1、WS-SDT-2000 金属线膨胀系数测量仪用户手册中国科学院成都科学仪器研制中心成都中科唯实仪器有限责任公司制造地 址：成都高新区科园南一路 7 号电 话：（028）85121813 85121821-829 传 真：（028）85121830邮 编：610041网 址：E-mail ：WS-SDT-2000 金属 线 膨 胀 系数 测 量 仪 用 户 手册1一、 简介SDT2000 金属线膨胀系数测量仪采用加热管方式加 热，从样品内加热（见图一），加热均匀；长度、温度测量通过光栅测微头和高精度数字式温度传感器完成；光栅测微头和温度传感器输出数据直接输入控制系统，由控制系统对数据进行记录和处
2、理。整个系统的运行和数据记录处理通过一个以 32 位微处理器为核心的嵌入式系统完成。系统由电控部分和 测量座部分组成， 测量座部分见图二照片。 电控部分见图三。本 测量仪附带的光 栅测微头可以独立使用，用于精密测量，精度 为1m，量程 10mm。图一 样品加热部分原理图样品温度传感器光栅测微头 绝热样品套 加热管固定端光栅测微头样品管样品固定螺母加热棒温度传感器样品套 光栅测微头支架图二 测量座组成图三 电控部分前面板WS-SDT-2000 金属 线 膨 胀 系数 测 量 仪 用 户 手册2二、系统安装1. 测量座的安装。第一步，安装温度传感器：将温度传感器旋入样品套中部的螺纹孔中（注：样品套
3、两端的孔为观察孔，不能安装温度 传感器），安装过程中不要拉扯温度传感器输出线。参 见图四。第二步，安装样品管：将样品管插入样品套中， 拧上样品固定螺母。步 骤参见图五。如果是更换样品管，为了避免烫伤，必须等热 的样品管冷却后，才能更换。第三步，安装加热棒：将加热棒插入样品管中，操作参见图六。注意：加 热棒必须完全插入样品管中，否则样 品加热会不均匀。在做完实验换样品管时，由于加 热棒可能还有余温，因此只能握持加热棒根部把手部分，禁止触摸加热棒金属部分。测量过程中应避免加热棒滑出。加热棒未插入样品管中或温度传感器未安装时禁图五 样品管安装图三 电控部分前面板样品管图四 安装温度传感器样品套观察孔
4、观察孔温度传感器样品套样品固定螺母WS-SDT-2000 金属 线 膨 胀 系数 测 量 仪 用 户 手册3止加热。第四步，安装光栅测微头：将光栅测微头插入支架安装孔中，拧紧固定螺钉。注意：固定螺钉不宜拧得过紧，以光栅测微头不滑动为度。操作参见图七。光栅测微头是精密测量器具，使用中禁止剧烈震动和撞击，否则会造成读数错误或损坏。2. 电缆连接将温度传感器、光栅测微头、加 热棒电缆插入电控箱后面板对应插座中。所有的插头都采用快速接头，插入 时握住插头后部金属部分，拔出时握住插头外壳向外拔出。上面三种插头分别为 三芯、五芯和四芯，这样 可以有效避免插头插错。参见图八。图七 安装光栅测微头图六 安装加
5、热棒样品套加热棒加热棒 样品套样品套样品管光栅测微头支架固定螺钉温度传感器接口光栅测微头接口加热棒接口WS-SDT-2000 金属 线 膨 胀 系数 测 量 仪 用 户 手册4三、实验操作整个测量过程通过电控系统机箱前面板上的操作键控制。共有七个操作按键，分为参数选择、数据浏览/ 参数修改、参数设置、测量开始/停止、加热器开关：参数选择按键 在参数设置状态时用于参数选择；数据浏览/参数修改按键 用于浏览数据或在参数设置状态时修改参数；参数设置按键 切换工作状态；s测量开始/停止按键 开始或停止测量；M加热器开关按键 用于打开或关闭加热器电源；操作按键排列参见图九。1.电控系统操作工作状态切 换
6、仪器分为 4 种工作状态：测量状态、测量数据显示状态、测量曲线显示状态、位移测量状态。测量状态：完成温度和长度测量，并记录测量结果。测量数据显示状态：以表格的形式显示记录的温度变化与对应的长度变化数值。测量曲线显示状态：显示记录的长度变化随温度变化的曲线。位移测量状态：该状态下只显示光栅测微头的读数，此时光栅测微头可以单独使用，用于测量微小的位移（如：可以用于杨氏模量，代替光杠杆）。工作状态切换通过参数设置按键 完成。在测量状态，如果测量是在进行s中，则该键 无效，只有退出测量状态，才可切 换工作状 态。测量切换工作状态到测量状态。按测量开始/停止按键 开始或停止测量。测量M状态屏幕显示参见图
7、十。屏幕 显示温度随时间变化的曲线，横坐标为时间， 纵坐标为温度。测量有两种模式：升温模式、升降温模式。升温模式：测量升温过程中样品长度改变量与温度改变量之间的关系。升降温模式：先测量升温过程中样品长度改变量图九 电控系统操作按键图八 控制系统后面板WS-SDT-2000 金属 线 膨 胀 系数 测 量 仪 用 户 手册5与温度改变量之间的关系，当温度达到设定温度后，关闭加热器， 让样品管自然降温，测量降温过程中样品长度改变量与温度改变量之间的关系。测量前需要设置以下测量参数：记录起始温度、记录终止温度、记录温度间隔、加热功率。记录起始温度：当温度超过起始温度时开始记录样品长度随温度的变化。记
8、录终止温度：当温度超过终止温度时，停止记录（升温模式）或关闭加热器（升降温模式），如果测量模式 为升降温模式，关 闭加 热器后， 继续记录，当温度低于起始温度时停止记录。记录温度间隔：当温度变化达到记录温度间隔的整数倍时，记录一次温度与样品长度。加热功率：表示加热器实际加热功率与满功率的百分比，加热器满功率约为100W。测量参数设置方法如下，在测量状态，按参数 选择按键 选择要设置的参数和测量模式（第一次按此键进入设置状态，被选中的参数或测量模式图标在屏幕上以反显的形式表示），按数据浏览/参数修改按 键 修改参数，设置完成后按 键退出设置状态并保存设置值。s在测量状态，加热器开关键 可以打开和
9、关闭加热棒电源，其它状态该键无效。在测量进行中使用此 键会改变测量过程， 应尽量避免在测量过程中使用该键。测量数据显 示测量完成后，按 键切换到测量数据显示状态，可以显示测量过程中记录s的数据，数据为温度变化量及其对应的长度变化量。按 键浏览数据。参见图十一。图十 测量状态显示界面测量模式图标升温模式升降温模式测量过程中出现该图标，并闪烁加热过程中出现该图标，并闪烁加热功率当前温度光栅测微头读数记录起始温度记录终止温度记录温度间隔加热功率记录起始温度记录终止温度WS-SDT-2000 金属 线 膨 胀 系数 测 量 仪 用 户 手册6测量曲线显 示测量完成后，按 键两次切换到测量数据显示状态。
10、屏幕显示温度长度s曲线。参 见图十二。横坐标为温度变化量，纵坐标为长 度变化量位移测量按 键切换到位移测量状态，可以 单独进行位移测量。在位移测量状态按 s清零，按 键 切换长度单位英寸/毫米。 该状态下仪器可以作为一台光M栅数显测微仪使用。参见图 十三界面。2.实验步骤：将测量座按前面介 绍方法安装完 毕，连接好电缆，打开电源开关，将仪器设置为测量状态；检查温度传 感器是否正常，正常情况下，前面板液晶屏应显示当前室温度；检查光栅测 微头是否正常，拨动光栅测微头，屏幕上光栅测微头读数应变化；根据需要设 置好测量模式与 测量参数，按 测量开始/ 停止按键 开始测M量，在测 量过程中，按 键将退出
11、测量。M测量结束后切 换到测量数据 显示状态，可以浏览记录的温度与长度数据，对测量数据进行线性拟合，再根据样品管的初始长度，即可计算出材料的线膨胀系数（具体计算过程参见附录）。由于是学生实验仪器，仪器没有对数据进行拟合， 拟合过程由学生自行完成。更换样品重复以上过程，可以得到不同材料的线膨胀系数。图十一 测量数据显示界面测量模式记录温度间隔图十二 测量曲线显示界面图十三 位移测量界面WS-SDT-2000 金属 线 膨 胀 系数 测 量 仪 用 户 手册7四、性能参数长度: 测量精度1m，分辨率 1m，量程 10mm。温度: 温度测量误差：0.5（-10+85 ），温度分辨率 0.1，温度测量
12、范围-55 +125。加热器：功率 0-100W 可调 ，电压 36V AC样品有效长度：500mm五、设备清单电控箱 1 台测量座 1 台加热棒 1 根样品管 3 只（黄铜，铝，铁）温度传感器 1 只光栅测微头 1 只电源线 1 根用户手册 1 本六、售后服务及技术支持本产品 18 月内免费维修。并提供与本仪器相关大学普物实验技术支持。成都中科唯实仪器有限责任公司制造二零零七年十月WS-SDT-2000 金属 线 膨 胀 系数 测 量 仪 用 户 手册8附录 最小二乘法拟合测量数据设测量的数据如下表：NO. T（） L（mm）1 1t1l2 223 33 n ntnl对于一般材料的热胀冷缩，温度变化和长度变化的关系为(1)bktl式中长度变化量， 温度变化量t如果样品管的长度为 ，则线膨胀系数L(2)k用公式(1)拟合前面表中的实验数据，可以得到 。拟合方法有多种，k最小二乘法使用最为普遍，最小二乘法 拟合从前面实验数据的计算 值的k公式如下(3)2112niniiiittltltk于是线膨胀系数(4)Lttnltltnii iini 2112
