[发明专利]基于光杠杆的同时测量材料的三个参量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料测量领域，尤其涉及一种基于光杠杆的可以同时测量材料的线涨系数、杨氏模量和电阻温度系数的方法。

背景技术

线涨系数、杨氏模量和电阻温度系数是分别涉及热学、力学、电学三个不同领域的物理量。在大学物理实验课程中，目前对这三个量的测量是分开进行的，需要分别做三个相互独立的实验才能测得。此种方法，效率低、成本高、综合性不高。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光杠杆的同时测量材料的三个参量的方法，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种基于光杠杆的同时测量材料的三个参量的方法，

其基于同一系统对材料的线胀系数、杨氏模量和电阻温度系数三个参量进行检测；

温度传感器和光杠杆系统二进行组合对材料进行线胀系数检测；温度控制系统给待测金属杆加热，其温度变化Δt由与待测金属杆相连接的温度传感器测量并由显示器三显示，同时待测金属杆的长度变化Δd由光杠杆系统二测出，并根据光杠杆法测量固体材料线胀系数公式计算线涨系数α_l；

受力传感器和光杠杆系统一的组合对同一材料进行杨氏模量检测；在给待测金属杆加热的同时，用电阻传感器测量待测金属杆的电阻变化并由显示器二显示，电阻变化由电信号传输电路传递给滤波电路，滤掉干扰信号，所需信号再传递给电磁铁控制电路控制电磁铁，由电磁铁给待测金属丝施加拉力，此拉力大小F由受力传感器测量并由显示器一显示，同时用光杠杆系统一测量待测金属丝长度的变化Δx；根据光杠杆法测量金属丝的杨氏模量的公式计算待测金属丝的杨氏模量Y；

同时，利用电阻传感器测量待测金属杆的电阻变化ΔR，用温度传感器测量其温度变化ΔT，根据电阻温度系数的定义式计算电阻温度系数TCR。

进一步，所述温度控制系统与待测金属杆连接，待测金属杆与电阻传感器和温度传感器连接；

所述电阻传感器和控制电路连接，控制电路与电磁铁连接，电磁铁对待测金属丝施加拉力，待测金属丝与受力传感器和光杠杆系统一连接；

待测金属杆和光杠杆系统二连接；受力传感器、电阻传感器、温度传感器分别与显示器一、显示器二和显示器三连接。

进一步，所述控制电路包括：所述的电信号传输电路、所述的滤波电路、放大电路、所述的电磁铁控制电路，四者顺次连接，所述电阻传感器接电信号传输电路，电磁铁控制电路连接电磁铁。

进一步，所述光杠杆法测量固体材料线胀系数公式为下式：

αl=Δdb2DLΔt]]>

式中α_l为线涨系数，b为光杠杆前后足之间的距离，D为光杠杆平面镜与标尺之间的距离，L为待测金属杆的原长，Δd为温度改变Δt时待测杆的长度变化量被光杠杆放大后的长度；当b、D、L不变时，测出Δd和Δt即可算出α_l。

进一步，所述光杠杆法测量金属丝的杨氏模量的公式为下式：

Y=8FLDπd2bΔx]]>

式中Y为待测金属丝的杨氏模量，b为光杠杆前后足之间的距离，D为光杠杆平面镜与标尺之间的距离，L为待测金属丝的原长，d为待测金属丝的直径，Δx为待测金属丝收到的拉力为F的伸长量被光杠杆放大后的长度；当b、D、L、d不变时，测出Δx和F即可算出Y。

进一步，所述电阻温度系数的定义式如下式：