金属线胀系数测量装置

1.本实用新型属于测量装置技术领域，具体涉及金属线胀系数测量装置。


背景技术：

2.绝大多数物质都具有“热胀冷缩”的特性，这是由于其内部分子热运动加剧或减弱造成的。金属材料是日常生活中常见的材料，在生活中都具有重要的作用。对金属材料的线胀系数进行测算和分析，是实现精准应用的基础，日常生活中高压电线铺设、铁轨对接与桥梁对接时留有的伸缩缝都是金属材料的热膨胀特性在实际应用中的体现；
3.公开号为：cn211718169u的中国专利公开了一种金属线膨胀系数测量仪，包括主机箱和底座，所述底座上方设置有挡板、用于支撑待测中空金属棒的立柱和支架，所述支架上方设置有挡光片和千分表，所述挡光片与所述支架活动连接，所述立柱位于所述挡板和所述千分表之间，所述挡板靠近所述立柱一侧设置有距离测量装置，所述待测中空金属棒一端与所述水箱连通，另一端与所述水泵连通，所述水泵的另一端与所述水箱连通。通过距离测量装置准确测量出某初始温度下金属棒的长度作为金属棒的原长，有效解决金属棒原长引起的测量误差。本实用新型设计合理，使用非常方便，提高测量的准确性，减小测量误差
4.上述专利测量金属线胀系数使用的是千分表法，无法保证温度场的均匀性，精度高的千分表价格十分昂贵，成本高，且存在人工读数误差较大的现象。


技术实现要素：

5.针对上述背景技术所提出的问题，本实用新型的目的是：旨在提供金属线胀系数测量装置。
6.为实现上述技术目的，本实用新型采用的技术方案如下：
7.金属线胀系数测量装置，包括底座，所述底座的一侧设有手机支架，所述手机支架的顶部安装有手机，所述底座的顶部一端安装有坐标纸，所述底座的顶部两侧安装有支撑座，两侧所述支撑座顶部安装有pvc管，所述pvc管内安装有陶瓷管，所述陶瓷管内设有金属棒，所述金属棒表面设有电阻加热丝，所述底座安装有热电偶温度计，所述热电偶温度计连接有热电偶探头，所述热电偶探头安装在陶瓷管内，所述底座在pvc管的一侧设有激光测距架，所述激光测距架顶部安装有激光器，所述激光测距架的底部两侧滑动连接有支撑板，所述底座的顶部另一端安装有平面镜。
8.进一步限定，两侧所述支撑板均设有导向槽，其中一侧所述导向槽内安装有丝杆，另一侧所述导向槽内安装有导向杆，所述丝杆的两侧连接有轴承，所述丝杆连接有螺母，所述螺母连接有螺母安装座，所述螺母安装座安装在激光测距架的一侧，所述导向杆连接有导向套，所述导向套安装在激光测距架的另一侧，所述丝杆顶部连接有联轴器，所述联轴器连接有旋转盘。这样的结构设计便于调节激光测距架的高度。
9.进一步限定，所述金属棒的一侧连接有堵头，所述金属棒的另一侧连接有隔热棉。
这样的结构设计便于安装金属棒。
10.进一步限定，所述底座设有插槽，所述插槽内安装有插座，所述坐标纸的底部固定安装在插座内。这样的结构设计便于安装坐标纸。
11.进一步限定，所述手机支架为伸缩调节式手机支架。这样的结构设计便于调节手机的安装高度。
12.本实用新型的有益效果为：本实用新型通过加热均匀缠绕的发热丝进行加热，保证了金属棒受热的均匀性；装有隔热棉，加热更快，保温效果更好，提高了实验过程中升温过程的速率；将智能设备如智能手机、电脑等引入实验中，提高了实验精确度，本实用新型结构简单，便于操作使用，并且成本底，便于推广。
附图说明
13.本实用新型可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
14.图1为本实用新型实施例金属线胀系数测量装置的结构示意图；
15.图2为本实用新型实施例金属线胀系数测量装置的剖面结构示意图；
16.图3为本实用新型实施例金属线胀系数测量装置的支撑板剖面结构示意图；
17.主要元件符号说明如下：
18.底座1、手机支架2、手机3、坐标纸4、支撑座5、pvc管6、陶瓷管7、金属棒8、电阻加热丝9、热电偶温度计10、热电偶探头11、激光测距架12、激光器13、支撑板14、平面镜15、导向槽16、丝杆17、导向杆18、轴承19、螺母20、螺母安装座21、导向套22、联轴器23、旋转盘24、堵头25、隔热棉26、插座27。
具体实施方式
19.为了使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型技术方案进一步说明。
20.如图1-3所示，本实用新型的金属线胀系数测量装置，底座1的一侧设有手机支架2，手机支架2的顶部安装有手机3，底座1的顶部一端安装有坐标纸4，底座1的顶部两侧安装有支撑座5，两侧支撑座5顶部安装有pvc管6，pvc管6内安装有陶瓷管7，陶瓷管7内设有金属棒8，金属棒8表面设有电阻加热丝9，底座1安装有热电偶温度计10，热电偶温度计10连接有热电偶探头11，热电偶探头11安装在陶瓷管7内，底座1在pvc管6的一侧设有激光测距架12，激光测距架12顶部安装有激光器13，激光测距架12的底部两侧滑动连接有支撑板14，底座1的顶部另一端安装有平面镜15。
21.本实施例中，金属棒8设有不同的种类，通过电阻加热丝9对不同种类的金属棒8进行加热，激光器13放置在激光测距架12上，金属棒8膨胀后会推动激光测距架12旋转，使激光器13近似同一个点在平面镜15上以不同角度反射，反射光打到坐标纸4上，通过手机3录像将光斑位移记录下来，将视频上传至电脑，利用tracker软件分析得出光点位置的变化。
22.其具体步骤为：
23.1、测量金属棒8的长度l；
24.2、将金属棒8放入陶瓷管7内；
25.3、将热电偶探头11放入陶瓷管7内；
26.4、通过堵头25与隔热棉26闭合陶瓷管7；
27.5、将激光测距架12放在金属棒8前面，并使其发生接触；
28.6、测量平面镜15到坐标纸4、激光器13到平面镜15和激光器13到金属棒8的距离；
29.7、激光器13连接电源，调整平面镜15使反射光打至坐标纸4的中央；
30.8、将电阻加热丝9和热电偶温度计10接通电源，使其正常工作；
31.9、手机录像记录光斑位置的变化，加热到设定温度时，停止加热，手机完成录制；
32.10、将视频导入软件tracker中，得出光斑的位移量；
33.11、将上述测量值代入公式求出线胀系数；
34.12、按照上述步骤，多次测量。
35.固体的长度一般随温度的升高增加，称为线膨胀。在一定温度范围内，设金属棒在t0(℃)时的长度为l0，当其温度上升到t(℃)时，它的长度l
t
可由下式表示：
36.l
t
＝l0[1+α(t-t0)]
[0037]
式中，α为该金属的线膨胀系数(简称线胀系数)将上式改写成：
[0038][0038][0039]
联立可得出金属线胀系数
[0040][0041]
数据记录：
[0042]
数据1.铜棒线胀系数的测量
[0043]
表1黄铜线胀系数的测量
[0044][0045]
(其中用卷尺测得黄铜管的长度l＝1.0000m)数据2.铝棒金属线胀系数的测量
[0046]
表2铝棒金属线胀系数的测量
[0047][0048]
(其中用卷尺测得铝棒的长度l＝1.0000m)八、数据处理
[0049]
数据处理1.铜棒线胀系数的测量
[0050]
表1(a)黄铜温度的测量
[0051][0052]
表1(b)伸长量的测量
[0053]
δx3.12.62.42.62.7δl0.0850.0710.0660.0710.074
[0054]
将上述测量值代入公式求得线胀系数α
[0055][0056]
表1(c)黄铜线胀系数的测量
[0057]
α1.54
×
10-5
1.59
×
10-5
1.54
×
10-5
1.55
×
10-5
1.62
×
10-5
[0058]
数据处理2.铝棒金属线胀系数的测量
[0059]
表2(a)铝棒温度的测量
[0060][0061]
表2(b)伸长量的测量
[0062]
δx3.83.73.43.93.5δl0.1040.1010.0930.1060.095
[0063]
表2(c)铝棒的线胀系数
[0064]
α2.48
×
10-5
2.50
×
10-5
2.27
×
10-5
2.42
×
10-5
2.30
×
10-5
[0065]
九、实验误差分析
[0066]
误差分析1.黄铜线胀系数误差分析
[0067]
表1铜棒线胀系数绝对误差和相对误差对比
[0068][0069]
铜棒的线胀系数理论值为1.7
×
10-5
[0070]
误差分析2.铝棒的线胀系数误差分析
[0071]
表2铝棒线胀系数绝对误差相对误差对比
[0072][0073]
铝棒的线胀系数理论值为2.36
×
10-5
[0074][0075]
两种金属材料测量的相对误差
[0076]
误差分析结果：
[0077]
1、实验环境产生较大振动时，导致激光器发生抖动，光斑位移发生改变产生误差2、用手机录像时手机没有与坐标纸水平，使镜像扭曲导致软件读数产生误差；
[0078]
3、激光与平面镜不垂直，产生的夹角改变，使得金属伸长量测定产生误差。
[0079]
结论：
[0080]
该实验仪器装置可作为普通高校线胀系数实验测量仪器使用。与旧装置相比，该装置通过加热均匀缠绕的发热丝进行加热，更保证了受热的均匀性；装有隔热棉，加热更快，保温效果更好，提高了实验过程中升温过程的速率；利用电风扇降温，降温速度快，有利于下一组实验的进行，且在培养学生实验操作以及动手能力的同时，将智能设备如智能手机、电脑等引入实验中，使测量精度也有较大的提高。
[0081]
优选两侧支撑板14均设有导向槽16，其中一侧导向槽16内安装有丝杆17，另一侧导向槽16内安装有导向杆18，丝杆17的两侧连接有轴承19，丝杆17连接有螺母20，螺母20连接有螺母安装座21，螺母安装座21安装在激光测距架12的一侧，导向杆18连接有导向套22，导向套22安装在激光测距架12的另一侧，丝杆17顶部连接有联轴器23，联轴器23连接有旋转盘24。这样的结构设计便于调节激光测距架12的高度。实际上，也可以根据具体情况考虑使用激光测距架12其它的高度调节结构形状。
[0082]
优选金属棒8的一侧连接有堵头25，金属棒8的另一侧连接有隔热棉26。这样的结构设计便于安装金属棒8。实际上，也可以根据具体情况考虑使用金属棒8其它的结构形状。
[0083]
优选底座1设有插槽，插槽内安装有插座27，坐标纸4的底部固定安装在插座27内。这样的结构设计便于安装坐标纸4。实际上，也可以根据具体情况考虑使用坐标纸4其它的安装结构形状。
[0084]
优选手机支架2为伸缩调节式手机支架。这样的结构设计便于调节手机3的安装高度。实际上，也可以根据具体情况考虑使用手机支架2其它的结构形状。
[0085]
上述实施例仅示例性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.金属线胀系数测量装置，其特征在于：包括底座(1)，所述底座(1)的一侧设有手机支架(2)，所述手机支架(2)的顶部安装有手机(3)，所述底座(1)的顶部一端安装有坐标纸(4)，所述底座(1)的顶部两侧安装有支撑座(5)，两侧所述支撑座(5)顶部安装有pvc管(6)，所述pvc管(6)内安装有陶瓷管(7)，所述陶瓷管(7)内设有金属棒(8)，所述金属棒(8)表面设有电阻加热丝(9)，所述底座(1)安装有热电偶温度计(10)，所述热电偶温度计(10)连接有热电偶探头(11)，所述热电偶探头(11)安装在陶瓷管(7)内，所述底座(1)在pvc管(6)的一侧设有激光测距架(12)，所述激光测距架(12)顶部安装有激光器(13)，所述激光测距架(12)的底部两侧滑动连接有支撑板(14)，所述底座(1)的顶部另一端安装有平面镜(15)。2.根据权利要求1所述的金属线胀系数测量装置，其特征在于：两侧所述支撑板(14)均设有导向槽(16)，其中一侧所述导向槽(16)内安装有丝杆(17)，另一侧所述导向槽(16)内安装有导向杆(18)，所述丝杆(17)的两侧连接有轴承(19)，所述丝杆(17)连接有螺母(20)，所述螺母(20)连接有螺母安装座(21)，所述螺母安装座(21)安装在激光测距架(12)的一侧，所述导向杆(18)连接有导向套(22)，所述导向套(22)安装在激光测距架(12)的另一侧，所述丝杆(17)顶部连接有联轴器(23)，所述联轴器(23)连接有旋转盘(24)。3.根据权利要求2所述的金属线胀系数测量装置，其特征在于：所述金属棒(8)的一侧连接有堵头(25)，所述金属棒(8)的另一侧连接有隔热棉(26)。4.根据权利要求3所述的金属线胀系数测量装置，其特征在于：所述底座(1)设有插槽，所述插槽内安装有插座(27)，所述坐标纸(4)的底部固定安装在插座(27)内。5.根据权利要求4所述的金属线胀系数测量装置，其特征在于：所述手机支架(2)为伸缩调节式手机支架。

技术总结
本实用新型公开了金属线胀系数测量装置，包括底座，底座的一侧设有手机支架，手机支架的顶部安装有手机，底座的顶部一端安装有坐标纸，底座的顶部两侧安装有支撑座，两侧支撑座顶部安装有PVC管，PVC管内安装有陶瓷管，陶瓷管内设有金属棒，金属棒表面设有电阻加热丝，底座安装有热电偶温度计，热电偶温度计连接有热电偶探头，热电偶探头安装在陶瓷管内，底座在PVC管的一侧设有激光测距架，激光测距架顶部安装有激光器，激光测距架的底部两侧滑动连接有支撑板，底座的顶部另一端安装有平面镜。底座的顶部另一端安装有平面镜。底座的顶部另一端安装有平面镜。


技术研发人员：邵震杰 张琳琳 焦昱钦
受保护的技术使用者：重庆工程学院
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/7/20