一种金属线膨胀系数的测量装置

技术领域

本发明涉及测量仪器领域，具体涉及一种金属线膨胀系数的测量装置。

背景技术

在相同条件下，不同材料线膨胀的程度各不相同，我们用线膨胀系数来表示材料的这种性质和差别。测定材料的线膨胀系数，实际上归结为测量在某一温度范围内材料的微小伸长量。实验表明，在一定温度范围内，原长度为L的固体受热后，其相对伸长量ΔL/L正比与温度的变化量，即：

αΔT＝ΔL/L (1)

式中，α称为固体的线膨胀系数。不同材料具有不同的线膨胀系数，一般情况下，在温度变化不大的范围内，对于一种确定的固体材料，可认为线膨胀系数是一个具有确定值的常数。

对于杆状或棒状的固体材料由式(1)可知，在温度变化ΔT时，测出材料长度变化的增量ΔL，则该材料在温度变化区域内的线膨胀系数为

α＝(ΔL/ΔT)*K(2)

其中k＝1/L为常数。

由公式(2)知，线膨胀系数α的测量，其实是对金属丝加热测得金属杆的伸长量ΔL和温度的变化量ΔT的比值。

因此，金属线膨胀系数难以测量，进而本发明提供一种测得金属线膨胀系数的测量装置。

发明内容

针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种金属线膨胀系数的测量装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种金属线膨胀系数的测量装置，包括计算机、PASCO科学工作站、导轨底盘、对称设置在所述导轨底盘上的第一固定支架和第二固定支架，所述第一固定支架上设置有LVDT位移传感器，所述第二固定支架上设置有金属加热器，所述金属加热器外侧套设有温度传感器，所述LVDT位移传感器与所述金属加热器位于同一水平线上，所述位移传感器与所述金属加热器均与所述PASCO科学工作站相连，所述PASCO科学工作站与所述计算机相连，其中，所述计算机包括PASCO Capstone软件。

在一个实施方式中，所述LVDT位移传感器包括探头、LVDT位移传感器外壳、橡胶套，其中，所述探头设置在所述LVDT位移传感器外壳一端，所述橡胶套套设在所述探头的一端。

在一个实施方式中，所述金属加热器内置待加热金属杆。

在一个实施方式中，所述第一固定支架上设置有固定所述LVDT位移传感器的传感器固定旋钮。

在一个实施方式中，所述第二固定支架上设置有固定所述金属加热器的加热器固定旋钮。

在一个实施方式中，所述第一固定支架和所述第二固定支架上均设置有将所述第一固定支架和所述第二固定支架固定在所述导轨底盘上的支架固定旋钮。

在一个实施方式中，所述金属加热器的一端设置有金属杆固定旋钮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是:

1、传统实验测量金属线膨胀系数是用转动传感器，转动传感器检测精度不高，还要进行二次计算才能测得金属杆的伸长量，本发明采用LVDT位移传感器精度高，误差小，直接得到金属杆伸长量，同时利用金属加热器对金属杆加热，相对传统水蒸气加热，温度可控性更高，操作更加简便。

2、本发明同时将温度传感器和LVDT位移传感器结合在PASCO科学工作站上，通过PASCO Capstone软件直接得到金属线膨胀系数的数值和进行误差分析，数据更加直观可视，还可以多次实验，取得平均值或者最优值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明LVDT位移传感器结构示意图。

图中：1-带导轨底盘；2-固定支架；3-LVDT位移传感器；4-金属加热器；5-支架固定旋钮；6-传感器固定旋钮；7-加热器固定旋钮；8-温度传感器；9-金属杆固定旋钮；10-LVDT位移传感器外壳；11-探头；12-橡胶套。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特征细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

本发明提供一种金属线膨胀系数的测量装置。

如图1-2所示，一种金属线膨胀系数的测量装置，包括计算机、PASCO科学工作站、导轨底盘1、对称设置在所述导轨底盘1上的第一固定支架和第二固定支架，所述第一固定支架上设置有LVDT位移传感器3，所述第二固定支架上设置有金属加热器4，所述金属加热器4内置待加热金属杆，所述金属加热器4外侧套设有温度传感器8，所述LVDT位移传感器3与所述金属加热器4位于同一水平线上，所述位移传感器3与所述金属加热器4均与所述PASCO科学工作站相连，所述PASCO科学工作站与所述计算机相连，其中，所述计算机包括PASCO Capstone软件；所述LVDT位移传感器3包括探头11、LVDT位移传感器外壳10、橡胶套12，其中，所述探头11设置在所述LVDT位移传感器外壳10一端，所述橡胶套12套设在所述探头11的一端，从而金属加热器4内置的待加热金属通过金属加热器4加热温度变化使金属发生膨胀，进而与LVDT位移传感器3的探头相接，从而带动探头发生微小位移，并通过LVDT位移传感器3与温度传感器与与所述PASCO科学工作站相连，然后通过计算机中PASCOCapstone软件进行数据记录和处理，即可得到金属线膨胀系数的实验结果。

进一步地，所述第一固定支架上设置有固定所述LVDT位移传感器3的传感器固定旋钮6，所述第二固定支架上设置有固定所述金属加热器4的加热器固定旋钮7，其中，第一固定支架和第二固定支架上均开设有插孔，具体地，传感器固定旋钮6和加热器固定旋钮7分别位于第一固定支架和第二固定支架上端，进而将LVDT位移传感器3放在第一固定支架插孔中，将金属加热器4放在第二固定支架2插孔中，分别旋紧传感器固定旋钮6与加热器固定旋钮7，以确保LVDT位移传感器3、金属加热器4与第一固定支架和第二固定支架之间不发生相对位移。

进一步地，所述第一固定支架和所述第二固定支架上均设置有将所述第一固定支架和所述第二固定支架固定在所述导轨底盘1上的支架固定旋钮5，具体地，支架固定旋钮5位于所述第一固定支架和所述第二固定支架两侧底脚，固定好LVDT笔式电位传感器3与金属加热器4后，确定好所述第一固定支架和所述第二固定支架之间的距离，使传感器探头9刚好与金属加热器4中待测金属一端相接触，旋紧传感器固定旋钮6和加热器固定旋钮7，使所述第一固定支架和所述第二固定支架与带导轨底盘1之间不发生相对位移。

进一步地，所示传感器8的一端为金属托具，金属托具在待测金属杆下方并与待测金属杆相连接，另一端连接PASCO工作站。

进一步地，所述金属加热器4的一端设置有金属杆固定旋钮9，用于固定金属加热器中的待加热金属。

进一步地，所述LVDT位移传感器外壳10为304不锈钢金属管，确保其可以在潮湿、灰尘等恶劣环境中长期稳定工作，不锈钢金属管内有精密电子电路，以确保装置满足实验所需精度。

优选地，所述LVDT位移传感器尾端连有电线，可输出0-5V、0-10V、4-20mA或者RS485信号，方便接PASCO科学工作站使用，可直接读出微小位移数值，另一端为可活动的探头11，探头11外包裹一层性能良好的橡胶套12，在非工作时间用来保护探头，以保证其高灵敏度和准确性。

进一步地，通过计算机中的PASCO Capstone软件，实时记录位移传感器传输的位移数值和温度数值，并利用PASCO Capstone软件处理实验数据，得到金属线膨胀系数的值。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前叙述实施对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。