一種電橋式楊氏模量組合儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電橋式楊氏模量組合儀，包括有實驗箱基板、組合儀實驗裝置、待測試件；實驗箱基板上設(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、差動放大器、帶保險絲的電源底座、電位器、三個定值電阻、電位器調(diào)節(jié)旋鈕、差動放大器調(diào)零旋鈕、公共接地端、電源開關(guān)、副電源開關(guān)；組合儀實驗裝置包括有試驗儀底座、渦輪增力裝置、水準(zhǔn)儀、彎曲法測量楊氏模量的凹型支架、靜態(tài)拉伸法測楊氏模量的支架；待測試件包括有拉伸法待測試件、彎曲法待測試件。本實用新型用電橋電路測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。
【專利說明】-種電橋式楊氏模量組合儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型主要涉及大學(xué)物理實驗裝置領(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)形變不超過某一限度時，撤走 外力之后，形變能夠隨之消失，該種形變稱之為"彈性型變"。發(fā)生彈性形變時，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（即相對形變）之比為一常數(shù)，稱 為彈性模量巧Iastic Mo化Ius)。條形物體（如金屬片）沿縱向的彈性模量稱為楊氏模量 (Young' S Mo化Ius)。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)。測量楊氏模量有拉伸法、 梁的彎曲法、振動法、內(nèi)耗法等等。
[0003] 本裝置用靜態(tài)拉伸法和彎曲法測量楊氏模量，研究拉伸正應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān) 系。長度的微小變化量，不易被一般測量長度的工具測準(zhǔn)，有時甚至是很困難的。故在待測 的金屬片上貼電阻應(yīng)變片，運用電橋電路，測電阻應(yīng)變片應(yīng)變量，得知金屬片變化的微小長 度，計算出金屬片楊氏模量。為了減小計算的工作量，開發(fā)一款"綠色"軟件，將測量的數(shù)據(jù) 輸入軟件，系統(tǒng)自動算出應(yīng)變片電阻相對變化A RR、應(yīng)變量A L/L和待測金屬楊氏模量。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型目的就是為了彌補(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、全橋電路測金屬片拉伸和彎曲狀 態(tài)下的楊氏模量的裝置。
[0005] 本實用新型是通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0006] 一種電橋式楊氏模量組合儀，其特征在于：包括有實驗箱基板、組合儀實驗裝置、 待測試件；所述的實驗箱基板上端排列設(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，實驗箱基板中部排列設(shè)有電橋框架、差動放大器、帶保險 絲的電源底座，實驗箱基板下端設(shè)有一個電位器、H個定值電阻、電位器調(diào)節(jié)旋鈕、差動放 大器調(diào)零旋鈕、公共接地端、電源開關(guān)、副電源開關(guān)；所述的組合儀實驗裝置包括有試驗儀 底座，試驗儀底座的中部設(shè)有潤輪增力裝置、水準(zhǔn)儀，試驗儀底座上位于潤輪增力裝置的兩 側(cè)分別設(shè)有一個彎曲法測量楊氏模量的凹型支架，其中一個凹型支架的一側(cè)設(shè)有四個應(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)有四個應(yīng)變片接口一，潤輪增力裝置上設(shè)有拉力傳感器，試驗儀 底座上還設(shè)有四個應(yīng)變片獨立輸出端一、四個應(yīng)變片獨立輸出端二；所述的待測試件包括 有拉伸法待測試件、彎曲法待測試件，拉伸法待測試件上沿軸向貼有一列應(yīng)變片，彎曲法待 測試件的正面和背面對稱的各貼2個應(yīng)變片。
[0007] 所述的一種電橋式楊氏模量組合儀，其特征在于：所述的試驗儀底座的下端面的 四個角上分別設(shè)有一個調(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，彎曲法待測試件置于固定套中，鎖緊 螺絲抵在彎曲法待測試件的上端，固定套卡設(shè)在兩凹型支架上。
[0009] 本實用新型的優(yōu)點是：
[0010] 本實用新型用電橋電路測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】

【附圖說明】
[0011] 圖1為本實用新型的實驗箱基板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖2為本實用新型的組合儀實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖3為拉伸法待測試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖4為彎曲法待測試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖5為固定套的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[001引如圖1所示，一種電橋式楊氏模量組合化包括有實驗箱基板、組合儀實驗裝置、 待測試件；實驗箱基板上端排列設(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、用于測量電橋電壓輸出值的輸入端和數(shù)顯電壓表4、 拉力值顯示表5、拉力值輸入端口 6,實驗箱基板中部排列設(shè)有電橋框架7、差動放大器12、 帶保險絲的電源底座13,實驗箱基板下端設(shè)有一個電位器8、H個定值電阻9、10、11、電位 器調(diào)節(jié)旋鈕17、差動放大器調(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，組合儀實驗裝置包括有試驗儀底座19,試驗儀底座19的中部設(shè) 有潤輪增力裝置24、水準(zhǔn)儀27,試驗儀底座19上位于潤輪增力裝置24的兩側(cè)分別設(shè)有一 個彎曲法測量楊氏模量的凹型支架25,其中一個凹型支架25的一側(cè)設(shè)有四個應(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)有四個應(yīng)變片接口一 21，潤輪增力裝置上設(shè)有拉力傳 感器23,試驗儀底座19上還設(shè)有四個應(yīng)變片獨立輸出端一 28、四個應(yīng)變片獨立輸出端二 29 O
[0018] 待測試件包括有拉伸法待測試件22、彎曲法待測試件31，拉伸法待測試件22上沿 軸向貼有一列應(yīng)變片，彎曲法待測試件31的正面和背面對稱的各貼2個應(yīng)變片。
[0019] 試驗儀底座19的下端面的四個角上分別設(shè)有一個調(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,彎曲法待測試件31置于固定套35中，鎖緊螺絲32抵在彎曲法待測試件 31的上端，固定套35卡設(shè)在兩凹型支架25上。
[0021] 對本實用新型裝置的各部件作W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；
[002引 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，使用高精度可測正負(fù)電壓的直流電壓表；
[0026] 5.拉力值顯示表；
[0027] 6.拉力值輸入端口；
[0028] 7.電橋框架，框架用虛線表示沒有接電阻元件；
[002引 8.電位器，使用22KQ多圈電位器，調(diào)節(jié)電橋平衡；
[0030] 9. 10. 11.定值電阻，使用萬分之一的高精度350歐姆電阻；
[0031] 12.差動放大器，使用INA131芯片對電橋輸出的微小電壓值放大10000倍；
[0032] 13.帶保險絲的電源底座，保險絲有效保護(hù)電路，使用市電給實驗箱供電；
[003引14.電源開關(guān)，控制箱體工作電源通斷；
[0034] 15.公共接地端；
[00巧]16.差動放大器調(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；
[00測 19.試驗儀底座，；
[003引 20.支架，靜態(tài)拉伸法測楊氏模量的支架；
[0040] 21.應(yīng)變片接口一，拉伸法測量試件的應(yīng)變片接口；
[0041] 22.拉伸法待測試件，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示表；
[0043] 24.潤輪増力裝置，對兩個待測試件進(jìn)行施力；
[0044] 25.支架，彎曲法測量楊氏模量的"凹"型支架；
[0045] 26.應(yīng)變片接口二，彎曲法待測試件的應(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)儀氣泡處于中也位置；
[0047] 28.應(yīng)變片獨立輸出端一，拉伸法待測試件的4個應(yīng)變片獨立輸出端，為了方便搭 建電橋電路；
[004引 29.應(yīng)變片獨立輸出端二彎曲法待測試件的4個應(yīng)變片獨立輸出端，為了方便搭 建電橋電路；
[0049] 30.調(diào)整螺絲，調(diào)節(jié)螺絲使得試驗儀上的支架處于鉛直狀態(tài)；
[0050] 31.彎曲法待測試件，試件正面和背面對稱的各貼2個應(yīng)變片；
[0051] 32.鎖緊螺絲，將彎曲法的待測試件放在固定套中，鎖緊螺絲鎖緊試件的中也處；
[0052] 33.配件接頭，待測試件對稱在"凹"型支架上，通過配件接頭對試件施力；
[005引 34.蓋板；
[0054] 35.固定套。
[00巧]本實用新型的原理是：
[0056] 均勻的金屬片長度為L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AL根據(jù)胡克定律得： r 1 口 F !S
[0057] E =- AL/L
[0058] E稱為楊氏彈性模量，楊氏模量是表征物體（材料）性質(zhì)的一個參量，與物體的幾 何尺寸W及外力大小無關(guān)，對一定材料而言，E是一個常數(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。實驗中，測量 出F、S、A L/L值就可W計算出金屬絲的楊氏模量E。F、S直接可W測量出，A L/L通過電 橋電路測出電阻應(yīng)變片的應(yīng)變量間接測出。
[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 量電路組成的，被測的力學(xué)量作用在具有一定形狀的彈性組件上，例如息臂梁，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， 再通過變換測量電路，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，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 推動檢測或記錄儀器工作，還必須將電橋輸出電壓進(jìn)行放大，為此必須了解A RR與電橋輸 出電壓的關(guān)系。例如，使用單臂電橋進(jìn)行測量：
[0061] 靜態(tài)拉伸狀態(tài)下，楊氏模量為
[0062] 彎曲狀態(tài)下，楊氏模量為
[0063] F拉伸時或金屬片中也彎曲所受的力，U電橋的工作電壓，U。電橋的輸出電壓，a金 屬片寬度，b金屬片厚度，C應(yīng)變片中點至受力點距離。
【權(quán)利要求】
1. 一種電橋式楊氏模量組合儀，其特征在于：包括有實驗箱基板、組合儀實驗裝置、待 測試件；所述的實驗箱基板上端排列設(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，實驗箱基板中部排列設(shè)有電橋框架、差動放大器、帶保險絲 的電源底座，實驗箱基板下端設(shè)有一個電位器、三個定值電阻、電位器調(diào)節(jié)旋鈕、差動放大 器調(diào)零旋鈕、公共接地端、電源開關(guān)、副電源開關(guān)；所述的組合儀實驗裝置包括有試驗儀底 座，試驗儀底座的中部設(shè)有渦輪增力裝置、水準(zhǔn)儀，試驗儀底座上位于渦輪增力裝置的兩側(cè) 分別設(shè)有一個彎曲法測量楊氏模量的凹型支架，其中一個凹型支架的一側(cè)設(shè)有四個應(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)有四個應(yīng)變片接口一，渦輪增力裝置上設(shè)有拉力傳感器，試驗儀底 座上還設(shè)有四個應(yīng)變片獨立輸出端一、四個應(yīng)變片獨立輸出端二；所述的待測試件包括有 拉伸法待測試件、彎曲法待測試件，拉伸法待測試件上沿軸向貼有一列應(yīng)變片，彎曲法待測 試件的正面和背面對稱的各貼2個應(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：所述的試驗儀底 座的下端面的四個角上分別設(shè)有一個調(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，彎曲法待測試件置于固 定套中，鎖緊螺絲抵在彎曲法待測試件的上端，固定套卡設(shè)在兩凹型支架上。
【文檔編號】G09B23/10GK204155503SQ201420570467
【公開日】2015年2月11日 申請日期: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, 周愛毓, 周宗立, 葉劍, 李楊, 周易, 徐家陽, 陳芳怡 申請人:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)