FDYCI型CCD伸長(zhǎng)法楊氏模量測(cè)定儀使用說(shuō)明070320修訂培訓(xùn)資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。FDYCI型CCD伸長(zhǎng)法楊氏模量測(cè)定儀使用說(shuō)明070320修訂-儀器使用說(shuō)明TEACHERSGUIDEBOOKFD-YC-ICCD伸長(zhǎng)法楊氏模量測(cè)定儀中國(guó).上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司ShanghaiFudanTianxinScientific_EducationInstrumentsCo.,Ltd.FD-YC-型CCD伸長(zhǎng)法楊氏模量測(cè)定儀一、概述材料的楊氏模量是工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)之一，楊氏模量測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法在物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)中也經(jīng)常會(huì)用到。材料楊氏模量測(cè)量方法很多，其中最基本的方法有伸長(zhǎng)法和彎曲法測(cè)

2、量楊氏模量。他們的特點(diǎn)是：原理和實(shí)驗(yàn)方法容易為學(xué)生理解和掌握；且對(duì)樣品沒有“限制”，樣品不同粗細(xì)、長(zhǎng)短此方法均可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因而，伸長(zhǎng)法和彎曲法測(cè)量楊氏模量實(shí)驗(yàn)為各高?；A(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)所普遍采用。FD-YC-I型CCD伸長(zhǎng)法楊氏模量測(cè)定儀具有下列優(yōu)點(diǎn)：1體積?。⒅呒s1.20m），重量輕（5.5kg）,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。2樣品更換方便。可以完成兩種樣品：鋼絲及黃銅絲的材料楊氏模量測(cè)定，便于學(xué)生更好地理解楊氏模量的物理含義。用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量微小長(zhǎng)度的實(shí)驗(yàn)方法，在科研和實(shí)際工作中經(jīng)常用到，學(xué)生操作也較方便。配CCD成像系統(tǒng)，便于學(xué)生掌握CCD成像系統(tǒng)使用方法，使實(shí)驗(yàn)讀數(shù)更直觀，清晰。本儀器可用于高等院

3、?；A(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性綜合性實(shí)驗(yàn)。二、儀器用途1測(cè)量鋼絲和黃銅絲材料的楊氏模量。2學(xué)習(xí)基本長(zhǎng)度測(cè)量方法，掌握米尺、外徑千分尺、讀數(shù)顯微鏡的使用方法。3學(xué)習(xí)用逐差法或作圖法處理數(shù)據(jù)。4學(xué)習(xí)CCD成像系統(tǒng)的使用方法，了解其特性。三、技術(shù)指標(biāo)1立柱高度1.32m（立柱采用空心不銹鋼管）2金屬線長(zhǎng)度95cm3試樣材料鋼絲（0.2mm,0.4mm）4.讀數(shù)顯微鏡量程06mm，分度值0.01mm5.砝碼50.0g20個(gè),配重砝碼200.0g6.重量5.5kg(不含讀數(shù)顯微鏡裝置及CCD系統(tǒng))7.CCD及監(jiān)視器420線黑白CCD，14寸黑白監(jiān)視器四、使用注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)前必須檢查試樣是否處于平直狀態(tài)，如果有折

4、或彎曲，須用木質(zhì)螺絲刀柄的圓凹槽部位沿試樣來(lái)回拉動(dòng)，直至使試樣平直后方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。使用CCD攝像機(jī)時(shí)應(yīng)注意：CCD不可正對(duì)太陽(yáng)光、激光或其它強(qiáng)光源，CCD的12V直流電源不要隨意用其它的電源替代，不要使CCD視頻輸出短路。防止震動(dòng)、跌落。不要用手觸摸CCD前表面，防止CCD過(guò)熱，在測(cè)量間隙最好關(guān)閉電源。鏡頭和CCD接口螺絲較細(xì)密，旋轉(zhuǎn)時(shí)要輕，鏡頭要防潮、防污染。使用監(jiān)視器時(shí)應(yīng)注意：防震并注意勿將水或油濺在屏幕上。注意維護(hù)金屬絲平直狀態(tài)，使用外徑千分尺測(cè)量其直徑時(shí)勿將它扭折。四、實(shí)驗(yàn)裝置圖SKIPIF10伸長(zhǎng)法測(cè)鋼絲楊氏模量（復(fù)旦大學(xué)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心提供）【實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介】材料受外力作用時(shí)必然發(fā)生形變，

5、其內(nèi)部脅強(qiáng)（單位面積上受力大?。┖兔{變（即相對(duì)形變）的比值稱為彈性模量，這是衡量材料受力后形變大小的參數(shù)之一，是設(shè)計(jì)各種工程結(jié)構(gòu)時(shí)選用材料的主要依據(jù)之一。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量康銅及鋼絲的縱向彈性模量（也稱楊氏模量）。實(shí)驗(yàn)中涉及較多長(zhǎng)度量的測(cè)量，應(yīng)根據(jù)不同測(cè)量對(duì)象，選擇不同的測(cè)量?jī)x器。如讀數(shù)顯微鏡配以CCD成像系統(tǒng)測(cè)量鋼絲微小的伸長(zhǎng)量。本實(shí)驗(yàn)采用逐差法處理數(shù)據(jù)【實(shí)驗(yàn)原理】設(shè)一根鋼絲的截面積為A，原長(zhǎng)為L(zhǎng)，沿其長(zhǎng)度方向加一拉力F后，鋼絲的伸長(zhǎng)量為L(zhǎng)。根據(jù)胡克定律，材料在彈性限度內(nèi)脅強(qiáng)與脅變成正比：SKIPIF10(1)式中的比例系數(shù)E稱為該材料的楊氏模量。鋼絲的截面積為SKIPIF10,d為鋼絲的直徑。因此

6、SKIPIF10(2)式中SKIPIF10是一個(gè)很小的長(zhǎng)度變化，可用讀數(shù)顯微鏡配CCD（ChargeCoupleDevice）成象系統(tǒng)直接測(cè)量，把原來(lái)從顯微鏡中看到的圖象通過(guò)CCD呈現(xiàn)監(jiān)視器的屏幕上，便于觀測(cè)。CCD是電荷耦合器件的簡(jiǎn)稱，是目前較實(shí)用的一種圖象傳感器，它有一維和二維的兩種。一維用于位移、尺寸的檢測(cè)，二維用于平面圖形、文字的傳遞。現(xiàn)在的二維的CCD器件已作為固態(tài)攝象器應(yīng)用于可視電話和無(wú)線電傳真領(lǐng)域，在生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視器和檢測(cè)上的應(yīng)用也日漸廣泛。本實(shí)驗(yàn)采用二維CCD器件作為固態(tài)攝像機(jī)，它將光學(xué)圖象轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l電信號(hào)，由視頻電纜接到監(jiān)視器，在電視屏幕上顯示出來(lái)，對(duì)伸長(zhǎng)量SKIPIF10進(jìn)行

7、直接測(cè)量?！緦?shí)驗(yàn)儀器及裝置】SKIPIF10用伸長(zhǎng)法測(cè)楊氏模量裝置如圖1所示，包括以下幾部分：1.金屬絲支架S為金屬絲支架，高約1.32m，可置于實(shí)驗(yàn)桌上，支架頂端設(shè)有金屬絲懸掛裝置，金屬絲長(zhǎng)度可調(diào)，約95cm，金屬絲下端連接一小圓柱，圓柱中部方形窗中有細(xì)橫線供讀數(shù)用，小圓柱下端附有砝碼托。支架下方還有一鉗形平臺(tái)，設(shè)有限制小圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置（未畫出），支架底腳螺絲可調(diào)。2.讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡M用來(lái)觀測(cè)金屬絲下端小圓柱中部方形窗中細(xì)橫線位置及其變化，目鏡前方裝有分劃板，分劃板上有刻度，其刻度范圍06mm,分度值0.01mm，每隔1mm刻一數(shù)字。H1為讀數(shù)顯微鏡支架。3.CCD成像、顯示系統(tǒng)CCD

8、黑白攝像機(jī)：靈敏度：最低照0.2Lux；CCD專用12V直流電源。黑白視頻監(jiān)視器：屏幕尺寸14寸，420線，【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】A必做實(shí)驗(yàn)：測(cè)量鋼絲材料的楊氏模量。1.認(rèn)識(shí)和調(diào)節(jié)儀器認(rèn)識(shí)儀器。實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)該學(xué)習(xí)并掌握儀器的正確使用方法。調(diào)節(jié)儀器。(A)調(diào)節(jié)支架S鉛直（用底腳螺絲調(diào)節(jié)），使金屬絲下端的小圓柱與鉗形的平臺(tái)無(wú)摩擦地上下自由移動(dòng)，旋轉(zhuǎn)金屬絲上端夾具，使圓柱兩側(cè)刻槽對(duì)準(zhǔn)鉗形平臺(tái)兩側(cè)的限制圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)的小螺絲；兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱地將旋轉(zhuǎn)螺絲旋入刻槽中部，力求減小摩擦。(B)先調(diào)顯微鏡目鏡用眼睛看到清晰的分劃板象。再將物鏡對(duì)準(zhǔn)小圓柱平面中部，調(diào)節(jié)顯微鏡前后距離，然后微調(diào)顯微鏡旁螺絲直到看清小圓柱平面中部上細(xì)橫刻

9、線的象，并消除視差。（判斷無(wú)視差的方法是當(dāng)左右或上下稍微改變視線方向時(shí)，兩個(gè)像之間沒有相對(duì)移動(dòng)，這是讀數(shù)顯微鏡已調(diào)節(jié)好的標(biāo)志。只有無(wú)視差的調(diào)焦，才能保證測(cè)量精度。(C)將CCD攝像機(jī)裝上鏡頭，把視頻電纜線的一端接攝像機(jī)的視頻輸出端子（Videoout）,另一端接監(jiān)視器的視頻輸入端（Videoin）.將CCD專用12V直流電源接到攝像機(jī)后面板“Power”孔，并將直流電源和監(jiān)視器分別接220V交流電源。仔細(xì)調(diào)整CCD位置及鏡頭焦距，直到監(jiān)視器屏幕上看到清晰的圖象。2.觀測(cè)伸長(zhǎng)變化。為使砝碼托平穩(wěn)可在金屬絲下端先加一塊砝碼，此時(shí)監(jiān)視器屏幕上顯示的小圓柱上的細(xì)橫刻線指示的刻度為Y0，記錄其數(shù)值，然后

10、在砝碼托盤上逐次加50g砝碼，對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為Yi（i=1,2，10）.再將所加的砝碼逐個(gè)減去。記下對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為SKIPIF10并將兩對(duì)應(yīng)讀數(shù)SKIPIF10與SKIPIF10求平均SKIPIF10。3.用直尺測(cè)量金屬絲長(zhǎng)度L；用外徑千分尺測(cè)量金屬絲直徑d（測(cè)10次），注意記下外徑千分尺的零讀數(shù)。4.用逐差法對(duì)SKIPIF10進(jìn)行處理，計(jì)算SKIPIF10及SKIPIF10的值SKIPIF10由公式（2）及F=Mg(M為砝碼質(zhì)量，由于采用逐差法，此處SKIPIF10，SKIPIF10，可得：SKIPIF10（3）5.將測(cè)量結(jié)果與公認(rèn)值進(jìn)行比較。B、選做實(shí)驗(yàn)：測(cè)量其它鋼絲材料的楊氏模量及涂樹脂康銅絲

11、受相同力的伸長(zhǎng)量。以了解不同材料對(duì)楊氏模量的影響?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)例】（注：以下數(shù)據(jù)不作為儀器驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，僅供實(shí)驗(yàn)時(shí)參考）鋼絲出廠標(biāo)稱直徑SKIPIF10表1鋼絲直徑測(cè)量序號(hào)直徑12345678910平均d/mm0.1950.2000.2040.1980.1980.2020.1980.1980.2040.1980.1995實(shí)測(cè)L=0.918m。表2受力后鋼絲伸長(zhǎng)量測(cè)量長(zhǎng)度位置砝碼m/gSKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10逐差法計(jì)算SKIPIF1050.04.0423.9884.015SKIPIF10-SKIPIF10=0.344mmSKIPIF10-SKIPIF10=0.354mmSKIP

12、IF10-SKIPIF10=0.365mmSKIPIF10-SKIPIF10=0.365mmSKIPIF10-SKIPIF10=0.378mmSKIPIF100.3612mm100.04.1064.0584.082150.04.1724.1164.144200.04.2484.1904.219250.04.3124.2604.286300.04.3864.3324.359350.04.4664.4064.436400.04.5344.4844.509450.04.6024.5664.584500.04.6804.6484.664將數(shù)據(jù)代入（3）式得（上海地區(qū)重力加速度g=9.794m/s2）S

13、KIPIF10該測(cè)量結(jié)果與此鋼絲的楊氏模量公認(rèn)值20.01010N/m2較為接近。屬于測(cè)量誤差（不確定度）范圍內(nèi)?！舅伎碱}】1對(duì)微小伸長(zhǎng)量測(cè)量讀數(shù)顯微鏡方法外，還有哪些方法？2根據(jù)不確定度估算，SKIPIF10表達(dá)式中哪些項(xiàng)的影響最大？如何降低其影響？【參考資料】沈元華、陸申龍.基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn).北京：高等教育出版社.2003.12：93-96賈玉潤(rùn)等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn).上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1987德威廉H衛(wèi)斯特發(fā)爾著.物理實(shí)驗(yàn).王福山譯，上海：上?？萍汲霭嫔?，1981.6上海復(fù)旦天欣科教儀器有限公司FD-YC-I型CCD伸長(zhǎng)法楊氏模量測(cè)定儀裝箱清單您購(gòu)買的產(chǎn)品與裝箱清單中是否符合，請(qǐng)驗(yàn)收。日期：年月日序號(hào)名稱單位數(shù)量備注1CCD攝像機(jī)臺(tái)1選配，420線2監(jiān)視器臺(tái)1選配，14寸黑白監(jiān)視器3鋼線樣品根1長(zhǎng)約9