微小形变量的几种测量方法讨论.pdf

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1、南宁师范高等专科学校学报2009年第3期JOURNALOFNANNINGTEACHERSCOLLEGE第26卷(总第66期)自然科学研究微小形变量的几种测量方法讨论李凡生（广西民族师范学院物理与信息技术系，广西龙州532420）摘要：在杨氏模量、金属线胀系数实验中，微小形变量的测量是关键环节。实验中常用光杠杆放大法测量微小形变量，这种方法操作难度大，测量结果精度不高。对微小形变量的测量方法拓展进行讨论，给出它们的实验原理、优缺点和适用范围。关键词：微小形变量；杨氏模量；线胀系数；测量方法中图分类号：O436文献标识码：A文章编号：1008-696X(2009)03-0123-03

2、在杨氏模量、金属线胀系数测定实验中，最关键、最难操作的是材料因受力或受热后的微小形变量的测量。常用测量仪器对微小形变量一般难以测准，很多实验中用光杠杆和望远镜标尺组合来对其测量。［1］205-208一、传统方法———光杠杆放大法(一)光杠杆放大原理图1金属线膨胀系数测定仪图2光杆放大原理图光杠杆放大法是测量微小形变量的传统方法，(二)光杠杆放大法的优缺点以金属线胀系数测定实验为例，介绍其测量原理。光杠杆放大法的优点是可以实现非接触式的图1为金属线膨胀系数测定仪外形图。待测放大测量，且直观、精度高，所以常被采用。不足之金属棒直立在仪器的金属圆筒中，光杠杆的后足处是尺读望远镜和光杠杠

3、的调节较为烦琐，实验尖至于金属棒的上顶端，两前足置于固定平台的中经常花费大量的时间在调节上。凹槽中。当金属棒温度升高Δt时，则光杠杆后脚二、拓展的新方法尖升高ΔL，使光杠杆偏转一角度θ，若光杠杆两前脚尖距离为h，因θ较小，可有：笔者针对光杠杆放大法测量微小形变量的不ΔL足，总结出了五种补充和完善微小形变量的测量tanθ=(1)h方法，下面分别予以介绍。设在温度t1时，通过望远镜及光杠杆的平面(一)千分尺法［2］镜，看到标尺上的刻度d1恰好与目镜中十字叉丝通过对千分尺进行适当改装，直接对微小形横线重合。当温度升到t2时，与叉丝横线重合的是变量进行测量。文献［2］中标尺上的刻度d2，

4、则Δd=d2-d1。D是光杠杆镜的作者对杨氏模量实验面到标尺的水平距离，h为光杠杆后足尖到两前足装置进行改装，利用千分尖联线的垂直距离。从图2中可得：尺对微小形变量进行测Δdtan2θ=（2）量。方法如下：D如图3所示，水平平1．钢丝；2．水平平台；3．反射镜；4．当θ角很小时，有：台的一端用固定于钢丝氦一氖激光器；5．单孔光屏；6．螺tan2θ=2tanθ（3）旋测微器；7．螺旋测微器固定螺夹上的刀口支撑起来，并即，所以有：丝8固定平台；9．钢丝夹；10．砝码可随钢丝长度的变化上图3千分尺法实验装置图ΔdΔL=2（4）下移动；另一端用螺旋测微器的测量杆支撑起来，Dh收稿日期：2

5、009-04-16作者简介：李凡生（1974-），男，广西武鸣县人，广西民族师范学院物理与信息技术系讲师，主要研究方向为物理实验教学、光电图像处理。·123·李凡生微小形变量的几种测量方法讨论螺旋测微器用固定螺丝固定于固定平台上，用螺小位移的可视度。用摄像头跟踪被测标尺，能较好旋测微器可以调整该端的高低。在水平平台上，铅消除目测带来的视读误差，减轻了眼睛疲劳。该系直放置反射镜，激光器通过光屏中心的小孔射出统原理简单，操作方便，能提高测量的准确度，适激光束，经反射镜反射回来的激光束在光屏上形合在学校实验室推广使用。可预计，显微放大法在成光斑，根据光斑中心与小孔的中心是否重合，来机械

6、加工、测绘和监视微小位移变化等领域有广判定水平平台是否水平。如果初始水平平台是水大的应用前景。平状态，当增加或减少砝码后钢丝的长度发生变［6］(四)传感器法化，水平平台不再水平，此时，调整螺旋测微器的传感器法的测量原理，通过传感器把被测非测量杆可使其重新达到水平状态，从螺旋测微器电学量变化为与其成一定比例关系的电学量。常刻度的变化即可得出钢丝长度的变化。用的传感器有：应变电阻传感器、电感传感器、电(［3］二)千分表法容传感器、热电传感器和霍耳传感器等。以霍耳位千分表法是将千分表的测微端与被测物体的置传感器测微小形变量为例进行讨论。顶端相接触（如图4所示），使霍耳位置传感器是利用磁

7、铁和集成霍耳元件千分表有一定的读数并将其固间位置变化输出信号（霍耳电压U）来测量微小位定，当被测物体发生微小形变移。当通过半导体薄块的电流恒定时，霍耳电压U时，千分表的读数也随之发生和半导体薄块所处的磁感应强度B成正比。实验变化，千分表前后读数差就时把两块永久磁铁相同极性相对放置，把霍耳位是所测微小形变的值。置传感器安装在金属杠杆的一端，并置于磁场中千分尺法和千分表法可（如图6所示），以对微小形变量直接测量，1．千分表；2．被测铜管；3．金属杠杆另一端很好地解决了测量过程中电压调