GSZF-10型金属线膨胀-物理试验中心.DOC

SGR-1型 热膨胀实验装置 使用说明书 1 用途 适用于大专院校普通物理实验教学。这种热膨胀实验装置采用干涉量度法测量试件微小的长度变化，进而测得线膨胀系数（线膨胀率）。该装置具有结构紧凑、功耗小、准确度高的特点。仪器外形见图1。 图1 2 工作原理 长度为l0的待测固体试件被电热炉加热，当温度从t0上升至t时，试件因线膨胀，伸长到l，同时推动迈克耳孙干涉仪的动镜，使干涉条纹发生N个环的变化，则 l - l0 = Δl = N （2 –1） 图2 而线膨胀系数（或称线膨胀率） （2 –2） 所以只要用实验方法测出某一温度范围的固体试件的伸长量和加热前的长度，就可以测出该固体材料的线膨胀系数（线膨胀率）。仪器原理图示于图2。 数显温控仪的测温探头通过铂热电阻，取得代表温度信号的阻值，经电桥放大器和非线性补偿器转换成与被测温度成正比的信号；而温度设定值使用“设定旋钮”（图3）调节，两个信号经选择开关和A/D转换器，可在数码管上分别显示测量温度和设定温度。仪器加热接近设定温度，通过继电器自动断开加热电路；在测量状态，显示当前探测到的温度。 图3 3 主要技术指标 He-Ne激光器：功率约1 mW，波长632.8 nm 分束器光圈数：N = 2 平面镜光圈数：N = 2 数字测温最小分度：0.1℃ 试件品种：硬铝（20℃起测） 黄铜（H62）α=20.6×10-6/℃（25~300℃） 钢（20℃起测） 试件尺寸：l = 150 mm ，φ= 18 mm 适宜升温范围：室温 — 60℃ 温控仪工作环境：温度 0 — 50℃，湿度85%以下， 无腐蚀性气体 线膨胀装置系统误差：＜3 % 耗电功率：约50 W 重量（含附件）：17.25 kg 4 实验方法 4.1 安放试件 先用M4长螺钉旋入试件一端的螺纹孔内，从试件架上提拉出来，横放在实验台上，再用卡尺测量并记录试件长度l0，将电热炉从仪器侧面的台板上平移取下，手提M4螺钉把试件送进电热炉（注意：试件的测温孔与炉侧面的圆孔一定要对准）。然后卸下螺丝，用平面镜背面石英管一端的螺纹件将平面镜与试件联接起来。在炉体复位（从台板开口向里推到头）后，务必将测温探头穿过炉壁插入试件下半截的测温孔内，测温器手柄，应紧靠电热炉的外壳。从炉内电阻丝引出的电缆插头应插入炉旁的插座上（图4）。炉体下部与侧台板之间，用两个手钮锁紧。 图4 4.2 调节迈克耳孙干涉光路 接好激光器的线路（正负不可颠倒），再接通仪器的总电源，按“激光”开关，拨开扩束器之后，调节M1和M2两个平面镜背后的螺丝，使观察屏上的两组光点中的两个最强的重合，然后把扩束器转到光路中，屏上即出现干涉条纹，这时微调平面镜的方位，可将椭圆干涉环的环心调到视场的适中位置。对扩束器作二维调节，可纠正观察屏上光照的不均匀。 4.3 测量方法 可以采用按升高一定的温度（例如10℃）测量试件伸长量的方法，也可以采用按试件一定的伸长量（例如由50或100个干涉环变化算出的光程差），测出所需升高温度的方法。测量前，先将温控仪选择开关置于“设定”，转动设定旋钮，直到显示出预定温度值。就α有参考值或标准值的试棒而言，如果用后一种方法，须根据公式（2-2）和（2-1）求出每计数N（例如100或50）个干涉环变化所对应的温升（t - t0）。此外，在准备自动控制加热温度时，还应考虑到，在测量范围内通常在比设定温度大约低 2.8℃时，加热电路被切断。所以，可做如下估算： 设定温度=基础温度+温升+2.8℃ 设定温度后，将选择开关置于“测量”，记录试件初始温度t0，认准干涉图样中心的形态，按“加热”键，同时仔细默数环的变化量。待达到预定数（例如50环或100环）时，记录温度显示值t。当接近和达到设定温度时，红灯亮（绿灯闪灭），加热电路自动切断。 一种样品测试完毕后，直接按“暂停”键，手控停止加热最便捷。 当室温低于试件的线性变化温度范围时，可加热至所需温度，再开始实验测量。 不用自动控制时，请将设定温度定在60℃以上。 这台仪器还能用来测绘线膨胀与温度变化关系曲线：例如以横轴标出25-30℃温度变化（精确到0.1℃），以纵轴标出线膨胀△l（可按每10个干涉环变化计算长度，以μm为单位），描点作图。 4.4 更换试件 松开加热炉下部的手钮，使炉体平移，离开侧台板。旋下动镜拔下测温头，再换上螺丝提手从炉内取出试件。用风冷法或其他方法，使炉内温度降到最接近室温的稳定值，确认后，按4.1节要求安放待测试件，安妥后通常需要重新调节光路。无论以前是自动还是手控切断加热电路，只要按一次“加热”键，即开始新一轮的加热过程。实验完毕，切断加热炉电源。 4.5 数据表格 将实验原始数据和按公式（2-1）、（2-2）计算的结