微小形变量的几种测量方法讨论

1、杨氏模量、金属线膨胀系数测量实验中最重要、最难操作的是材料受到力或热后的小形状变量的测量。常用的测量仪器很难测量微小的变量，在很多实验中，用光杠杆和望远镜标尺的组合来测量。一、传统方法光杠杆放大法1205-208 (1)光杠杆放大原理光杠杆放大法是测量微小变量的传统方法，以金属线膨胀系数测量实验为例，介绍了测量原理。图1是金属线膨胀系数测量仪示意图。要测试的金属棒笔直地站在机器的金属桶上，光杠杆的后脚到达金属棒的顶部，两个前脚放在固定平台的凹槽上。如果金属棒温度升高T，则光杆的后脚端升高L以倾斜光杆，如果光杆的前脚距离为H，则较小，因此当tan=L h (1)设置为温度t1时，通过望远镜和光杆

2、的平面镜可以看到与标尺上的刻度D1牙齿目镜的十字光标完全一致。温度上升到T2时，与叉子横档匹配的是标尺的刻度D2，d=d2-d1。d是从光杠杆镜到标尺的水平距离，H是从光杠杆后脚末端到双脚末端连接线的垂直距离。图2中可用：当tan 2=D D(2)角度很小时，tan2=2tan(3)即d D=2 L h (4)图1金属线膨胀系数测量仪图2光杆放大原理图(2)不足之处在于尺度望远镜和光杆的其次，扩展的新方法作者对光杠杆放大法的小变量的不足进行了测量，总结了补充和补充小变量的五种茄子测量方法，下面分别进行了说明。(1)微公制2适当改造微米，直接测量微型变量。文献2的作者对杨氏系数实验装置进行了改造

3、，利用水分子来测量微小的变量。方法如下：如图3所示，水平平台的一端由固定在线材剪辑上的刀片支撑，可以随着线材长度的变化上下移动。另一端由螺旋测微仪的测量杆支撑。南宁师范高等专科学报2009年第三纪赵乃尔ofNanningteacherscollege第26卷(总第66号)自然科学研究收纳日：2009-04-16作者介绍：李凡生(第16号)微型变量的几个茄子测量方法是李凡生(第16号)实验中常用的光杠杆放大法测量微小的变量，牙齿方法操作困难，测量结果精度不高。讨论了微变量的测量方法扩展，并提供了实验原理、优缺点和应用范围。关键字：小造型变数；杨氏模量线膨胀系数；测量方法的图分类编号：O436文献

4、识别代码：A文档编号：1008-696X(2009)03-0123-03 1导线；2水平平台3镜子；4氦-氖激光器；5单孔光屏；6螺旋测量仪；7螺旋微米固定螺钉8固定平台；9线夹；10分计也可以用3千分尺法实验装置图123螺旋测微仪用固定螺钉固定在固定平台上，用螺旋测微仪调节其末端的高低。在水平平台上，铅直接放置反射镜，激光通过光屏中心的小孔发射激光束，通过反射镜反射的激光束在光屏上形成光斑，并根据光斑中心是否与小孔中心重合来确定水平平台是否水平。如果初始水平平台是水平的，则增加或减少重量将更改导线长度，并且水平平台不再是水平的。此时，调整螺旋微米的测量条，使其再次水平。可以从螺旋微米刻度的变

5、化中得到导线长度的变化。(2)千分表三千分表法，将千分表的微端与被测试物体的顶部接触(见图4)，在千分表上进行一定的读数和固定，当被测试物体发生微小的变形时，千分表的读数也相应地发生变化。千分表前后读数差测量的细微变化的值。测微仪和测微仪方法可以直接测量微变量，并能很好地解决测量过程中调整刻度读数望远镜需要更多时间的问题。微米法在仪器改造方面存在问题，实验时很难准确判断扩口中心和小孔中心是否一致。千分表的规律不需要对实验装置进行大改造。用天平测量金属的杨氏模量，无论是弯曲法还是拉伸法，测量结果都比用光杠杆测量的结果准确得多，实验原理和实验操作比较简单，适合推广4。(3)微放大法5显微放大法利用

6、微透镜放大微变量，跟踪用相机测试的人。实验装置的图片如图5所示。如果测量的物体发生细微的变形，放置在顶部的标尺也会产生较小的位移。牙齿小位移量是物体的小变形。微镜放大后，标尺的位移可以在显示器上观察到，以标尺上的一个刻度为目标，用微镜叉跟踪叉，可以测量微小的变量L。显微放大法大大提高了被测量物体微小位移的可见度。用相机追踪被测试者，可以消除视觉产生的阅读误差，减少眼睛疲劳。牙齿系统原理简单，操作方便，提高了测量精度，适合在学校实验室推广。微放大法预计将在机械加工、测量、微变位变化监测等领域得到广泛应用。(4)传感器法6传感器法的测量原理将通过传感器测量的非电量变成与其成比例的电量。常用传感器包

7、括应变电阻传感器、电感传感器、容量传感器、热电传感器、霍尔传感器等。以霍尔位置传感器测量微小变量为例进行讨论。霍尔位置传感器使用磁铁和集成霍尔组件之间的位置变化输出信号(霍尔电压U)测量小位移。当通过半导体薄块的电流恒定时，霍尔电压U与具有半导体薄块的磁感应强度B成正比。实验时，以相同的极性相对放置两个永磁体，将霍尔位置传感器安装在金属拉杆的一端，放置在磁场(见图6)上，金属拉杆的另一端通过套件与要测试的材料接触。调整以确保霍尔位置传感器的磁感应强度为零牙齿。输出电压为零，以牙齿位置为起点。测量的材料发生变量为L时，传感器通过杠杆移动，孔位置传感器具有输出电压U。通过测量霍尔位置传感器的输出灵

8、敏度K和输出电压的变化量U，可以测量几何变量L。(5)光干涉法78利用光学干涉装置的一个光学元件的位置变化来产生干涉条纹变化的原理，通过观察干涉条纹的变化来估计光学元件的位置变化。以金属线膨胀系数的测量实验为例，介绍光干涉法在小形变量测量中的应用。实验观测图如图7(a)所示。要测试的金属棒和两个石英棒(线膨胀系数很小)叠加在套管上，然后将一个光学玻璃板连接到一个支架上，将玻璃板的一端固定在另一个光学玻璃板上，另一端固定在石英棒顶部，以略微支撑。调整平台上的螺丝，使两个光学玻璃板徐璐重叠，显微镜上看不到干涉条纹。然后加热待加热的金属，随着温度的升高，金属棒1千分表；2测量的黄铜；3电压调节手柄；

9、4温度计5加热管；6电源插头图4千分表实验装置图2凡生微型变量的几个茄子测量方法讨论图5测量微透镜-TV测量系统实验装置图6孔位置检测测量微变形实验装置124列扩展拉伸，与上玻璃板连接的整个支架，两个光学玻璃板打开一个角度，查看图7(b)，形成空气分割端。基于已知波长的单色光在分裂端垂直照射，从空气膜的上方和下方表面反射的两束光干涉，在显微镜视野中可以看到平行于两块玻璃板边界线的一组等厚干涉条纹。(a)(b)图7干涉法通过测量微变量装置和干涉结构图，用读取显微镜测量k干涉条纹的间隙S，用米测量D，则测量的微变量L可用(5)表示为L=DK 2S (5)。其中D是从尖端到金属杆中心的距离。光干涉法

10、使用波长计算细微的变量。测量的数据可以达到纳米大小的大小，测量精度比其他几种茄子方法有了很大的提高，目前微变量是实现高精度测量的主要方法之一。第三，末端光杠杆法需要的设备很多，调节困难，准确度低。光干涉法的测量精度明显高于光杠杆法，结合图像处理系统及电脑技术，实现了自动高精度测量，适合科学研究。但是需要的设备很多，操作困难，很难在大学低年级的基础物理实验教学中使用。千分表法，原理简单，实现方便；传感器方法、原理比较复杂，准确度高，可以反映现代科学技术的作用，提高学生的学习兴趣。微放大法、相机和显示器安装、系统原理简单、操作方便、测量精度高，牙齿系统不仅可以在学校实验室广泛使用，还可以用于机械加

11、工、测量、精细变位变化监控等领域。从以上讨论中可以看出，微观型变量的测量方法比较多，所需知识的范围也比较广，可以根据实际需要设计成研究性的综合实验，培养和锻炼学生各方面知识的运用能力。工具书：1洋务等。普通物理实验(1，力学和热学部分)m .北京：高等教育出版社，2000。二中明礼，王康松，中卫路。肾脏法测量杨氏模量实验装置改进j .大学物理，2006(陈振春)。用千分表测定金属的杨氏模量J。南宁师范高等专科学校学报，2005(42)。5徐烟圭，金家珍，张凤飞等。微透镜-电视测量系统在金属线膨胀系数测量中的应用j .沈阳航空工业学院学报，2006 (4陈明伟)。金属线膨胀系数测量J武汉工业学院学报2004(2)。第8章，原光宇，意志民等。利用迈克尔逊干涉原理测量杨氏模量J。大学物理实验，2007