弹性模量测量方法和装置
阅读：391发布：2020-05-11
专利汇可以提供弹性模量测量方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供的一种 弹性模量 测量方法和装置，所述方法包括：获取待测金属丝的横截面积和第一 电阻 值；向所述待测金属丝施加作用 力 ，以使所述待测金属丝发生弹性形变；获取所述第一电阻值与所述待测金属丝在所述作用力下的第二电阻值之间的差值；根据所述横截面积、所述第一电阻值、所述第一电阻值与所述待测金属丝在所述作用力下的第二电阻值之间的差值和所述作用力计算所述待测金属丝的弹性模量；所述待测金属丝的弹性模量E为：式中，S为所述横截面积，单位为m2；ΔF为所述作用力，单位为N；R为所述第一电阻值，单位为Ω；R′为所述第二电阻值，单位为Ω；本 申请 实施方式能提高弹性模量测量的准确性。，下面是弹性模量测量方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种弹性模量测量方法，其特征在于，包括：
获取待测金属丝的横截面积和第一电阻值；
向所述待测金属丝施加作用力，以使所述待测金属丝发生弹性形变；
获取所述第一电阻值与所述待测金属丝在所述作用力下的第二电阻值之间的差值；
根据所述横截面积、所述第一电阻值、所述第一电阻值与所述待测金属丝在所述作用力下的第二电阻值之间的差值和所述作用力计算所述待测金属丝的弹性模量。
2.根据权利要求1所述的弹性模量测量方法，其特征在于，所述待测金属丝的弹性模量E为：
式中，S为所述横截面积，单位为m2；ΔF为所述作用力，单位为N；R为所述第一电阻值，单位为Ω；R′为所述第二电阻值，单位为Ω。
3.根据权利要求1所述的弹性模量测量方法，其特征在于，步骤向所述待测金属丝施加作用力，以使所述待测金属丝发生弹性形变之前，还包括：
拉伸所述待测金属丝，以使所述待测金属丝能进入屈服阶段；
当所述待测金属丝进入所述屈服阶段后使所述待测金属丝卸载；并在卸载所述待测金属丝后向所述待测金属丝施加预紧力，以使所述待测金属丝能伸直。
4.根据权利要求3所述的弹性模量测量方法，其特征在于，步骤向所述待测金属丝施加作用力，以使所述待测金属丝发生弹性形变，具体包括：
在预定基础作用力的基础上按照预定的规则增加后得到第一当前作用力；
按照所述第一当前作用力向所述待测金属丝施加拉力，以使所述待测金属丝能在所述拉力下发生弹性形变，且使所述拉力的方向与所述待测金属丝的延伸方向相一致；
当所述第一当前作用力达到第一预设值时，在所述第一预设值的基础上按照所述预定的规则减小后得到第二当前作用力；
按照所述第二当前作用力向所述待测金属丝施加拉力，以使所述待测金属丝能在所述拉力下发生弹性形变，且使所述拉力的方向与所述待测金属丝的延伸方向相一致。
5.根据权利要求4所述的弹性模量测量方法，其特征在于，步骤获取所述第一电阻值与所述待测金属丝在所述作用力下的第二电阻值之间的差值，具体包括：
在按照所述第一当前作用力向所述待测金属丝施加拉力的过程中，获取所述待测金属丝在所述第一当前作用力下的当前加载电阻值；
在按照所述第二当前作用力向所述待测金属丝施加拉力的过程中，获取所述待测金属丝在所述第二当前作用力下的当前卸载电阻值；
根据所述当前加载电阻值和所述当前卸载电阻值获取所述第一电阻值与所述待测金属丝在所述作用力下的第二电阻值之间的差值。
6.一种弹性模量测量装置，其特征在于，包括：
机架；
夹持机构，所述夹持机构设置于所述机架上，所述夹持机构用于夹持待测金属丝；
加力手轮，所述加力手轮与所述夹持机构相连，且所述加力手轮能转动地设置于所述机架上；以能在相对于所述机架转动时对所述待测金属丝施加作用力；
测量仪，所述测量仪用于与所述待测金属丝相连，以能测量所述待测金属丝的电阻。
7.根据权利要求6所述的弹性模量测量装置，其特征在于：所述夹持机构包括相对设置的第一夹持件和第二夹持件，所述第一夹持件与所述加力手轮相连，所述第二夹持件与所述机架相固定，所述第一夹持件用于夹持所述待测金属丝的一端；所述第二夹持件用于夹持所述待测金属丝的另一端。
8.根据权利要求6所述的弹性模量测量装置，其特征在于：所述机架上设置有定向装置，所述加力手轮通过所述定向装置与所述夹持机构相连；所述定向装置用于限制所述夹持机构在所述加力手轮转动时转动，以防止所述待测金属丝发生扭转变形。
9.根据权利要求8所述的弹性模量测量装置，其特征在于：所述定向装置包括通过球铰链与所述加力手轮相连的定向杆；所述定向杆的延伸方向与所述加力手轮的转动轴线之间形成不为0°或者180°的夹角；且所述定向杆与所述机架相抵，以避免所述待测金属丝随所述加力手轮转动而转动。
10.根据权利要求9所述的弹性模量测量装置，其特征在于：所述机架上设置有凹槽，所述定向杆伸入所述凹槽内，所述定向杆在所述加力手轮转动时能沿所述凹槽的内壁移动。
弹性模量测量方法和装置
技术领域
背景技术
[0002] 材料在外力作用下都会产生形变。根据胡克定律，在拉力F不太大的情况下，物体的形变是弹性形变。衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度就是弹性模量。弹性模量是表征材料力学性能的重要参数，通常作为工程技术领域选择材料的一项重要指标。
[0003] 根据胡克定律：在弹性限度内，伸长应变△l/l与外应力F/S成正比。即[0004]
[0005] 式中，E为弹性模量；F为金属丝长度方向受到的外力；单位为N；S为金属丝的横截面积，单位为m2；l为金属丝被测段的长度，单位为m；△l为金属丝长度方向受到外力后的伸长量，单位为m。F、l、S都易于精确测量，而△l非常微小，不易测量。因此，现有技术中公开了一种通过测量金属丝伸长前后的电阻值变化来代替测量△l的弹性模量测量方法。具体地，该弹性模量测量方法，根据公式 式中，ρ为电阻率；并假设在金属丝受力时ρ电阻率与S横截面积均不变；得到 将 代入 得到 从而只要测量出△R就能求得E。由于该公式推导的过程中，假设在金属丝受力时ρ电阻率与S横截面积均不变，而实际上在金属丝受力时ρ电阻率与S横截面积均变化，因此测量的结果与实际的弹性模量之间会产生偏差。且由于ρ电阻率与S横截面积对于金属丝的电阻值的影响相同，所以两个假设相对真实情况产生同向偏差。具体地，ρ电阻率在金属丝受力时变大，从而导致金属丝在受力时的电阻的真实值大于假设条件下的电阻值。由于假设的横截面积不变，也即相当于假设泊松比为0。但是真实的材料泊松比为0.3左右，因此金属丝受力时，横截面积会收缩，如此导致金属丝真实的电阻值大于假设条件下的电阻值。因此通过假设金属丝受力时ρ电阻率与S横截面积均不变所得出的计算公式与金属丝的实际变形情况相差较大。
发明内容
[0007] 有鉴于此，本申请实施方式提供了一种能提高准确性的弹性模量测量方法和装置。
[0008] 本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种弹性模量测量方法，包括：获取待测金属丝的横截面积和第一电阻值；向所述待测金属丝施加作用力，以使所述待测金属丝发生弹性形变；获取所述第一电阻值与所述待测金属丝在所述作用力下的第二电阻值之间的差值；根据所述横截面积、所述第一电阻值、所述第一电阻值与所述待测金属丝在所述作用力下的第二电阻值之间的差值和所述作用力计算所述待测金属丝的弹性模量。
[0009] 作为一种优选的实施方式，所述待测金属丝的弹性模量E为：
[0010]
[0011] 式中，S为所述横截面积，单位为m2；ΔF为所述作用力，单位为N；R为所述第一电阻值，单位为Ω；R′为所述第二电阻值，单位为Ω。
[0012] 作为一种优选的实施方式，步骤向所述待测金属丝施加作用力，以使所述待测金属丝发生弹性形变之前，还包括：拉伸所述待测金属丝，以使所述待测金属丝能进入屈服阶段；当所述待测金属丝进入所述屈服阶段后使所述待测金属丝卸载；并在卸载所述待测金属丝后向所述待测金属丝施加预紧力，以使所述待测金属丝能伸直。
[0013] 作为一种优选的实施方式，步骤向所述待测金属丝施加作用力，以使所述待测金属丝发生弹性形变，具体包括：
[0014] 在预定基础作用力的基础上按照预定的规则增加后得到第一当前作用力；
[0015] 按照所述第一当前作用力向所述待测金属丝施加拉力，以使所述待测金属丝能在所述拉力下发生弹性形变，且使所述拉力的方向与所述待测金属丝的延伸方向相一致；
[0016] 当所述第一当前作用力达到第一预设值时，在所述第一预设值的基础上按照所述预定的规则减小后得到第二当前作用力；
[0017] 按照所述第二当前作用力向所述待测金属丝施加拉力，以使所述待测金属丝能在所述拉力下发生弹性形变，且使所述拉力的方向与所述待测金属丝的延伸方向相一致。
[0018] 作为一种优选的实施方式，步骤获取所述第一电阻值与所述待测金属丝在所述作用力下的第二电阻值之间的差值，具体包括：
[0019] 在按照所述第一当前作用力向所述待测金属丝施加拉力的过程中，获取所述待测金属丝在所述第一当前作用力下的当前加载电阻值；
[0020] 在按照所述第二当前作用力向所述待测金属丝施加拉力的过程中，获取所述待测金属丝在所述第二当前作用力下的当前卸载电阻值；
[0021] 根据所述当前加载电阻值和所述当前卸载电阻值获取所述第一电阻值与所述待测金属丝在所述作用力下的第二电阻值之间的差值。
[0022] 一种弹性模量测量装置，包括：机架；夹持机构，所述夹持机构设置于所述机架上，所述夹持机构用于夹持待测金属丝；加力手轮，所述加力手轮与所述夹持机构相连，且所述加力手轮能转动地设置于所述机架上；以能在相对于所述机架转动时对所述待测金属丝施加作用力；测量仪，所述测量仪用于与所述待测金属丝相连，以能测量所述待测金属丝的电阻。
[0023] 作为一种优选的实施方式，所述夹持机构包括相对设置的第一夹持件和第二夹持件，所述第一夹持件与所述加力手轮相连，所述第二夹持件与所述机架相固定，所述第一夹持件用于夹持所述待测金属丝的一端；所述第二夹持件用于夹持所述待测金属丝的另一端。
[0024] 作为一种优选的实施方式，所述机架上设置有定向装置，所述加力手轮通过所述定向装置与所述夹持机构相连；所述定向装置用于限制所述夹持机构在所述加力手轮转动时转动，以防止所述待测金属丝发生扭转变形。
[0025] 作为一种优选的实施方式，所述定向装置包括通过球铰链与所述加力手轮相连的定向杆；所述定向杆的延伸方向与所述加力手轮的转动轴线之间形成不为0°或者180°的夹角；且所述定向杆与所述机架相抵，以避免所述待测金属丝随所述加力手轮转动而转动。
[0026] 作为一种优选的实施方式，所述机架上设置有凹槽，所述定向杆伸入所述凹槽内，所述定向杆在所述加力手轮转动时能沿所述凹槽的内壁移动。
[0027] 本申请提供的弹性模量测量方法和装置的有益效果是：本申请实施方式所述的弹性模量测量方法和装置通过测量待测金属丝的横截面积、第一电阻值、第二电阻值和作用力，并根据公式： 式中，S为待测金属丝的横截面积，单位为m2；ΔF为加力手轮施加在待测金属丝上的作用力，单位为N；R为第一电阻值，单位为Ω；R′为第二电阻值，单位为Ω。计算待测金属丝的弹性模量。由于根据公式： 所计算出的待测金属丝的弹性模量E与待测金属丝真实的弹性模量E之间的偏差主要由体积不变与电阻率不随应力变化而变化的假设条件引起。虽然假设条件会使待测金属丝拉伸后的电阻值R′与待测金属丝拉伸后真实的电阻值产生偏差，但这两个假设条件对于待测金属丝拉伸后的电阻值R′的影响是相反的。从而减小了计算结果与真实值的误差。从而根据公式： 所计算出的待测金属丝的弹性模量E的准确性更高。因此，本申请实施方式提供了一种能提高准确性的弹性模量测量方法和装置。附图说明
[0028] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029] 图1是本发明实施方式所提供的弹性模量测量装置的整体示意图；
[0030] 图2是本发明实施方式所提供的弹性模量测量方法的流程图。
[0031] 附图标记说明：
[0032] 11、待测金属丝；13、机架；15、夹持机构；19、加力手轮；21、测量仪；23、第一夹持件；25、第二夹持件；27、定向杆；29、第一立杆；31、第二立杆；33、第一横杆；35、第二横杆；37、竖直延伸段；39、操作部；41、力学传感器。
具体实施方式
[0033] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 请参阅图1。本申请一种实施方式提供的弹性模量测量装置，其可以包括：机架13；夹持机构15，所述夹持机构15设置于所述机架13上，所述夹持机构15用于夹持待测金属丝
11；加力手轮19，所述加力手轮19与所述夹持机构15相连，且所述加力手轮19能转动地设置于所述机架13上；以能在相对于所述机架13转动时对所述待测金属丝11施加作用力；测量仪21，所述测量仪21用于与所述待测金属丝11相连，以能测量所述待测金属丝11的电阻。
11；加力手轮19，所述加力手轮19与所述夹持机构15相连，且所述加力手轮19能转动地设置于所述机架13上；以能在相对于所述机架13转动时对所述待测金属丝11施加作用力；测量仪21，所述测量仪21用于与所述待测金属丝11相连，以能测量所述待测金属丝11的电阻。
[0035] 由以上方案可以看出：本申请实施方式所述的弹性模量测量装置通过加力手轮19相对于机架13转动对待测金属丝11施加作用力，能使得加力手轮19能逐渐增大或者逐渐减小作用于待测金属丝11上的作用力。进而当待测金属丝11的直径较细时，能通过加力手轮19逐渐向待测金属丝11施加作用力，以避免待测金属丝11的断裂。
[0036] 在本实施方式中，机架13整体上呈矩形。当然机架13不限于为矩形，还可以是其他的形状，例如三角形等，对此本申请不作规定。具体地，该机架13包括竖直延伸的第一立杆29和第二立杆31和位于第一立杆29和第二立杆31之间的第一横杆33和第二横杆35。第一横杆33和第二横杆35均沿水平方向延伸。且第一横杆33和第二横杆35在上下方向上相间隔。
例如如图1所示，第一立杆29位于机架13的左侧。第二立杆31位于机架13的右侧。第一横杆
33位于第二横杆35的上方。且第一横杆33、第二横杆35、第一立杆29以及第二立杆31之间围成矩形。
例如如图1所示，第一立杆29位于机架13的左侧。第二立杆31位于机架13的右侧。第一横杆
33位于第二横杆35的上方。且第一横杆33、第二横杆35、第一立杆29以及第二立杆31之间围成矩形。
[0037] 在本实施方式中，夹持机构15用于夹持待测金属丝11。该待测金属丝11的制作材料可以为镍铬合金。例如该待测金属丝11的制作材料为Cr20Ni80合金。
[0038] 进一步地，夹持机构15设置于机架13上。具体地，该夹持机构15可以固定于机架13上。该固定方式可以是螺钉固定、螺栓固定、焊接固定、一体成型等，对此本申请不做规定。具体地，如图1所示，夹持机构15固定于机架13的第二横杆35上。
[0039] 在本实施方式中，加力手轮19与夹持机构15相连。该连接方式可以是螺钉固定、螺栓固定、焊接固定、一体成型等。且加力手轮19能转动地设置于机架13上；以能在相对于机架13转动时对待测金属丝11施加作用力，以使该待测金属丝11能发生弹性形变。具体地，如图1所示，加力手轮19能转动地设置于第一横杆33上。且加力手轮19位于夹持机构15的上方。加力手轮19与夹持机构15的上端相连。当加力手轮19转动时，能沿上下方向提拉待测金属丝11，以使待测金属丝11能沿上下方向发生弹性形变。
[0040] 在一个实施方式中，加力手轮19与机架13螺纹连接，以使当加力手轮19相对于机架13转动时，能对待测金属丝11施加作用力。具体地，加力手轮19包括竖直延伸段37和位于竖直延伸段37一端的操作部39。例如如图1所示，操作部39位于竖直延伸段37的上端。竖直延伸段37与机架13螺纹连接。例如如图1所示，第一横杆33上设置有螺纹孔。竖直延伸段37穿设于该螺纹孔内。且竖直延伸段37的外壁上设置有与该螺纹孔内的内螺纹相适配的外螺纹。从而竖直延伸段37能在螺纹孔内沿内螺纹转动，以使加力手轮19能相对于机架13沿上下方向移动。进一步地，竖直延伸段37背对操作部39的一端与夹持机构15相连。例如如图1所示，竖直延伸段37的下端与夹持机构15相连。从而当竖直延伸段37在螺纹孔内沿内螺纹转动时，竖直延伸段37能沿上下方向通过夹持机构15向待测金属丝11施加作用力。
[0041] 进一步地，该操作部39用于供操作人员握持，以使操作人员能通过转动该操作部39转动竖直延伸段37。具体地，该操作部39可以为杆状。进一步地，该呈杆状的操作部39沿水平延伸。当然该操作部39不限于为杆状，还可以为圆盘状，对此本申请不作规定。
[0042] 进一步地，夹持机构15包括相对设置的第一夹持件23和第二夹持件25。例如如图1所示，第一夹持件23与第二夹持件25在上下方向上相对设置。且第一夹持件23位于第二夹持件25的上方。第一夹持件23与加力手轮19相连。具体地，第一夹持件23的上端与竖直延伸段37的下端相连。第二夹持件25与机架13相固定。如图1所示，第二夹持件25与第二横杆35相固定。第一夹持件23用于夹持待测金属丝11的一端。例如如图1所示，第一夹持件23用于夹持待测金属丝11的上端。第二夹持件25用于夹持待测金属丝11的另一端。例如如图1所示，第二夹持件25用于夹持待测金属丝11的下端。从而使得待测金属丝11能夹持于第一夹持件23和第二夹持件25之间。且使得当加力手轮19相对于机架13转动时，加力手轮19能沿竖直方向向待测金属丝11施加作用力。进一步地，该第一夹持件23和第二夹持件25可以采用现有的构造，对此本申请不作规定。
[0043] 在本实施方式中，测量仪21用于与待测金属丝11相连，以能测量待测金属丝11的电阻。具体地，该测量仪21用于与待测金属丝11电性连接。该测量仪21可以是电阻测量仪21。进一步地，该测量仪21可以是低电阻测量仪21。从而通过采用低电阻测量仪21可以提高测量精度。
[0044] 进一步地，该测量仪21可以用于测量待测金属丝11在未受到加力手轮19时的第一电阻值和受到加力手轮19的作用力后的第二电阻值。从而可以通过该第一电阻值、该第二电阻值和加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力以及待测金属丝11的横截面积计算该待测金属丝11的弹性模量。
[0045] 进一步地，该待测金属丝11的弹性模量E的计算公式为：
[0046]
[0047] 式中，S为待测金属丝11的横截面积，单位为m2；ΔF为加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力，单位为N；R为第一电阻值，单位为Ω；R′为第二电阻值，单位为Ω。
[0048] 具体地，上述弹性模量E的计算公式的推导过程如下：
[0049] 首先，根据在拉伸金属丝时，金属丝的长度和横截面积会产生微小的变化；得出：
[0050] 第一，若假设金属丝在拉伸前的长度为l，截面积为S，则拉伸前金属丝的电阻值[0051]
[0052] 第二，若假设金属丝在拉伸后的长度为(l+Δl)，截面积为S′，且假设金属丝的电阻率不随应力变化而变化。则拉伸后金属丝的电阻值为：
[0053]
[0054] 第三，若假设拉伸前和拉伸后金属丝的体积不变，那么：
[0055] lS＝(l+Δl)S′；(式3)
[0056] 然后，将上述式1、式2、式3联立方程，得到：
[0057]
[0058] 接着，在拉力不太大的情况下，省略高阶无穷小项 并代入如下胡克定律的公式：
[0059]
[0060] 可得：
[0061]
[0062] 整理后可得：
[0063]
[0064] 式中，S为待测金属丝11的横截面积，单位为m2；ΔF为拉伸待测金属丝11的作用力，单位为N；R为待测金属丝11拉伸前的电阻值，单位为Ω；R′为待测金属丝11拉伸后的电阻值，单位为Ω。
[0065] 由式4可知：只需要测量出待测金属丝11的横截面积、待测金属丝11拉伸前的电阻值和拉伸后的电阻值，以及拉伸待测金属丝11的作用力即可求得待测金属丝11的弹性模量。
[0066] 在上述推导过程中，根据式4所计算出的待测金属丝11的弹性模量E与待测金属丝11真实的弹性模量E之间的偏差主要由体积不变与电阻率不随应力变化而变化的假设条件引起。虽然假设条件会使待测金属丝11拉伸后的电阻值R′与待测金属丝11拉伸后真实的电阻值产生偏差，但这两个假设条件对于待测金属丝11拉伸后的电阻值R′的影响是相反的。
具体地，体积不变的假设条件即假设泊松比为0.5，但实际上材料在拉伸时体积会有微小的膨胀，即拉伸后金属丝直径相对于假设的直径增大；如此将会导致待测金属丝11拉伸后的真实的电阻值略小于假设条件下待测金属丝11拉伸后的电阻值；但待测金属丝11在拉力作用下，电阻率会升高，这使得待测金属丝11拉伸后真实的电阻值略大于假设条件下待测金属丝11拉伸后的电阻值。如此该两个假设对结果的影响相反，减小了计算结果与真实值的误差。从而根据式4所计算出的待测金属丝11的弹性模量E的准确性更高。
具体地，体积不变的假设条件即假设泊松比为0.5，但实际上材料在拉伸时体积会有微小的膨胀，即拉伸后金属丝直径相对于假设的直径增大；如此将会导致待测金属丝11拉伸后的真实的电阻值略小于假设条件下待测金属丝11拉伸后的电阻值；但待测金属丝11在拉力作用下，电阻率会升高，这使得待测金属丝11拉伸后真实的电阻值略大于假设条件下待测金属丝11拉伸后的电阻值。如此该两个假设对结果的影响相反，减小了计算结果与真实值的误差。从而根据式4所计算出的待测金属丝11的弹性模量E的准确性更高。
[0067] 进一步地，通过举例验证式4的准确性：
[0068] 假设某一碳钢丝长度为1m，直径1mm，已知碳钢弹性模量为206GPa，泊松比v＝0.3，电阻率ρ＝9.78x10-8。由于电阻率的变化ρ′难以量化，因此，先不考虑电阻率的变化(即ρ′＝ρ)并对计算公式进行化简：
[0069]
[0070] 当应变为1％时，钢丝长度变为1.01m。直径变为0.997mm(D′＝(1-4ε)D)。代入公式5计算,计算结果为：
[0071] E＝248.6GPa
[0072] 若根据公式 式中，ρ为电阻率；S为横截面积；l为待测金属丝11被测段的长度；R为待测金属丝11的电阻；并假设在金属丝受力时ρ电阻率与S横截面积均不变；得到将 代入 得到：
[0073]
[0074] 根据式6计算得到E＝124.3GPa。
[0075] 而当考虑电阻率的变化时，由于金属在受到拉力时，点阵畸变变大，电子受到散射的几率增大，电阻率会上升，即ρ′变大。若考虑这一因素，根据式5计算得到的E值将变小，即，本申请的计算结果应小于248.6GPa。而根据式6计算的结果应小于124.3GPa，由此可见本申请的计算结果更接近真实值200GPa，假设更为合理。
[0076] 进一步地，机架13上设置有定向装置。例如如图1所示，定向装置设置于加力手轮19与夹持机构15之间。加力手轮19通过定向装置与夹持机构15相连。具体地，如图1所示，定向装置的上端与竖直延伸段37的下端相连。该连接方式可以是螺钉连接、螺栓连接、焊接、一体成型等。该定向装置用于限制夹持机构15在加力手轮19转动时转动，以防止待测金属丝11发生扭转。也即通过定向装置使得加力手轮19在相对于机架13转动时能避免待测金属丝11随定向装置的转动而转动，进而保证待测金属丝11只承受轴向的拉力。
[0077] 具体地，定向装置包括通过球铰链与加力手轮19相连的定向杆27。例如如图1所示，定向杆27位于竖直延伸段37与第一夹持件23之间。定向杆27的延伸方向与加力手轮19的转动轴线之间形成不为0°或者180°的夹角。例如如图1所示，定向杆27水平延伸。定向杆27的延伸方向与竖直延伸段37的延伸方向相垂直。也即定向杆27的延伸方向与加力手轮19的转动轴线相垂直。
[0078] 进一步地，定向杆27与机架13相抵，以避免待测金属丝11随加力手轮19转动而转动。具体地，当加力手轮19转动时，加力手轮19能通过球铰链相对于定向杆27转动，而定向杆27与机架13相抵，如此定向杆27在加力手轮19转动的过程中只相对于机架13沿上下方向移动，而不随加力手轮19的转动而转动。如此能避免待测金属丝11随加力手轮19转动而转动，进而避免待测金属丝发生扭转变形。
[0079] 进一步地，定向杆27与第一夹持件23相连。从而当加力手轮19相对于机架13转动时，定向杆27不会带动第一夹持件23转动，只会带动第一夹持件23相对于机架13沿上下方向移动。如此避免了第一夹持件23带动待测金属丝11转动。该连接方式可以是螺钉连接、螺栓连接、焊接、一体成型等。
[0080] 在一个实施方式中，机架13上设置有凹槽。具体地，凹槽包括设置于第一立杆29上的第一凹槽和设置于第二立杆31上的第二凹槽。如图1所示，第一凹槽位于机架13的左侧。第二凹槽位于机架13的右侧。定向杆27伸入凹槽内。具体地，定向杆27的两端分别伸入第一凹槽和第二凹槽内。例如如图1所示，定向杆27的左端伸入第一凹槽内。定向杆27的右端伸入第二凹槽内。定向杆27在加力手轮19转动时能沿凹槽的内壁移动。具体地，如图1所示，凹槽沿上下方向延伸。定向杆27在加力手轮19转动时在凹槽内沿上下方向移动。
[0081] 进一步地，定向杆27上设置有伸入凹槽内的滚轮。具体地，滚轮为两个。两个滚轮分别设置于定向杆27的一端上。从而定向杆27的能通过滚轮在凹槽内滚动。如此使得定向杆27与凹槽内壁之间的摩擦力为滚动摩擦，进而降低定向杆27与凹槽内壁之间的摩擦力，以降低凹槽内壁对定向杆27移动的阻力。
[0082] 在一个实施方式中，机架13上设置有力学传感器41。例如如图1所示，力学传感器41设置于机架13的下部。力学传感器41与夹持机构15相连。例如如图1所示，力学传感器41与第二夹持件25相连。力学传感器41用于检测加力手轮19对待测金属丝11所施加的作用力。从而根据力学传感器41的检测能获取加力手轮19对待测金属丝11所施加的拉力。
[0083] 进一步地，由于本申请通过加力手轮19对待测金属丝11进行施加作用力，且通过力学传感器41对加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力进行检测，并通过测量仪21对待测金属丝11在加力手轮19作用下的电阻进行测量，如此在保证精度的前提下缩短了金属丝的长度，使金属丝更易于更换，提高了测量速度；同时减小了仪器的尺寸与重量，使仪器更便于搬运。
[0084] 请参阅图2。本申请一种实施方式提供的弹性模量测量方法，其可以包括：步骤S11：获取待测金属丝11的横截面积和第一电阻值；步骤S13：向所述待测金属丝11施加作用力，以使所述待测金属丝11发生弹性形变；步骤S15：获取所述待测金属丝11在所述作用力下的第二电阻值；步骤S17：根据所述横截面积、所述第一电阻值、所述第二电阻值和所述作用力计算所述待测金属丝11的弹性模量。
[0085] 由以上方案可以看出：本申请实施方式所述的弹性模量测量方法通过测量待测金属丝11的横截面积、第一电阻值、第二电阻值和作用力，并根据公式： 式中，S为待测金属丝11的横截面积，单位为m2；ΔF为加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力，单位为N；R为第一电阻值，单位为Ω；R′为第二电阻值，单位为Ω。计算待测金属丝11的弹性模量。由于根据公式： 所计算出的待测金属丝11的弹性模量E与待测金属丝11真实的弹性模量E之间的偏差主要由体积不变与电阻率不随应力变化而变化的假设条件引起。虽然假设条件会使待测金属丝11拉伸后的电阻值R′与待测金属丝11拉伸后真实的电阻值产生偏差，但这两个假设条件对于待测金属丝11拉伸后的电阻值R′的影响是相反的。从而减小了计算结果与真实值的误差。从而根据公式： 所计算出的待测金属丝11的弹性模量E的准确性更高。
[0086] 如图2所示，在本实施方式中，步骤S11：获取待测金属丝11的横截面积和第一电阻值。具体地，如图1所示，首先用第一夹持件23夹持待测金属丝11的上端。并用第二夹持件25夹持待测金属丝11的下端，以使待测金属丝11能夹持于第一夹持件23和第二夹持件25之间。然后用螺旋测微计测量待测金属丝11得直径N次，并记录di(i＝1、2…n)其中，N大于1。接着将待测金属丝11的测试段接入电路。并记录待测金属丝11的第一电阻值R。该横截面积为待测金属丝11在未拉伸状态下的横截面积。该第一电阻值为待测金属丝11在未拉伸状态下的电阻值。进一步地，该待测金属丝11的测试段为待测金属丝11的一部分。例如，待测金属丝11的长度为25cm。该待测金属丝11的测试段可以为该待测金属丝11中间长度为20cm的一段。
[0087] 在本实施方式中，步骤S13：向待测金属丝11施加作用力，以使待测金属丝11发生弹性形变。具体地，如图1所示，转动加力手轮19，以使加力手轮19沿上下方向提拉待测金属丝11，进而使待测金属丝11受到向上的提拉力，进而该待测金属丝11在该提拉力的作用下发生弹性形变。
[0088] 进一步地，步骤S13向待测金属丝11施加作用力，以使待测金属丝11发生弹性形变之前，还包括：
[0089] 步骤S6：拉伸待测金属丝11，以使待测金属丝11能进入屈服阶段。该屈服阶段可以是指待测金属丝11产生伸长形变作用于待测金属丝11的拉力变化不大甚至拉力不变的阶段。为了减少待测金属丝11加工时的杂向残余应力对测量结果的干扰，使待测金属丝11进入屈服阶段。因为若待测金属丝11不进入屈服阶段的话，待测金属丝11发生的都是弹性形变。而发生弹性形变的待测金属丝11在卸载施加在其上的拉力后杂向内应力还将存在。但屈服阶段待测金属丝11发生的是塑形形变。该塑性形变能使待测金属丝11内的杂向内应力消除，或者说杂向内应力变为沿待测金属丝11的方向，因此发生塑型形变后的待测金属丝11的内应力对测量没有影响。
[0090] 步骤S8：当待测金属丝11进入屈服阶段后使待测金属丝11卸载；并在卸载待测金属丝11后向待测金属丝11施加预紧力，以使待测金属丝11能伸直。如此通过上述步骤能进一步消除待测金属丝11加工时的杂向残余应力对测量结果的影响。
[0091] 进一步地，本申请将待测金属丝11伸直后的状态作为待测金属丝11测量的初始状态。也即当待测金属丝11被夹持于第一夹持件23和第二夹持件25之间后，可以先用螺旋测微计测量待测金属丝11得直径N次，并记录di(i＝1、2…n)其中，n大于1。例如n为3。通过加力手轮19拉伸待测金属丝11，以使待测金属丝11能进入屈服阶段。当待测金属丝11进入屈服阶段后，反向旋转加力手轮19，以卸载加载在待测金属丝11上的作用力。并在卸载完成后，重新通过加力手轮19向待测金属丝11施加预紧力，以使待测金属丝11能伸直。最后将处于伸直状态的待测金属丝11的测试段接入电路。并记录待测金属丝11的第一电阻值R、预紧力F0和待测金属丝11的直径。
[0092] 在一个实施方式中，步骤S13向待测金属丝11施加作用力，以使待测金属丝11发生弹性形变，具体包括：
[0093] 步骤S131：在预定基础作用力的基础上按照预定的规则增加后得到第一当前作用力。具体地，该预定基础压力为一个定值。该预定的规则包括一个预定运算函数，使得第一当前作用力每次在预定基础压力的基础上累计增加。该预定基础压力可以是从0开始的压力。例如，该预定基础压力为0。该预定运算函数例如为每次在预定基础压力的基础上增加一个压力值。例如，该预定运算函数为每次在预定基础压力的基础上增加10N。也即第一当前作用力为10N、20N、30N等。进一步地，第一当前压力用Fi(i＝1、2…n)表示。其中，n大于1，例如n为4。也即，F1为第一个第一当前压力。F2为第二个第一当前压力。Fn为第n个第一当前压力。进一步地，该预定基础压力为前一次向待测金属丝11施加的第一当前作用力，该预定规则包括在预定基础压力基础上增加一个固定的压力值。例如，前一次向待测金属丝11施加的第一当前作用力为20N。预定基础压力为20N。在该预定基础压力的基础上增加一个固定值即为本次第一当前作用力。例如该固定值为5N。则本次第一当前作用力为20N+5N＝25N。
[0094] 步骤S133：按照第一当前作用力向待测金属丝11施加拉力，以使待测金属丝11能在拉力下发生弹性形变，且使拉力的方向与待测金属丝11的延伸方向相一致。具体地，根据步骤S131可得到逐渐增大的第一当前作用力，例如，预定基础压力为0。第一当前作用力为10N、20N、30N、40N等。如此通过逐渐增大加力手轮19对待测金属丝11施加的作用力以使能按照第一当前作用力向待测金属丝11施加作用力。且拉力手轮对待测金属丝11所施加的拉力的方向为竖直方向。
[0095] 步骤S135：当第一当前作用力达到第一预设值时，在第一预设值的基础上按照预定的规则减小后得到第二当前作用力。该第一预设值可以根据待测金属丝11的材料及尺寸进行设定。例如该第一预设值为100N。从而当第一当前作用力为100N时，不再增加加力手轮19对待测金属丝11施加的作用力，而是逐渐减小加力手轮19对待测金属丝11施加的作用力。该预定的规则可以是在第一预设值的基础上减小一个固定的压力值。例如第二当前压力为100N-10N＝90N。进一步地，第二当前压力用Fi(i＝n+1、n+2…n+n)表示。其中，n大于1；
例如n为4。也即，Fn+1为第n+1个第二当前压力。Fn+2为第n+2个第二当前压力。Fn+n为第n+n个第二当前压力。
例如n为4。也即，Fn+1为第n+1个第二当前压力。Fn+2为第n+2个第二当前压力。Fn+n为第n+n个第二当前压力。
[0096] 步骤S137：按照第二当前作用力向待测金属丝11施加拉力，以使待测金属丝11能在拉力下发生弹性形变，且使拉力的方向与待测金属丝11的延伸方向相一致。根据步骤S135可得到逐渐减小的第二当前作用力，例如，第二当前作用力为90N、80N、70N、60N等。如此通过逐渐减小加力手轮19对待测金属丝11施加的作用力以使能按照第二当前作用力向待测金属丝11施加作用力。
[0097] 进一步地，在步骤S135：当第一当前作用力达到第一预设值时，在第一预设值的基础上按照预定的规则减小后得到第二当前作用力之后；步骤S137：按照第二当前作用力向待测金属丝11施加拉力，以使待测金属丝11能在拉力下发生弹性形变，且使拉力的方向与待测金属丝11的延伸方向相一致之前，还包括：采用螺旋测微计测量待测金属丝11的直径。di(i＝n+1、n+2…n+n)其中，n大于1，例如n为3。
[0098] 在本实施方式中，步骤S15：获取第一电阻值与待测金属丝11在作用力下的第二电阻值之间的差值。也即获取待测金属丝11拉伸前和拉伸后的电阻的差值。
[0099] 在一个实施方式中，步骤S15获取第一电阻值与待测金属丝11在作用力下的第二电阻值之间的差值，具体包括：
[0100] 步骤S151：在按照第一当前作用力向待测金属丝11施加拉力的过程中，获取待测金属丝11在第一当前作用力下的当前加载电阻值。具体地，在逐渐增大加力手轮19对待测金属丝11施加的作用力的过程中，通过测量仪21检测待测金属丝11在第一当前作用力下的当前加载电阻值。例如第一当前作用力为10N、20N、30N、40N等。则当前加载电阻值包括加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力为10N时的电阻值、加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力为20N时的电阻值、加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力为30N时的电阻值、加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力为40N时的电阻值等。进一步地，当前加载电阻值用R1′i(i＝1、2…n)表示。其中，n大于1，例如n为8。也即，R1′1为第一次加载的当前加载电阻值。R1′2为第二次加载的当前加载电阻值。R1′n为第n次加载的当前加载电阻值。
[0101] 步骤S153：在按照第二当前作用力向待测金属丝11施加拉力的过程中，获取待测金属丝11在第二当前作用力下的当前卸载电阻值。具体地，在逐渐减小加力手轮19对待测金属丝11施加的作用力的过程中，通过测量仪21检测待测金属丝11在第二当前作用力下的当前卸载电阻值。例如第二当前作用力为90N、80N、70N、60N等。则当前卸载电阻值包括加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力为90N时的电阻值、加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力为80N时的电阻值、加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力为70N时的电阻值、加力手轮19施加在待测金属丝11上的作用力为60N时的电阻值等。进一步地，当前卸载电阻值用R2′i(i＝1、2…n)表示。其中，n大于1，例如n为8。也即，R2′1为第一次卸载的当前卸载电阻值。R2′2为第二次卸载的当前卸载电阻值。R2′n为第n次卸载的当前卸载电阻值。
[0102] 步骤S155：根据当前加载电阻值和当前卸载电阻值获取第一电阻值与待测金属丝11在作用力下的第二电阻值之间的差值。该待测金属丝11在作用力下的第二电阻值为R′。
[0103] 具体地，首先对数据R1′i(i＝1、2…8)和R2′i(i＝1、2…8)求平均：式中，i＝1、2…8；
[0104] 然后采用逐差法对数据 进行处理以获取第一电阻值R与待测金属丝11在作用力下的第二电阻值R′之间的差值。
[0105]
[0106] 在本实施方式中，步骤S17：根据横截面积、第一电阻值、第一电阻值与待测金属丝11在作用力下的第二电阻值之间的差值和作用力计算待测金属丝11的弹性模量。
[0107] 在一个实施方式中，待测金属丝11的弹性模量E为：
[0108]
[0109] 式中，S为横截面积，单位为m2；ΔF为作用力，单位为N；R为第一电阻值，单位为Ω；R′为第二电阻值，单位为Ω。
[0110] 具体地，采用逐差法对数据 进行处理以获取第一电阻值R：
[0111]
[0112] 接着采用逐差法对数据Fi(i＝1、2…8)进行处理以获取作用力ΔF：
[0113] ΔF＝1/4[(F5-F1)+(F6-F2)+(F7-F3)+(F8-F4)]
[0114] 最后，对di(i＝1、2…6)进行求平均。得到待测金属丝11的横截面积S。
[0115] 进一步地，采用本申请所述弹性模量测量方法测量的Cr20Ni80合金丝的数据如表1所示：
[0116]
[0117] 表1
[0118] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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