實(shí)驗(yàn)六金屬線脹系數(shù)測(cè)定

1、實(shí)驗(yàn)六 金屬線脹系數(shù)的測(cè)定絕大多數(shù)物質(zhì)都具有“熱脹冷縮”的特性，這是由于物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)加劇或減弱造成 的。這個(gè)性質(zhì)在工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，在機(jī)械和儀器的制造中，在材料的加工中，都應(yīng)考慮到， 否則，將影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和儀表的精度。材料的線膨脹系數(shù)是材料受熱膨脹時(shí)，在一維方向上的伸長，線脹系數(shù)是選用材料的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)采用光杠桿的原理來測(cè)量微小量?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 掌握測(cè)定金屬桿線膨脹系數(shù)的方法。2 掌握用光杠桿測(cè)量微小伸長量的原理?！緦?shí)驗(yàn)儀器】GXZ 2金屬線脹系數(shù)儀、光杠桿、米尺、望遠(yuǎn)鏡、游標(biāo)卡尺、待測(cè)金屬桿。【儀器簡(jiǎn)介】儀器結(jié)構(gòu)GXZ 2金屬線脹系數(shù)儀結(jié)構(gòu)見圖 1,加熱采用加熱帶。有二種

2、測(cè)試管（銅、鐵）。溫度傳感器保溫管被測(cè)管加熱帶PID溫度控制器感器力R熱開關(guān)電源開關(guān)使用方法1、GXZ 2金屬線脹系數(shù)|控制部分及溫度控制部分都由“ 溫度傳感器與“9制。溫度的測(cè)量采用的是溫度傳感器“PID溫度控制器”控制，保險(xiǎn)管安裝在電源插座內(nèi)。 首先將金屬線脹系數(shù)儀溫度傳感器和加熱帶的線與 打開電源開關(guān)，溫度控制器的數(shù)碼管亮，便可按需要開始設(shè)置。電壓PID溫度控制器”控PID溫度控制器”連接在一起，溫度通過“PID溫度控制器”具體操作步驟：PID溫度控制器連接好，插好電源線，a. 使用軟件鎖：要防止設(shè)置的參數(shù)被其它人更改，可使用軟件鎖功能。設(shè)置方式：按住 “SET”鍵約3秒鐘以上待測(cè)量顯示

3、窗顯示“ LC”時(shí)松開，再按“”或“”鍵，下排顯示窗顯示“ OFF”時(shí)表示加鎖，顯示“ ON”時(shí)表示不加鎖。b. 設(shè)置“控制”值：在軟件鎖打開的狀態(tài)下，按照所需值，例如所需控制溫度為90C, 則使下排數(shù)碼管顯示改變至“ 90”即可。c. 設(shè)置“誤差修正”值：當(dāng)確定包括傳感器在內(nèi)的控制系統(tǒng)出現(xiàn)誤差而不能與更高精度等級(jí)的測(cè)量裝置取得一致結(jié)果時(shí)，可使用“修正”功能，以取得一致。設(shè)置方式：按“SET”鍵約3秒鐘，至測(cè)量顯示窗顯示為“ 5C”時(shí)松開，再按“”或“”鍵在誤差修正范圍內(nèi) 設(shè)置一個(gè)與誤差方向相反的相同值即可。d. 需要加熱時(shí)，將加熱開關(guān)打向上，加熱帶帶電，同時(shí)指示燈亮。“PID溫度控制器”的面

4、板布置及操作：1）顯示窗口： 上排為測(cè)量值顯示窗，設(shè)置二級(jí)參數(shù)時(shí)，顯示設(shè)定項(xiàng)目代號(hào)； 下排為設(shè)定值顯示窗，設(shè)置二級(jí)參數(shù)時(shí)，顯示設(shè)定項(xiàng)目數(shù)值； SET:二級(jí)參數(shù)設(shè)置鍵，按 3秒鐘即進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)； AT:自整定指示燈；OUT控制輸出指示燈；:減數(shù)鍵；:加數(shù)鍵。2 ）二級(jí)參數(shù)設(shè)置：代號(hào)設(shè)定項(xiàng)目可設(shè)置范圍出廠設(shè)定5C測(cè)量誤差修正-20 20 或-19.9 19.9 COLC已設(shè)置參數(shù)鎖定OFF鎖定；ON不鎖定ONP比例帶0 40%27I積分時(shí)間0 999S750d微分時(shí)間0 999S102PS比例偏顯功能-50 +50-20表中“代號(hào)”指儀表上排顯示窗在二級(jí)參數(shù)設(shè)置狀態(tài)時(shí)所顯示的字符，按加數(shù)鍵“”或

5、減數(shù)鍵”，相對(duì)應(yīng)的設(shè)置值在下排顯示窗中顯示，改變至需要的值即可投入使用。某一項(xiàng) 目設(shè)置完再按一次功能鍵“ SET即轉(zhuǎn)入下一設(shè)置項(xiàng)目，或回到工作狀態(tài)?！緦?shí)驗(yàn)原理】固體受熱后發(fā)生體積膨脹，分別在x、y、z方向的膨脹稱線膨脹。對(duì)于桿狀物體，只研究在桿長方向的膨脹，當(dāng)原長為 L的桿狀物，在一定溫度范圍內(nèi)，受熱后其伸長量：L與原長L成正比，與所加溫度增量 :t近似成正比，即：L ,L：t（ 1）式中比例系數(shù):稱線膨脹系數(shù)，在溫度變化不太大的情況下，對(duì)一定的物質(zhì)材料，:-是一個(gè)常量，材料不同，：值不同，如塑料值很大，金屬次之，熔凝石英:-值很小。對(duì)桿狀待測(cè)物，測(cè)出溫度為 ti時(shí)的桿長L,受熱后溫度到達(dá)t2

6、時(shí)，伸長量為丄，則該固 體材料在ti，t2溫度范圍內(nèi)的線脹系數(shù)_丄 1（2）L t ti:-的物理意義：固體材料在 ti, t2溫度范圍內(nèi)，溫度每升高 1C時(shí)，固體材料的相對(duì)伸長量, 其單位為：C -1公式（2）中只有 L是微小變化量，是眼睛看不見的，我們采用光杠桿放大原理來測(cè)量。 光杠桿放大原理參看圖 2:M （鏡面）S標(biāo)尺b光杠桿圖2 光杠桿放大原理“.由圖可得：tg -btg2 =n2 niD當(dāng)桿狀物伸長 L時(shí)，光杠桿的單足尖抬高 二角，反射鏡面向前傾 二角, 桿鏡面的光線和其反射到標(biāo)尺的光線之間的夾角為2二。b2D(n2 -m)(3)門少- ni2D放大倍數(shù)：A 二=Lb將（3）式代入

7、（2）式得a =b2DLt2 一 1此式為光杠桿法測(cè)量:的公式，式中，ni, n2為ti與t2溫度時(shí)，讀數(shù)望遠(yuǎn)鏡中標(biāo)尺照明器像 上的對(duì)應(yīng)讀數(shù)；D為光杠桿鏡面到標(biāo)尺照明器的距離；b為光杠桿前后足的垂直距離。【實(shí)驗(yàn)步驟】1.如圖3所示，將待測(cè)管裝入加熱管內(nèi)，在待測(cè)管的小孔中插入溫度傳感器，加熱溫度由PID溫度控制器控制和顯示。怖標(biāo)尺照明器望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)2. 實(shí)驗(yàn)前把被 直到銅管底端接觸 放在儀器平臺(tái)上的凹 面。3. 用眼睛移動(dòng)標(biāo)尺照明器， 辨，再調(diào)節(jié)目鏡，使望遠(yuǎn)鏡中的十字叉絲清晰，同時(shí)讀出水平叉絲在標(biāo)尺上的位置ni。4接通PID溫度控制器電源，調(diào)節(jié)控制溫度，開始加熱，觀察溫度顯示及望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)的光杠桿圖3

8、 測(cè)量金屬線 只出，用米尺測(cè)出室溫 !線脹系數(shù)測(cè)定儀的底部， 盡量使小鏡的鏡面?望遠(yuǎn)鏡的上方觀察光杠桿小鏡中是能看到標(biāo)尺的像,i數(shù)的裝置時(shí)白然丿 望遠(yuǎn)鏡奉長 把光勺鏡面L，然后把銅管慢慢放入加熱管中 杠桿單尖足放在銅管頂端，和標(biāo)尺照明溫度時(shí)垂直于水平平雙尖足傳感器加熱幵關(guān)電原開關(guān)&如果目明器的標(biāo)尺像。世如果沒有，左右環(huán)看,晰可變化。每隔一段時(shí)間同時(shí)測(cè) t與n所對(duì)應(yīng)的讀數(shù)，共測(cè) 8個(gè)數(shù)據(jù)。5 關(guān)閉電源，用米尺量出小反射鏡到標(biāo)尺的距離D,用游標(biāo)卡尺測(cè)出光杠桿后足尖到前足線的垂直距離b。6 .由式（4）求出銅桿的線膨脹系數(shù) ：，并與標(biāo)準(zhǔn)值比較。7 按同樣的方法，求出鐵管的線膨脹系數(shù)：，并與標(biāo)準(zhǔn)值比較?！緮?shù)據(jù)記錄及處理】D =mm , b = mm , t i = C, L = mm , n i = mm測(cè)量次數(shù)12345678溫度t2/ C讀數(shù)n/m