金屬線脹系數(shù)測(cè)量

1、金屬線脹系數(shù)測(cè)量1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉CAI教學(xué)：掌握一種利用計(jì)算機(jī)控制 實(shí)驗(yàn)過(guò)程測(cè)量金屬線脹系數(shù)的方法。 學(xué)習(xí)位移傳感器的使用方法。 學(xué)會(huì)用最小二乘法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。2實(shí)驗(yàn)原理固體的線脹系數(shù)固體的熱脹冷縮是由于構(gòu)成物質(zhì)的原子或離子之間振動(dòng)的平均平衡位置隨溫度變化而發(fā)生變化造成的。對(duì)于絕大多數(shù)固體材料，其線度是隨著溫度的升高而增加的，固體的線度隨著溫度的升高（或降低）而變化的現(xiàn)象稱為線脹3線脹系數(shù) 設(shè)固體材料的溫度由 T 變化到 時(shí)，其長(zhǎng)度由L0 變化到 L ，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度變化 足夠小時(shí)，長(zhǎng)度的微小變化 與 及原長(zhǎng)L0成正比，寫成等式為 即 （1） 比例系數(shù)a稱為該固體材料的線脹系數(shù)。4溫度及測(cè)量

2、 在線脹系數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量中，常采用電阻型溫度計(jì)或熱電偶溫度計(jì)。 熱電偶溫度計(jì)又叫做溫差電偶溫度計(jì)。當(dāng)兩種金屬所做成的導(dǎo)線聯(lián)成回路，并使其兩個(gè)接觸點(diǎn)維持在不同的溫度時(shí)，該閉合回路中就有溫差電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。 熱電偶溫度計(jì)在上學(xué)期穩(wěn)態(tài)法測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)使用過(guò)。5微小長(zhǎng)度變化量的測(cè)量 本實(shí)驗(yàn)采用差動(dòng)變壓器式位移傳感器，差動(dòng)變壓器式位移傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分辨率高，重復(fù)性好，線性度與靈敏度都較高，它由一個(gè)初級(jí)線圈和兩個(gè)相同的次級(jí)線圈組成，線圈中心放置一個(gè)位置可調(diào)的磁芯，其原理如圖1所示。圖1 差動(dòng)變壓器式位移傳感器原理圖6 兩個(gè)次級(jí)線圈同名端相聯(lián)，當(dāng)初級(jí)線圈加上交變電壓Up時(shí)，次級(jí)輸出電壓U=U1-U2 ；

3、若磁芯處于對(duì)稱中心位置，則U1=U2，總輸出電壓U=0； 若推桿帶動(dòng)磁芯有微小的位移，則U1U2，U 0；當(dāng)位移很小時(shí)，輸出電壓正比于位移， 即 （2） 上式中， k稱為位移傳感系數(shù)。7實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 本實(shí)驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)來(lái)控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程。首先通知計(jì)算機(jī)擬使?fàn)t子達(dá)到的溫度值，稱為給定溫度。此時(shí)，熱電偶隨時(shí)檢測(cè)爐內(nèi)溫度，并把實(shí)際溫度值送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)將給定溫度與實(shí)際溫度的差值作為輸出量，反饋給可控硅電壓調(diào)整器?？煽毓桦妷赫{(diào)整器根據(jù)輸出量的大小控制可控硅的輸出電流，從而控制爐溫，形成閉環(huán)系統(tǒng)，使溫度穩(wěn)定在給定溫度下。8圖2 溫控系統(tǒng)框圖通過(guò)控溫系統(tǒng)形成閉環(huán)。控制原理如圖所示9 待測(cè)銅棒被放在石英管內(nèi)，石英管被放在管式電爐中央，銅棒右側(cè)用石英桿抵住傳感器探頭，與石英管接觸。加熱時(shí)，石英桿向右膨脹，但石英桿與等長(zhǎng)石英管相應(yīng)部分的膨脹相互抵消，而與銅棒等長(zhǎng)的那一段石英管向左方膨脹會(huì)使測(cè)量結(jié)果變小。 銅棒的線脹系數(shù)為 （3）10圖3 實(shí)驗(yàn)裝置圖11數(shù)據(jù)記錄與處理 用計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)中的Ti為自變量，Ui 為因變量，在計(jì)算機(jī)上畫(huà)出Ti-Ui直線，對(duì)偏離該直線較遠(yuǎn)的數(shù)組應(yīng)予舍棄。然后用最小二乘法求其斜率，確定dU/dT， 根據(jù)已知的樣品長(zhǎng)度