[实用新型]基于超声相位差法的杨氏模量测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种试验仪器，特别涉及一种基于超声相位差法的杨氏模量测量装置。

背景技术

    传统的拉伸法采用光杠杆、望远镜和标尺等实现杨氏模量的测量,存在着自动化程度不高、耗时较长、光路调节比较麻烦等弊端。

发明内容

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于超声相位差法的杨氏模量测量装置，提高了杨氏模量的测量精度，大大增强了可操作性和自动化程度。

其技术方案是：包括金属丝、烧杯、发射换能器、接受换能器、测量仪器主体，在在待测的金属丝下方悬挂一个烧杯，将发射换能器固定在烧杯的下方；在发射换能器的正下方平行放置接收换能器，并将发射换能器和接受换能器与测量仪器主体相连。

本实用新型的有益效果是：运用超声波相位法测距原理，设计了一种新颖的超声相位差法测量杨氏模量的实验装置，从而缩短了测量时间，提高了测量精度，可操作性和自动化程度也大大增强。

附图说明

附图1是本实用新型的结构示意图；

上图中：金属丝1、烧杯2、发射换能器3、接受换能器4、测量仪器主体5。

具体实施方式

     结合附图1，对本实用新型作进一步的描述：

本实用新型包括金属丝1、烧杯2、发射换能器3、接受换能器4、测量仪器主体5，在在待测的金属丝1下方悬挂一个烧杯2，将发射换能器3固定在烧杯2的下方；在发射换能器3的正下方平行放置接收换能器4，并将发射换能器3和接受换能器4与测量仪器主体5相连。

其工作原理是：

利用相位差法测量杨氏模量系统装置如图1所示，在待测金属丝1下方悬挂一个烧杯2，将发射换能器3固定于其下方，两者的总质量为                                                。

在发射换能器的正下方平行放置接收换能器4，并将两个换能器与测量仪器主体（5）相连。测量时，首先在烧杯中加入一定量的铁砂，质量要适中，以保证金属丝被拉紧，启动测量装置，测出此时的相位差；然后向烧杯中缓慢加入更多铁砂（测量发现，若一次加入铁砂过多会导致仪器的示值发生较大偏差），随着烧杯中铁砂质量的增加，发射换能器随金属丝一起下降，使得两换能器之间的距离缩短，设铁砂的质量为时停止加入铁砂，启动测量装置，测出此时的相位差。

利用公式（1）可以求得加入的铁砂时，金属丝的长度变化量为：

                                    （5）

考虑到温度对空气中声速的影响，可以通过温度传感器测得实际温度，对声速c进行修正，其中T为空气摄氏温度：

                      （6）

故可得出测得相位差与金属丝长度变化量间的关系式：

             （7）

如果金属丝的直径为d，总长度为s，则金属丝的杨氏模量E可表示为：

                                  （8）

利用本测量装置测量时，通过输入金属丝的直径d，总长度为S及铁砂变化质量ΔM，可直接显示该金属丝的杨氏模量值。