实验 用CCD测量杨氏弹性模量

5)
在 CCD 摄像机的电源接通以后 , 显示器的屏幕内可能会出
现不清晰的图像。首先调节 CCD 摄像机的镜头 , 通过增大光阑
和调节焦距,使得在整个屏幕内的亮度均匀, 并出现模糊的图
像。此时观察屏幕 , 并通过调节显微镜的目镜以得到清晰的 刻度； 调节三维磁性座的轴向旋钮改变显微镜的轴向位置 ,
按工程要求应在上、中、下各部位分别进行测量。每个位置 在相互垂直的方向各测一次。 (5) 将前述- 4)
式中,ΔL与M有对应关系。如果M是1个砝码的质量,ΔL应是荷重 增(或减)1个砝码所引起的光标偏移量; 如果ΔL是荷重增(或减)4 个砝码所引起的光标偏移量,M就应是4个砝码的质量。
实验
用CCD测量杨氏弹性模量
一、 (1) 学会用CCD杨氏模量测量仪测量长度的微小变化量。 (2) 学会测定金属丝杨氏弹性模量的一种方法。 (3) 学习用逐差法处理数据。 二、 杨氏弹性模量测量仪支架、磁座底座、砝码、千分尺、
CCD摄像机和显示器等。
三、
任何物体在外力作用下都会发生形变，当形变不超过某一
五、 (1) 测量钼丝的微小伸长量, 将数据记录于表3 - 6 - 1中。 表 3 - 6 - 1 测量钼丝的微小伸长量数据表 l0=__________mm
4)
视频显示器图像示意图如图 3-6-3所示。屏幕正下方有四
个旋钮,自左至右依次为调节水平扫描、垂直扫描、亮度和对 比度。将显示器背后的电源插头插到220 V插座内,并按一下屏 幕右下方的开关之后,几秒钟内显示屏即出现图像。调节水平 和垂直扫描使图像稳定。实验中对比度宜大些, 而亮度以适中
为好。
图 3 - 6 - 3 显示器图像示意图
十字叉丝随着金属丝的伸长同样下降了ΔL,而叉丝板通过显
微镜的物镜(放大倍数设为1×)成像在最小分度为0.05mm的分划
板上 , 再被目镜放大 , 所以能够用眼睛通过显微镜对 ΔL 做直接测 量。采用CCD系统代替眼睛更便于观测,并且能够减轻视疲劳。 CCD摄像机的镜头将显微镜的光学图像汇聚到 CCD上,再变成视 频电信号,经视频电缆传送到图文显示器, 即可供多人同时观测。
或缩短形变。设柱状物体的长度为L, 截面积为S, 沿长度方向受 外力F作用后伸长(或缩短)量为ΔL, 单位横截面积上的垂直作用
力F/S称为正应力, 物体的相对伸长量ΔL/L称为线应变。 实验
结果证明, 在弹性范围内, 正应力与线应变成正比,
这个规律称为虎克定律。式中,比例系数Y称为杨氏弹性模量。 在 国 际 单 位 制 中 , 它 的 单 位 为 N/m2, dyn/cm2(达因/厘米2)。它是表征材料抗应变能力的一个固定参 量, 完全由材料的性质决定, 与材料的几何形状无关。
增、减砝码时, 动作要轻, 防止因增、减砝码时使砝码盘产
生微小振动而造成读数的起伏较大。
(2) 取同一负荷下叉丝读数的平均值 l ' , l ' ,, l ' , 用逐差法 1 2 8 求出钼丝荷重增减4个砝码时光标的平均偏移量ΔL。
(3) 用钢卷尺测量上、下夹头间的钼丝长度L。
(4) 用千分尺测量钼丝直径d。由于钼丝直径可能不均匀,
图 3- 6-2
CCD杨氏模量测量仪器外形
2)
将显微镜所在的三维磁性座的刨光面紧靠定位板直边。按
显微镜工作距离大致确定物镜与被测十字叉丝板的距离之后 , 用眼睛对准镜筒, 转动目镜, 对分划板调焦, 以看到分划板上
清晰的刻度。然后沿定位板微移磁性座, 在分划板上找到十字
叉丝像, 经磁性座升降微调,使微尺分划板的零线(和0～1 mm 之间的其他位置)对准十字叉丝的横线, 并微调目镜, 尽量消除 视差。 最后锁住磁性座。
图3-6-1
CCD杨氏模量测量仪系统结构示意图
四、
1.
1)
CCD杨氏模量测量仪器外形如图3-6-2所示。除显示器以外,
各器件都在同一底座上。底座可以用螺旋底角调平。用上梁底 微调旋钮调节夹板的水平,直到穿过夹板的细丝不靠贴小孔内
壁。再调节下梁一侧的防摆动装置, 将两个螺丝分别旋进铅直
细丝下连接框两侧的“V”形槽,并与框体之间形成两个很小的 间隙, 以便能够上下自由移动, 又能避免发生扭转和摆动现象。
4 FL Y 2 d L
(3 - 6 - 2)
2. 测量原理 在实际测量中,由于钼丝伸长量ΔL的值很小,约10-1mm 数
量级。因此,这里ΔL的测量采用显微镜和CCD成像系统进行。 如图3-6-1所示,在悬垂的金属丝下端连着十字叉丝板和砝码盘 ,
当盘中加上质量为M的砝码时,
F Mg
(3 - 6 - 3)
F L Y S L
(3 - 6 - 1)
本实验是测量钼丝的杨氏弹性模量, 实验方法是将钼丝悬 挂于支架上,上端固定,下端加砝码,对钼丝施加力F, 测出钼丝相 应的伸长量ΔL,即可求出Y。钼丝长度L用钢卷尺测量,钼丝的横 截面积S=πd2/4, 直径d用千分尺测出,力F由砝码的质量求出。由
式(3 - 6 - 1)可得
以得到清晰的十字叉丝图像(如图3 - 6 - 3所示)。
2.
(1) 记下待测细丝下的砝码盘未加砝码时屏幕上显示的毫 米尺在十字叉丝横丝上的读数 l0。以后在砝码盘上每增加一个 M=200g的砝码, 记下相应的叉丝读数li(i=1, 2, …, 8)。然后逐一
' 减掉砝码, 再从显示屏上读取 l1' , l2 ,, l8' 。
3)CCD
将CCD摄像机所在的二维磁性座的刨光面紧靠定位板直边,
镜头对准显微镜,与目镜相距约1cm。然后锁紧支杆。为使图像 清晰还须适当调节摄像镜头(参见图3-6-1)。先调节聚焦,顺时 针方向为远 (FAR), 逆时针为近(NEAR)。然后调节光阑, 顺时 针方向为关小(CLOSE), 逆时针为开大(OPEN)。
限度时,撤走外力之后,形变能随之消失, 这种形变称为弹性形 变。如果外力较大, 当它的作用停止时, 所引起的形变并不完 全消失 , 而有剩余形变 , 这称为塑性形变。发生弹性形变时 , 物体内部产生恢复原状的内应力。 弹性模量是反映材料形变与
内应力关系的物理量, 是工程技术中常用的参数之一。
1.
在形变中, 最简单的形变是柱状物体受外力作用时的伸长