[实用新型]一种基于非平行板电容器的杨氏模量测量装置

说明书

本实用新型公开了一种基于非平行板电容器的杨氏模量测量装置，包括螺旋测微计、固定支架和电容器，电容器包括上极板、中极板和下极板，螺旋测微计的测砧的端面与电容器的上极板连接，螺旋测微计的测微螺杆的端面与电容器的下极板连接；固定支架用于固定螺旋测微计；电容器的中极板的中心位置处设有转轴，中极板可绕转轴的第一端转动，转轴的第二端固定；中极板的一端用于与钢线的底端连接。转轴设置于中极板的中心处，在中极板与钢丝连接之前，中极板可通过自身重力保持平衡，以免在实验开始之前中极板发生偏转，使实验过程中得到的中极板的转动角度更加精确，提高了测量精确度，降低了系统误差。

技术领域

本实用新型实施例涉及力学实验领域，特别是涉及一种基于非平行板电容器的杨氏模量测量装置。

背景技术

杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。目前，大致有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法以及光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术(微波或超声波)等实验技术和方法测量杨氏模量。但是目前存在的测量杨氏弹性模量的方法中，声频共振法，声速法、脉冲激振法等成本较高，且操作不方便，而传统的拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等又有误差加大，灵敏度不高的缺点。

现有技术中基于非平行板电容器的杨氏模量测量装置如图1所示，杨氏模量的计算关系式为其中，F为钢丝所受力的大小，L为钢丝原长，S为钢丝的横截面积，D为钢丝的底端与转轴之间的距离，θ为电容的中极板与水平面的夹角，也即中极板转动的角度，该θ可以通过测量电容器的电容值计算得出。由杨氏模量的计算关系式可知，杨氏模量的大小与θ成反比，由于现有技术中的、基于非平行板电容器的杨氏模量测量装置中的转轴设置于中极板的一端，在钢丝与中极板连接之前，极板会因自身重力和转轴摩擦力不平衡而发生一定程度的偏转，也即中极板的初始转动角度不为零，当将钢丝与转动极板连接后，转动极板在钢丝形变的过程中发生转动，并最终转动θ角度。由于转动角度θ不仅是由钢丝形变产生的，还有一部分是由极板自身重力产生的，所有通过该转动角度计算得到的钢丝伸长量偏大，进而导致利用该装置测量得到的杨氏模量偏小，使整个测量装置的测量精确度降低，系统误差较大。

鉴于此，如何提供一种解决上述技术问题的杨氏模量测量装置成为本领域技术人员目前需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种基于非平行板电容器的杨氏模量测量装置，在使用过程中得到的中极板的转动角度更加精确，提高了测量精确度，降低了系统误差。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种基于非平行板电容器的杨氏模量测量装置，包括螺旋测微计、固定支架和电容器，所述电容器包括上极板、中极板和下极板，所述螺旋测微计的测砧的端面与所述电容器的上极板连接，所述螺旋测微计的测微螺杆的端面与所述电容器的下极板连接；所述固定支架用于固定所述螺旋测微计；所述电容器的中极板的中心位置处设有转轴，所述中极板可绕所述转轴的第一端转动，所述转轴的第二端固定；所述中极板的一端用于与钢线的底端连接。

可选的，所述中极板包括第一子极板、第一绝缘连接部件和第二子极板，所述第一子极板通过所述第一绝缘连接部件与所述第二子极板连接；所述第一子极板和所述第二子极板的长度相等；所述转轴的第一端与所述第一绝缘连接部件连接。

可选的，所述上极板包括第三子极板、第二绝缘连接部件和第四子极板，所述第三子极板通过所述第二绝缘连接部件与所述第四子极板连接；所述第三子极板和所述第四子极板的长度相等

所述下极板包括第五子极板、第三绝缘连接部件和第六子极板，所述第五子极板通过所述第三绝缘连接部件与所述第六子极板连接；所述第五子极板和所述第六子极板的长度相等；

所述第二绝缘连接部件、所述第三绝缘连接部件和所述第一绝缘连接部件的大小相等、形状相同。

可选的，所述第一绝缘连接部件、所述第二绝缘连接部件和所述第三绝缘连接部件均为绝缘刚性连接部件。