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线膨胀系数精确测量的一种方法.doc

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线膨胀系数精确测量的一种方法.doc

线膨胀系数精确测量的一种方法肖向忠1龙益民1李桐1(1、重庆交通大学河海学院给水排水工程0901班,重庆400074)摘要介绍线膨胀系数精确测量的一种方法的原理,实验器材,精度评估,自动化探索,可行性分析等内容。关键词线膨胀系数精确测量快速自动可行性固体在温度变化时都有热胀冷缩现象,物体的这种特性在生产、生活中给人们带来不良影响,而且在研究铝箔的力学性能及线膨胀系数的显著的热不稳定性,测定AZ91D镁合金加热温度与膨胀量的关系、以便为镁合金的其他研究与应用提供理论参考依据的研究,用经典的和量子的方法分别讨论非简谐效应对晶体热膨胀的影响等某些精密测量的领域也应用广泛,关系重大。那么出现快速化、精确化、自动化的线膨胀系数测量仪器的需求日益显现并尤为急迫,在此探究一种方法抛砖引玉。一、实验原理(1)线膨胀系数的测量原理固体受热后其长度的增加称为线膨胀,经验表明,在一定的温度范围内,原长为L物体受热后其伸长量ΔL与温度的增加量Δt近似成正比,与原长亦成正比,即ΔLαLΔt式中的比例系数α称为固体的线膨胀系数所以αΔL/LΔtΔL/LΔt(2)微小长度的测量原理G1和G2是两块材料相同厚薄均匀、几何形状完全相同的玻璃板。一束光在A处分振幅形成的两束光的光程差,就相当于由M1和M2形成的空气膜上下两个面反射光的光程差。当M1每平移λ/2时,将看到一个明(或暗)条纹移过视场中某一固定直线,条纹移动的数目m与M1镜平移的距离关系为所以,只要精确测量出Δm,即可求出Δd(3)ΔL与Δd的连杆放大原理根据杠杆原理,可将微小长度变化放大,Δd/X1ΔL/X2,可得Δd(X1/X2)ΔL,令βX1/X2,记β为连接放大倍数,而X1和X2可以通过一般的螺旋测微器测得,即β可以测得。β通过杠杆的支点调节不同的取值。2/md(4)温度变化的精确测量用一种高精度的温度传感器能够相当精确的跟踪温度的微小变化,转化为电子信号读出,如集成化高精度温度传感器AS300,高精度温度传感器EL700等传感器都可达到这一目的。(5)实验原理一体化综述按照实验教材金属线膨胀系数的测量的前期准备安装圆柱体,将杠杆的一端与圆柱体的一端相连,另一端与控制迈克尔逊干涉仪镜面的螺钉相连,螺钉须有弹簧固定,受力后镜面可移动。被加热发生热膨胀时,迈克尔逊干涉仪的动镜被推向光屏的方向,光屏上的干涉图像就发生变化,从干涉环变化的数量,可以算出圆柱轴方向的膨胀变化,再由高精度温度传感器显示的温度的变化,进一步可求得线膨胀系数。计算式为α(mλ)/(2βLΔt)简易装置如图二、精度评估式中α(mλ)/(2βLΔt)需要测定的变量为m、β、L、Δt,需要给定λ,其中λ的精度关系重大,缩短试件的长度,可用螺旋测微器测量增加精度。现分析其精度项目mβLΔtλ整体精度1(不估读)103103103106103可见精度符合要求三、该装置的自动化探索当确定了β、λ、L,如果可以自动控制m和Δt即可实现自动控制。Δt的自动控制可以由高精度温度传感器实现。而m的自动控制可由迈克尔逊干涉仪条纹计数器计得。迈克尔逊干涉仪条纹计数器的原理或者改进方法已经很多,在此不做赘述。再将Δt、m的信号输入计算机,通过一定的程序可自动求出α。符合自动化要求。本方案得到了周平、周木老师的大力指导与支持参考文献1、重庆交通大学物理教学部.大学物理实验2、马文蔚周雨青解希顿.物理学教程第二版下册.高等教育出版社3、谭福奎姚萍.迈克尔逊干涉仪的读数系统的改进.黔西南师范高等专科学校学报4、敖天勇向兵.新型迈克尔逊干涉仪条纹计数器的设计.郑州大学学报(工学版)5、王勇汤剑锋谭玉.l利用迈克尔干涉法测固体的线膨胀系数.实验教学

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