本发明专利技术涉及一种金属材料试验装置，具体为金属丝杨氏模量的温度特性试验装置及其试验方法，包括固定架，金属丝一端固定在固定架一端上，金属丝另一端连接有电子手提秤，电子手提秤连接在固定架另一端，将金属丝受力崩紧；在金属丝的实验区内，实验区的边缘分别设置一个数码显微镜，数码显微镜与计算机连接；实验区还安装有钢尺；双通道数字温度计的探头连接在金属丝实验区中间；金属丝的实验区两端外侧分别连接低频交流变压器上，低频交流变压器还与电源连接，将变阻箱串联在低频交流变压器与电源之间。本发明专利技术提出了使用交流变压器达到阻抗变换的加热方法，并利用制流电路来实现金属丝温度变化，得到测量准确的数值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种金属材料试验装置，具体为金属丝杨氏模量的温度特性试验装置及其试验方法。
技术介绍
杨氏模量经常应用与对金属材料、纳米材料、光纤材料、半导体等各材料力学性质的研究，杨氏模量的测定扮演着重要角色，并在地质、生物力学等各领域得到广泛应用。金属的加热可分为三类。第一类主要是通过燃料进行燃烧，然后再对金属进行加热。第二类为高能量密度能源加热，这种方式将较大的功率密度来加热金属的表面，加热时间极短，功率密度很大。第三类为电加热，此类方式以电为热源，通过各种方式将电能转化为热能，实现对金属的加热。电加热方式，金属的温度容易调控，不仅是一种较为环保的方式，同时热效率也比较高。电加热的方式也是多样的，主要分为:电热元件加热，加热介质电阻加热，工件感应加热和工件电阻加热。然而，由于金属丝如琴弦的电阻很小，很难将有效的电功耗馈入其中实现加热并使之的温度得到控制。目前的试验检测方法，都未涉及金属丝杨氏模量的温度特性。由于金属丝如琴弦的电阻很小，很难将有效的电功耗馈入其中实现加热并使之的温度得到控制。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种金属丝杨氏模量的温度特性试验装置及其试验方法。具体的技术方案为：金属丝杨氏模量的温度特性试验装置，包括固定架，金属丝一端固定在固定架一端上，金属丝另一端连接有电子手提秤，电子手提秤连接在固定架另一端，将金属丝受力崩紧；在金属丝的实验区内，实验区的边缘分别设置一个数码显微镜，数码显微镜与计算机连接；实验区还安装有钢尺；双通道数字温度计的探头连接在金属丝实验区中间；金属丝的实验区两端外侧分别连接低频交流变压器上，低频交流变压器还与电源连接，将变阻箱串联在低频交流变压器与电源之间。金属丝杨氏模量的温度特性试验装置的试验方法，包括以下过程：1、选取一段金属丝，水平固定在固定架上，金属丝一端连接电子手提秤保持绷紧，另一端固定；拉紧金属丝，使得电子手提秤显示0.700kg；2、将数码显微镜安装后，将数码显微镜对准金属丝并微调，直至在计算机显示出清晰的成像；在成像区域选取一段实验区，实验区长度控制在150mm；在实验区两端粘上标记A和标记B；在实验区平行于金属丝方向安装钢尺，将一台数码显微镜对准标记A，另一台数码显微镜对准标记B；将实验区的两个标记对应的钢尺示数记录下来，设为C、D；3、将双通道数字温度计的探头连接到选取的实验区中间，读取室温转态下金属丝的温度，采集数码显微镜显示的图像；4、将变阻箱串联在低频交流变压器上，将低频交流变压器接通电源，依次将变阻箱电阻调整为10Ω、8Ω、6Ω、4Ω、2Ω、0Ω，分别用万用表测出对应的输出电流和输出电压；5、低频交流变压器连接变阻箱的输出端接在实验区标记B的外侧，将低频交流变压器的输入端接在实验区标记A的外侧，将变阻箱阻值调整为10Ω；6、将低频交流变压器接通电源，观察双通道数字温度计的示数变化；7、通电加热过程中，温度每上升10℃，便将变阻器阻值下调1Ω；将变阻器的阻值从10Ω依次调为9Ω、8Ω、7Ω、6Ω、5Ω、4Ω、3Ω、2Ω、1Ω、0Ω，使得金属丝温度能够随时间均匀上升；将金属丝温度从室温逐渐加热到75℃；8、在金属丝温度为25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃时，分别对移动数码显微镜的显示图像进行采集；9、通过移动数码显微镜采集的图像测量25℃、35℃、45℃、55℃、65℃、75℃温度下实验区的标记A、标记B相对与原始读数的位移，用150mm加上标记A、标记B相对钢尺的原始示数C、D的相对位移，相加所得结果相应温度下拉伸后的金属丝长度，记录下对应温度下金属丝的长度。10、重新拉紧金属丝，使得电子手提秤上分别显示1.000kg、1.500kg、2.000kg,并重复1-9步骤，记录实验数据。当形变在一定范围内，撤去对金属丝施加的外力后，金属丝的形变也会消失，这种类型的形变叫做弹性形变。在金属丝发生弹性形变时，金属丝内部会产生恢复原状的内应力。杨氏模量正是反映固体材料形变与内应力关系的物理量。在本专利技术中，金属丝发生轴向拉伸形变。设金属丝弦长度为L，横截面积为s，沿长度方向施加外力F后金属丝伸长△L。单位横截面积上的垂直作用力F/S为正应力，金属丝的相对伸长量△L/L称为线应变。依据公式，在弹性形变范围内，正应力与线应变成正比，即： F S = Y Δ L L ]]>系数Y为杨氏模量，Y值大小因材料而异。当单位横截面上的对金属丝施加的外力保持不变时，伸长量越大，则Y值越小，即材料抵抗形变的能力越小。本专利技术中外力F通过便携式电子手提秤进行测量；使用游标卡尺测量琴弦的直径，然后再计算出金属丝的横截面积；使用数码显微镜测量实验区域金属丝的长度和微小的形变量ΔL。Q＝I2*R*T，Q：发热量，I：电流，R：电阻，T：时间。发热量随着电流、电阻、通电时间的增加而增大。金属丝通电后会产生一定的热量，可以控制变压器的输出电流进而控制金属丝的温度进行测试。本专利技术通过便携式电子手提秤测量金属丝的所受到的拉力，通过数码显微镜测量金属丝的拉伸量。不同温度下，金属丝内的分子活动量不同，进而分子间的相互作用力也不同，因此杨氏模量也不一样，本专利技术就是探究温度对杨氏模量的影响大小及其线性关系。每增加一个砝码时，细丝被拉长一段距离，利用读数显微镜测出其拉伸的距离，在读数显微镜读数时，要待其稳定后再读数，注意保持各实验仪器的平稳。依次记录每增加一个砝码时读数显微镜的读数，再利用读数计算出细丝的变化量△L，然后利用公式计算出杨氏模量Y。本专利技术提出了使用交流变压器达到阻抗变换的加热方法，并利用制流电路来实现金属丝温度变化，包括：在低频交流的变压点输出端串联入变阻箱，通过调整变阻箱阻值，完成一个制流控制电路。将可控的交变电流通过琴弦，由于金属丝本身存在电阻因此会产生一定热量，从而是实现金属丝的加热。加热过程中，金属丝始终保持绷紧状态。通过制流控制电路，调整低频交流变压器的输出电流大小，保证金属丝温度随时间变化均匀变化。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是实施例所得的杨氏模量与温度特性图。具体实施方式结合附图说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，金属丝杨氏模量的温度特性试验装置，包括固定架1，金属丝10一端固定在固定架1一端上，金属丝10另一端连接有电子手提秤3，电子手提秤3连接在固定架1另一端，将金属丝10受力崩紧；在金属丝10的实验区内，实验区的边缘分别设置一个数码显微镜2，数码显微镜2与计算机4连接；实验区还安装有钢尺5；双通道数字温度计6的探头连接在金属丝10实验区中间；金属丝10的实验区两端外侧分别连接低频交流变压器7上，低频交流变压器7还与电源连接9，将变阻箱8串联在低频交流变压器7与电源9之间。本实施例选取琴弦为试验对象的金属丝，试验方法，包括以下过程：1、选取一段金属丝10，水平固定在固定架1上，金属丝10一端连接电子手提秤3保持绷紧，另一端固定；拉紧金属丝10，使得电子手提秤3显示0.700kg；2、将数码显微镜2安装后，将数码显微镜2对准金属丝10并微调，直至在计算机显示出清晰的成像；在成像本文档来自技高网...
【技术保护点】
金属丝杨氏模量的温度特性试验装置，其特征在于：包括固定架，金属丝一端固定在固定架一端上，金属丝另一端连接有电子手提秤，电子手提秤连接在固定架另一端，将金属丝受力崩紧；在金属丝的实验区内，实验区的边缘分别设置一个数码显微镜，数码显微镜与计算机连接；实验区还安装有钢尺；双通道数字温度计的探头连接在金属丝实验区中间；金属丝的实验区两端外侧分别连接低频交流变压器上，低频交流变压器还与电源连接，将变阻箱串联在低频交流变压器与电源之间。
【技术特征摘要】
1.金属丝杨氏模量的温度特性试验装置，其特征在于：包括固定架，金属丝一端固定在固定架一端上，金属丝另一端连接有电子手提秤，电子手提秤连接在固定架另一端，将金属丝受力崩紧；在金属丝的实验区内，实验区的边缘分别设置一个数码显微镜，数码显微镜与计算机连接；实验区还安装有钢尺；双通道数字温度计的探头连接在金属丝实验区中间；金属丝的实验区两端外侧分别连接低频交流变压器上，低频交流变压器还与电源连接，将变阻箱串联在低频交流变压器与电源之间。2.根据权利要求1所述的金属丝杨氏模量的温度特性试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下过程：1、选取一段金属丝，水平固定在固定架上，金属丝一端连接电子手提秤保持绷紧，另一端固定；拉紧金属丝，使得电子手提秤显示0.700kg；2、将数码显微镜安装后，将数码显微镜对准金属丝并微调，直至在计算机显示出清晰的成像；在成像区域选取一段实验区，实验区长度控制在150mm；在实验区两端粘上标记A和标记B；在实验区平行于金属丝方向安装钢尺，将一台数码显微镜对准标记A，另一台数码显微镜对准标记B；将实验区的两个标记对应的钢尺示数记录下来，设为C、D；3、将双通道数字温度计的探头连接到选取的实验区中间，读取室温转态下金属丝的温度，采集数码显微镜显示的图像；4、...
【专利技术属性】
技术研发人员：李志芳，李晖，曾水生，何友武，吴淑莲，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35
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