[发明专利]基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置

说明书

本发明涉及基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置,包括待测金属棒、固定座、加热装置、热敏电阻传感器、PSD位移检测系统、电流传感器、处理器和显示器，所述加热装置包括串联连接的电阻箱和低频稳压电源；所述PSD位移检测系统包含激光二极管、PSD工作区、会聚透镜和接受透镜，激光二极管发出的激光经会聚透镜主光轴打在待测金属棒表面，经反射并通过接受透镜主光轴成像于PSD工作区，在PSD工作区两极端输出电流，通过电流传感器传输至处理器；热敏电阻传感器一端与待测金属棒连接，另一端与处理器连接，采集待测金属棒的温度数据并传递至处理器。本发明的装置大大减小实验的测量误差，具有推广使用的重要意义。

技术领域

本发明涉及物理实验领域，具体涉及基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置。

技术背景

固体物质的温度每升高1℃时，其单位长度的伸长量，叫做“线膨胀系数”，由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际温度和确定长度时所选定的参考温度有关。线膨胀系数是高校物理系学生的实验项目之一，常见的测量方法有顶杆式间接法、望远镜直读法等,而常见的加热方式有电磁感应加热、蒸汽加热、激光加热等，这些方法往往使实验得到的数据存在较大实验误差，并且如电磁感应加热温度较高存在危险，影响广大师生的学习过程。

目前高校实验中缺乏一种误差小、精准度高且便捷的测量方法及加热方式，因此，如何研发一种新的金属固体线膨胀系数测量装置，具有重要的意义。

其中，激光法是以一激光束扫描试样，能够连续测定试样在加热过程中长度的变化,因而测量精度高,误差小,而利用低频稳压电源加热不仅安全性高，且可利用电阻箱调控电阻值控制加热程度，此外结合计算机组成的全自动控制、记录和多功能系统应用到固体线膨胀系数的实验测量将是一种更为智能便捷化的方式。选择热膨胀测量方法时主要考虑测试范围、待测材料的种类和特性、测量精度和灵敏度等。因而选用自制利用低频稳压电源及PSD位移检测系统进行金属固体线膨胀系数的测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是传统的对于金属棒或金属线随温度变化发生伸长，导致位移量变化的测量，存在较大的实验测量误差；本申请通过利用PSD位移检测系统测量金属棒的位移量，通过改进加热装置，提高温度控制的精确度及金属棒的位移变化。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是:基于低频稳压电源的金属固体线膨胀系数测量装置,其特征在于，包括待测金属棒、固定座、加热装置、热敏电阻传感器、PSD位移检测系统、电流传感器、处理器和显示器，所述加热装置包括串联连接的电阻箱和低频稳压电源，所述加热装置与待测金属空心棒串联连接；所述PSD位移检测系统包含激光二极管、PSD工作区、会聚透镜和接受透镜，激光二极管发出的激光经会聚透镜主光轴打在待测金属棒表面，经反射并通过接受透镜主光轴成像于PSD工作区，在PSD工作区两极端输出电流，通过电流传感器传输至处理器；热敏电阻传感器一端与待测金属棒连接，另一端与处理器连接，采集待测金属棒的温度数据并传递至处理器；所述处理器通过收集电流传感器获得的PSD位移检测数据与待测金属棒的温度数据，并通过处理、分析、运算并传输至显示装置显示测量结果。

作为优选，所述固定座上设置凹槽，所述待测金属棒至少一端设置卡口，所述卡口与固定座底端的凹槽相匹配，使得待测金属棒固定于固定座上。

更为优选地，所述热敏电阻传感器和加热装置电压输出端固定于固定座上。所述PSD位移检测系统中激光二极管为PIN光电二极管。

具体地，所述热敏电阻传感器和PSD位移检测系统实时采集待测金属棒的温度和金属棒位移量变化而导致的PSD工作区电流信号的变化，并通过控制器实时处理、分析、运算并通过显示装置实时显示测试结果。

具体地，所述PSD位移检测系统中激光二极管的光源方向与待测金属棒几何中心面垂直。