[实用新型]金属线性膨胀系数实验仪

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种测量金属膨胀系数的设备，具体涉及一种金属线性膨胀系数实验仪。

背景技术

    现阶段测量金属的线性膨胀系数主要是采用电热法和光杠杆法，实验仪器主要由望远镜、标尺、光杠杆、温度计、米尺和线膨胀系数测定仪组成。然而，用这种仪器进行测量会造成许多不便和产生不必要的误差。其主要原因是对望远镜调节存在较大的人为因素，读数时望远镜也存在视差，造成测量数据不准确；利用水银温度计测量温度不能及时的准确的记录且在读数时存在视差。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、携带方便、隐蔽性强且便于操作的携带方便的防身器械。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种金属线性膨胀系数实验仪，包括温度传感器、待测金属棒放置器、可加热容器、测量电路和由两个极板构成的电容，电容中一个极板与待测金属棒垂直固定连接，待测金属棒放在待测金属棒放置器内，待测金属棒放置器水平放置在可加热容器内，测量电路包括测量电容变化的振荡电路、用于接收振荡电路发出频率信号并计算极板间距变化的单片机和与单片机相连的显示器。

进一步地，振荡电路包括555定时器,555定时器外接多路电阻及调整电容。

进一步地，待测金属棒放置器包括玻璃管和位于玻璃管两端的橡胶塞。

进一步地，两个极板为两个完全相同的金属圆盘。

进一步地，温度传感器为热电阻温度传感器。

进一步地，可加热容器为水浴加热槽。

本实用新型有益效果：

利用电容测金属棒伸长量代替用光杠杆法测金属杆伸长量，不仅提高了实验的精确，而且使实验操作更简单；用热电阻温度传感器代替传统的水银温度计对待测金属棒放置器中温度进行测量，提高了温度测量的精确度，减小实验误差；用显示屏直接显示金属杆的伸长量，避免了读数误差，同时使实验操作更简单。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

    图2为振荡电路的原理图。

    图3为整体电路原理图。

图中1、可加热容器，2、橡胶塞，3、玻璃管，4、温度传感器，5、待测金属棒，6、电容。

具体实施方式

为了便于本领域人员理解，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

参考附图1、2、3，一种金属线性膨胀系数实验仪，包括温度传感器4、待测金属棒放置器、可加热容器1、测量电路和由两个极板构成的电容6，电容中一个极板与待测金属棒5垂直固定连接，待测金属棒5放在待测金属放置器内，待测金属放置器水平放置在可加热容器1内，测量电路包括测量电容变化的振荡电路、用于接收振荡电路发出频率信号并计算极板间距变化的单片机和与单片机相连的显示器。

参考附图2，振荡电路包括555定时器，555定时器外接电阻R₁.R₂及调整电容C1。

本实施例中，待测金属放置器包括玻璃管3和位于玻璃管3两端的橡胶塞2；两个极板为两个完全相同的金属圆盘。

可加热容器1为水浴加热槽，实际操作中把盛有待测金属棒5的玻璃管3放到横放于水平面的水浴加热槽中进行水浴加热，待测金属棒5受热更均匀。更有利于控制水浴加热槽中水的温度，进而控制对待测金属棒5的加热速度，有利于控制动态平衡时的温度。这样对待测金属棒的温度变化速度进行较为精确的控制，提高了实验的精确度。

一、本实用新型的原理：利用两个完全相同的金属圆盘作为电容6的两极板，将其中一个极板与待测金属棒5的一端垂直固定，这样待测金属棒的伸长或缩短就能够改变极板间的距离，从而改变电容的大小。根据相应公式可知在其他条件不变的情况下，电容随待测金属棒5的伸长缩短而改变大小。测出电容的改变量就能够计算出电容极板间的距离，也就是待测金属棒5的伸长量。

电容原理：对于变极距电容传感器 ,其电容量 C₀ 和极板距离的关系为：

如果板间间距变化_△d则有：

在误差允许的范围内,取低阶项：

由此可得：只需测出△C的值即可知道△d的值。

△C的值测定采用555定时器外接电阻R₁.R₂、调整电容C1，实现多谐振荡，产生不同的频率信号。由单片机测出频率，计算出电容的初始值，当极板间距变化时再通过单片机测出此刻频率，通过上面的公式可得极板变化值 。