一种金属线胀系数的光学测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及金属线胀系数测量领域，特别是涉及一种金属线胀系数的光学测量装置。


背景技术：

2.绝大多数的物质都具有“热胀冷缩”的性质，这是由于物体内部热运动加剧或减弱造成的。这个性质在工程结构的设计中，在机械和仪表的制造中，在金属的加工中都应该被考虑。对于不同金属构成的物质，在一定的温度变化条件下，它沿各个方向膨胀的长度略有不同，但对于各向同性的物体中沿各个方向的膨胀系数相同。金属线胀系数是金属热胀冷缩特性的衡量参数，金属线胀系数测量的关键在于如何精确测出随温度变化时的金属管的长度的改变量，由于改变量为微米量级，这给测量带来了难度。传统的测量方法(光杠杆法等)存在测量准确度底，装备庞大等缺陷。


技术实现要素：

3.本实用新型主要解决的技术问题是提供一种金属线胀系数的光学测量装置，采用小型化劈尖，利用光学方法去提高测量精确度。
4.为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种金属线胀系数的光学测量装置，其特征在于包括金属管、加热装置、光源、劈尖、热电偶温度计、电子显微镜、箱体和温控箱，所述箱体内放置有金属管、导热材料和加热装置，所述电子显微镜和光源对准劈尖，所述劈尖包括叠放的两平面玻璃片，所述位于下方的平面玻璃片固定在平台上，位于上方的平面玻璃片的一端叠放在下方的平面玻璃上，另一端架在金属管上，叠放的两片玻璃片之间形成了一劈尖倾角α。
5.进一步的是，所述光源对准位于上方的平面玻璃片。
6.进一步的是，所述箱体包括侧板、底板、固定板和顶板，所述固定板和顶板上设有上下对应的固定孔。
7.进一步的是，所述固定板上固定孔的其一中设置金属管，所述金属管穿过顶板上对应的固定孔。
8.进一步的是，所述光源对准位于上方的平面玻璃片。
9.进一步的是，所述箱体由透明材料制成，所述导热材料采用水液，所述光源采用钠光灯，所述热电偶温度计为双通道热电偶温度计，所述加热装置采用不锈钢单头干烧型加热电热棒，所述金属管为金属铜管。
10.本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种金属线胀系数的光学测量装置，采用小尺寸的装置和光学仪器，从而使得测量更精准，误差更可控。
附图说明
11.图1是本实用新型一种金属线胀系数的光学测量装置的结构示意图；
12.图2是本实用新型一种金属线胀系数的光学测量装置的劈尖示意图；
13.图3是本实用新型一种金属线胀系数的光学测量装置的劈关干涉条纹示意图。
14.1、电子显微镜；2、劈尖；3、双通道热电偶温度计；4、温控箱；5、金属管；6、不锈钢单头干烧型加热电热棒。
具体实施方式
15.下面结合附图对本实用新型较佳实施例进行详细阐述，以使实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
16.请参阅图1至图3，本实用新型实施例包括：
17.本实用新型的一种金属线胀系数的光学测量装置，包括金属管5、加热装置、光源、劈尖2、热电偶温度计、电子显微镜1、箱体和温控箱4，所述箱体内放置有金属管5、导热材料和加热装置，所述电子显微镜1和光源对准劈尖2，所述劈尖2包括叠放的两平面玻璃片，所述位于下方的平面玻璃片固定在平台上，位于上方的平面玻璃片的一端叠放在下方的平面玻璃上，另一端架在金属管上，叠放的两片玻璃片之间形成了一劈尖倾角α。
18.进一步的是，所述光源对准位于上方的平面玻璃片。
19.进一步的是，所述箱体包括侧板、底板、固定板和顶板，所述固定板和顶板上设有上下对应的固定孔。
20.进一步的是，所述固定板上固定孔的其一中设置金属管5，所述金属管5穿过顶板上对应的固定孔。
21.进一步的是，所述光源对准位于上方的平面玻璃片。
22.进一步的是，所述箱体由透明材料制成，所述导热材料采用水液，所述光源采用钠光灯，所述热电偶温度计为双通道热电偶温度计3，所述加热装置采用不锈钢单头干烧型加热电热棒6，所述金属管5为金属铜管。
23.本实用新型的一种金属线胀系数的光学装置的工作方法的步骤如下：
24.1)调整实验平台，打开钠光灯电源，把电子显微镜连接到电脑，h i v i ew软件视频优化条纹质量；
25.2)取出标尺，对电子显微镜定标；
26.3)打开加热开关和热电偶开关，观察温度变化和条纹的变化。
27.4)在升温过程中，记录温度，每隔1度，在软件中采集一张图片，实验中可以连续采集20张。
28.5)降温过程重复升温过程的步骤；
29.4)使用matlab软件计算劈尖倾角、材料伸长量以及金属线胀系数。
30.进一步的是，如图1所示，所述步骤4)中劈尖倾角为α，将两块光学玻璃板叠在一起，一边固定在平台上，另一边架在长度d为的铜棒上，则在两玻璃间就形成了一个劈尖倾角α。
31.进一步的是，所述步骤4)金属线胀系数是一个常量，其表达式为
32.33.其中d为金属原长度，d
′
为变化后的金属长度，t为金属原长d时的温度，t'为金属长度为d'时的温度，在温度范围为0℃-100℃时金属线胀系数为恒定值。
34.进一步的是，所述当平行单色光垂直入射时，空气劈尖的上表面指上玻璃的下表面；空气劈尖的下表面指的是下玻璃的上表面，在空气劈尖(n≈1)的上下两表面所引起的反射光线为相干光，在劈尖厚度即指的是上玻璃的下表面上的某点到下玻璃的上表面的垂直距离为e处的两光线的光程差为此处形成暗纹条件为：
[0035][0036]
任何两个相邻的暗条纹间所对应的空气膜厚度差劈尖倾角与条纹间距以及劈尖边缘金属突出高度d之间的关系为：
[0037][0038]
金属长度变化的表达式为：
[0039][0040]
该表达式中；l为两平面玻璃片的交线到金属管边缘的距离；l为两相邻的条纹之间的距离，λ为入射光的波长，
[0041]
线胀系数为
[0042]
下列为10.0cm的金属铜管金属为例说明本发明方法。
[0043]
(1)升温过程：其中l
t
为t温度下的条纹宽度，l
t 25
为t 25温度下的条纹宽度。
[0044][0045]
表1
[0046]
采用逐差法，得δ1＝3071.3，δ2＝3042.6，δ3＝3114.6，δ4＝3121.9，δ5＝3161.8。所以代入公式得，α＝1.757
×
10-5
℃-1
[0047]
(2)降温过程
[0048][0049][0050]
表2
[0051]
采用逐差法，得δ1＝3055.6，δ2＝3104.8，δ3＝3154.0，δ4＝3094.7，δ5＝3161.3。所以代入公式得，α＝1.762
×
10-5
℃-1
[0052]
查阅的金属线胀系数如下表(温度范围20℃-100℃)
[0053]
金属名称线胀系数/℃-1
锡青铜17.6*10-6
[0054]
表3
[0055]
该产品测量出升降温的参数如下表格
[0056]
升温测量/10.0cm1.757*10-5
0.17降温测量/10.0cm1.762*10-5
0.11平均1.759*10-5
0.14
[0057]
表4
[0058]
由表1-4可知，长度10cm的锡青铜所测线胀系数的百分误差为0.14％，有较好的精确度。
[0059]
本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种金属线胀系数的光学测量装置，采用小尺寸的装置和光学仪器，从而使得测量更精准，误差更可控。
[0060]
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。