輸入端口，實(shí)驗(yàn)箱基板中部排列設(shè)有電橋框架、差動(dòng)放大器、帶保險(xiǎn) 絲的電源底座，實(shí)驗(yàn)箱基板下端設(shè)有一個(gè)電位器、三個(gè)定值電阻、電位器調(diào)節(jié)旋鈕、差動(dòng)放 大器調(diào)零旋鈕、公共接地端、電源開關(guān)、副電源開關(guān)；所述的組合儀實(shí)驗(yàn)裝置包括有試驗(yàn)儀 底座，試驗(yàn)儀底座的中部設(shè)有渦輪增力裝置、水準(zhǔn)儀，試驗(yàn)儀底座上位于渦輪增力裝置的兩 側(cè)分別設(shè)有一個(gè)彎曲法測(cè)量楊氏模量的凹型支架，其中一個(gè)凹型支架的一側(cè)設(shè)有四個(gè)應(yīng)變 片接口二，兩凹型支架的外側(cè)分別設(shè)有靜態(tài)拉伸法測(cè)楊氏模量的支架，各支架的上端共同 固定一蓋板，蓋板的一側(cè)設(shè)有四個(gè)應(yīng)變片接口一，渦輪增力裝置上設(shè)有拉力傳感器，試驗(yàn)儀 底座上還設(shè)有四個(gè)應(yīng)變片獨(dú)立輸出端一、四個(gè)應(yīng)變片獨(dú)立輸出端二；所述的待測(cè)試件包括 有拉伸法待測(cè)試件、彎曲法待測(cè)試件，拉伸法待測(cè)試件上沿軸向貼有一列應(yīng)變片，彎曲法待 測(cè)試件的正面和背面對(duì)稱的各貼2個(gè)應(yīng)變片。
[0007] 所述的一種電橋式楊氏模量組合儀，其特征在于：所述的試驗(yàn)儀底座的下端面的 四個(gè)角上分別設(shè)有一個(gè)調(diào)整螺絲。
[0008] 所述的一種電橋式楊氏模量組合儀，其特征在于：還包括有固定套，固定套呈框架 形，固定套的上端設(shè)有鎖緊螺絲、下端設(shè)有配件接頭，彎曲法待測(cè)試件置于固定套中，鎖緊 螺絲抵在彎曲法待測(cè)試件的上端，固定套卡設(shè)在兩凹型支架上。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0010] 本發(fā)明用電橋電路測(cè)出金屬片在拉伸和彎曲狀態(tài)下的楊氏模量，方便快捷，可推 廣使用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)箱基板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明的組合儀實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖3為拉伸法待測(cè)試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖4為彎曲法待測(cè)試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖5為固定套的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 如圖1所示，一種電橋式楊氏模量組合儀，包括有實(shí)驗(yàn)箱基板、組合儀實(shí)驗(yàn)裝置、 待測(cè)試件；實(shí)驗(yàn)箱基板上端排列設(shè)有電源輸出端1、用于調(diào)節(jié)電源電壓輸出值的可調(diào)旋鈕 2、用于顯示電源電壓的數(shù)顯電壓表3、用于測(cè)量電橋電壓輸出值的輸入端和數(shù)顯電壓表4、 拉力值顯不表5、拉力值輸入端口 6,實(shí)驗(yàn)箱基板中部排列設(shè)有電橋框架7、差動(dòng)放大器12、 帶保險(xiǎn)絲的電源底座13,實(shí)驗(yàn)箱基板下端設(shè)有一個(gè)電位器8、三個(gè)定值電阻9、10、11、電位 器調(diào)節(jié)旋鈕17、差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕16、公共接地端15、電源開關(guān)14、副電源開關(guān)18。
[0017] 如圖2、3、4所示，組合儀實(shí)驗(yàn)裝置包括有試驗(yàn)儀底座19,試驗(yàn)儀底座19的中部設(shè) 有渦輪增力裝置24、水準(zhǔn)儀27,試驗(yàn)儀底座19上位于渦輪增力裝置24的兩側(cè)分別設(shè)有一 個(gè)彎曲法測(cè)量楊氏模量的凹型支架25,其中一個(gè)凹型支架25的一側(cè)設(shè)有四個(gè)應(yīng)變片接口 二26,兩凹型支架25的外側(cè)分別設(shè)有靜態(tài)拉伸法測(cè)楊氏模量的支架20,各支架20的上端 共同固定一蓋板34,蓋板34的一側(cè)設(shè)有四個(gè)應(yīng)變片接口一 21，渦輪增力裝置上設(shè)有拉力傳 感器23,試驗(yàn)儀底座19上還設(shè)有四個(gè)應(yīng)變片獨(dú)立輸出端一 28、四個(gè)應(yīng)變片獨(dú)立輸出端二 29 〇
[0018] 待測(cè)試件包括有拉伸法待測(cè)試件22、彎曲法待測(cè)試件31，拉伸法待測(cè)試件22上沿 軸向貼有一列應(yīng)變片，彎曲法待測(cè)試件31的正面和背面對(duì)稱的各貼2個(gè)應(yīng)變片。
[0019] 試驗(yàn)儀底座19的下端面的四個(gè)角上分別設(shè)有一個(gè)調(diào)整螺絲30。
[0020] 還包括有固定套35,固定套35呈框架形，固定套35的上端設(shè)有鎖緊螺絲32、下端 設(shè)有配件接頭33,彎曲法待測(cè)試件31置于固定套35中，鎖緊螺絲32抵在彎曲法待測(cè)試件 31的上端，固定套35卡設(shè)在兩凹型支架25上。
[0021] 對(duì)本發(fā)明裝置的各部件作以下具體描述：
[0022] 1.電源輸出端，使用變壓器和直流穩(wěn)壓模塊將市電轉(zhuǎn)成0-20V可調(diào)電壓；
[0023] 2.可調(diào)旋鈕，調(diào)節(jié)電位器旋鈕，改變電壓輸出值；
[0024] 3.數(shù)顯電壓表，使用高精度數(shù)顯表頭顯示電源電壓輸出值；
[0025] 4.輸入端和數(shù)顯電壓表，使用高精度可測(cè)正負(fù)電壓的直流電壓表；
[0026] 5.拉力值顯不表；
[0027] 6.拉力值輸入端口；
[0028] 7.電橋框架，框架用虛線表示沒(méi)有接電阻元件；
[0029] 8.電位器，使用22ΚΩ多圈電位器，調(diào)節(jié)電橋平衡；
[0030] 9. 10. 11.定值電阻，使用萬(wàn)分之一的高精度350歐姆電阻；
[0031] 12.差動(dòng)放大器，使用INA131芯片對(duì)電橋輸出的微小電壓值放大10000倍；
[0032] 13.帶保險(xiǎn)絲的電源底座，保險(xiǎn)絲有效保護(hù)電路，使用市電給實(shí)驗(yàn)箱供電；
[0033] 14.電源開關(guān)，控制箱體工作電源通斷；
[0034] 15.公共接地端；
[0035] 16.差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕；
[0036] 17.電位器調(diào)節(jié)旋鈕，調(diào)節(jié)電位器使得電橋平衡；
[0037] 18.副電源開關(guān)，主要是給INA131芯片供電；
[0038] 19.試驗(yàn)儀底座，；
[0039] 20.支架，靜態(tài)拉伸法測(cè)楊氏模量的支架；
[0040] 21.應(yīng)變片接口一，拉伸法測(cè)量試件的應(yīng)變片接口；
[0041] 22.拉伸法待測(cè)試件，在試件軸向貼上一列應(yīng)變片；
[0042] 23.拉力傳感器，將試件軸向受力值傳輸給拉力顯不表；
[0043] 24.渦輪増力裝置，對(duì)兩個(gè)待測(cè)試件進(jìn)行施力；
[0044] 25.支架，彎曲法測(cè)量楊氏模量的"凹"型支架；
[0045] 26.應(yīng)變片接口二，彎曲法待測(cè)試件的應(yīng)變片接口；
[0046] 27.水準(zhǔn)儀，調(diào)節(jié)調(diào)整螺絲，使得水準(zhǔn)儀氣泡處于中心位置；
[0047] 28.應(yīng)變片獨(dú)立輸出端一，拉伸法待測(cè)試件的4個(gè)應(yīng)變片獨(dú)立輸出端，為了方便搭 建電橋電路；
[0048] 29.應(yīng)變片獨(dú)立輸出端二，彎曲法待測(cè)試件的4個(gè)應(yīng)變片獨(dú)立輸出端，為了方便搭 建電橋電路；
[0049] 30.調(diào)整螺絲，調(diào)節(jié)螺絲使得試驗(yàn)儀上的支架處于鉛直狀態(tài)；
[0050] 31.彎曲法待測(cè)試件，試件正面和背面對(duì)稱的各貼2個(gè)應(yīng)變片；
[0051] 32.鎖緊螺絲，將彎曲法的待測(cè)試件放在固定套中，鎖緊螺絲鎖緊試件的中心處；
[0052] 33.配件接頭，待測(cè)試件對(duì)稱在"凹"型支架上，通過(guò)配件接頭對(duì)試件施力；
[0053] 34.蓋板；
[0054] 35.固定套。
[0055] 本發(fā)明的原理是：
[0056] 均勻的金屬片長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為S將其上端固定，下端増力，使金屬片受拉力F 的作用而發(fā)生形變?chǔ)?L，根據(jù)胡克定律得： Ζ7 F/S
[0057] Ε^τ--
[0058] Ε稱為楊氏彈性模量，楊氏模量是表征物體（材料）性質(zhì)的一個(gè)參量，與物體的幾 何尺寸以及外力大小無(wú)關(guān)，對(duì)一定材料而言，Ε是一個(gè)常數(shù)，
[0059] 楊氏模量反映了材料抵抗外力引起的拉伸（或壓縮）形變的能力。實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量 出F、S、AL/L值就可以計(jì)算出金屬絲的楊氏模量E。F、S直接可以測(cè)量出，AL/L通過(guò)電橋 電路測(cè)出電阻應(yīng)變片的應(yīng)變量間接測(cè)出。
[0060] 電阻應(yīng)變式力學(xué)量傳感器，是由已粘貼了電阻應(yīng)變敏感組件的彈性組件和變換測(cè) 量電路組成的，被測(cè)的力學(xué)量作用在具有一定形狀的彈性組件上，例如懸臂梁，使之產(chǎn)生形 變，安放在其上的電阻應(yīng)變敏感組件就將該力學(xué)量引起的形變轉(zhuǎn)化為自身電阻值的變化， 再通過(guò)變換測(cè)量電路，將此電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化后輸出，由輸出電壓變化量的 大小可得出該被測(cè)力學(xué)量的大小。目前，使用最多的電阻應(yīng)變敏感組件是金屬或半導(dǎo)體電 阻應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片工作時(shí)，通常其電阻變化是很小的，電橋相應(yīng)的輸出電壓也很小。要 推動(dòng)檢測(cè)或記錄儀器工作，還必須將電橋輸出電壓進(jìn)行放大，為此必須了解Λ RR與電橋輸 出電壓的關(guān)系。例如，使用單臂電橋進(jìn)行測(cè)量：
[0061] 靜態(tài)拉伸狀態(tài)下，楊氏模量為 p 3FcU
[0062] 彎曲狀態(tài)下，楊氏模量為 2ab U()
[0063] F拉伸時(shí)或金屬片中心彎曲所受的力，U電橋的工作電壓，％電橋的輸出電壓，a金 屬片寬度，b金屬片厚度，c應(yīng)變片中點(diǎn)至受力點(diǎn)距離。
【權(quán)利要求】
1. 一種電橋式楊氏模量組合儀，其特征在于：包括有實(shí)驗(yàn)箱基板、組合儀實(shí)驗(yàn)裝置、待 測(cè)試件；所述的實(shí)驗(yàn)箱基板上端排列設(shè)有電源輸出端、用于調(diào)節(jié)電源電壓輸出值的可調(diào)旋 鈕、用于顯示電源電壓的數(shù)顯電壓表、用于測(cè)量電橋電壓輸出值的輸入端和數(shù)顯電壓表、拉 力值顯示表、拉力值輸入端口，實(shí)驗(yàn)箱基板中部排列設(shè)有電橋框架、差動(dòng)放大器、帶保險(xiǎn)絲 的電源底座，實(shí)驗(yàn)箱基板下端設(shè)有一個(gè)電位器、三個(gè)定值電阻、電位器調(diào)節(jié)旋鈕、差動(dòng)放大 器調(diào)零旋鈕、公共接地端、電源開關(guān)、副電源開關(guān)；所述的組合儀實(shí)驗(yàn)裝置包括有試驗(yàn)儀底 座，試驗(yàn)儀底座的中部設(shè)有渦輪增力裝置、水準(zhǔn)儀，試驗(yàn)儀底座上位于渦輪增力裝置的兩側(cè) 分別設(shè)有一個(gè)彎曲法測(cè)量楊氏模量的凹型支架，其中一個(gè)凹型支架的一側(cè)設(shè)有四個(gè)應(yīng)變片 接口二，兩凹型支架的外側(cè)分別設(shè)有靜態(tài)拉伸法測(cè)楊氏模量的支架，各支架的上端共同固 定一蓋板，蓋板的一側(cè)設(shè)有四個(gè)應(yīng)變片接口一，渦輪增力裝置上設(shè)有拉力傳感器，試驗(yàn)儀底 座上還設(shè)有四個(gè)應(yīng)變片獨(dú)立輸出端一、四個(gè)應(yīng)變片獨(dú)立輸出端二；所述的待測(cè)試件包括有 拉伸法待測(cè)試件、彎曲法待測(cè)試件，拉伸法待測(cè)試件上沿軸向貼有一列應(yīng)變片，彎曲法待測(cè) 試件的正面和背面對(duì)稱的各貼2個(gè)應(yīng)變片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電橋式楊氏模量組合儀，其特征在于：所述的試驗(yàn)儀底 座的下端面的四個(gè)角上分別設(shè)有一個(gè)調(diào)整螺絲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電橋式楊氏模量組合儀，其特征在于：還包括有固定套， 固定套呈框架形，固定套的上端設(shè)有鎖緊螺絲、下端設(shè)有配件接頭，彎曲法待測(cè)試件置于固 定套中，鎖緊螺絲抵在彎曲法待測(cè)試件的上端，固定套卡設(shè)在兩凹型支架上。
【文檔編號(hào)】G09B23/10GK104299483SQ201410515604
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】劉家菊, 洪煒寧, 周愛(ài)毓, 周宗立, 葉劍, 李楊, 周易, 徐家陽(yáng), 陳芳怡 申請(qǐng)人:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)