1.一种测量金属材料弹性模量的装置包括支架、砝码、托盘、上夹头、下夹头、测量夹、导线及直流双臂电桥、螺旋测微计、卷尺，还包括待测金属丝，测量金属材料弹性模量的装置中的支架由1个支座、3颗支承螺钉、1块底板、1个水准、2根支承杆、1个横梁及2颗锁紧螺钉组成，支座有三个脚，每个脚端安有支承螺钉，底板与支座用螺钉连接，固定在支座上面，底板中间处安有水准，2根支承杆的下端分别焊接在底板两侧，横梁安装在2根支承杆的上端，旋松横梁两端的锁紧螺钉，横梁可在2根支承杆上向上或向下滑移，滑移至所需距离，旋紧锁紧螺钉即可，上夹头为弹簧夹头，由上螺杆轴、弹簧套、螺母组成，弹簧套装在上螺杆轴内，螺母旋在上螺杆轴的下方，支架上的横梁中间处有一个通孔，该孔按动配合与上夹头的上螺杆轴的螺纹杆配做，上夹头的上螺杆轴的螺纹杆装入该孔内，就可将上夹头固定在横梁中间处，测量夹有2个，测量夹为椭圆柱体，高15mm，宽12mm，厚7mm，材料为黄铜，轴线方向有两个通孔，一个孔的直径为2.5mm，另一个孔的直径为3.5mm，两孔中心距为

5mm，该测量夹配装有4颗螺钉，安装时，长为1100～1200mm，直径为0.635～1.362mm的待测金属丝的一端依次从2个测量夹直径为2.5mm的孔穿过，再从上夹头的下端穿入通过弹簧套的三爪，其爪与待测金属丝接触面为锯齿状，主要是增强摩擦力，旋紧上夹头的螺母后就可限制待测金属丝在上夹头的弹簧套内滑移，下夹头也为弹簧夹头，由螺杆轴、弹簧套、螺母组成，弹簧套装在螺杆轴内，螺母旋在螺杆轴的上方，待测金属丝的另一端从下夹头的上端穿入通过弹簧套的三爪，其爪与待测金属丝接触面也为锯齿状，旋紧下夹头的螺母就可限制待测金属丝在下夹头的弹簧套内滑移，下夹头的螺杆轴下端有一个通孔，托盘的吊钩钩住其通孔就可承载砝码，用2根长导线，其中1根导线的一端从1个测量夹的直径为

3.5mm的孔穿入，旋入螺钉将该导线的一端与测量夹的孔弧面贴紧，再将另1根导线的一端从另1个测量夹的直径为3.5mm的孔穿入，旋入螺钉将该导线的一端与测量夹的孔弧面贴紧，该2根长导线的另一端分别与直流双臂电桥的P1、P2电位端钮连接，用2根短导线，将其中1根导线的两端分别与直流双臂电桥的P1电位端钮、C1电流端钮连接，再将另1根导线的两端分别与直流双臂电桥的P2电位端钮、C2电流端钮连接，构成四端接线方式。

2.根据权利要求1所述的测量金属材料弹性模量的装置，其特征在于检测的仪器为QJ44型直流双臂电桥，检测量具为量程为0-25mm螺旋测微计，量程为0-2000mm的卷尺，待-8测金属材料是导电系数ρ＝9.70×10 Ω·m，直径为0.635mm的碳钢钢丝，碳钢钢丝长

1100mm，检测段l设为900mm；测量碳钢钢丝弹性模量的装置中的支架外轮廓高2000mm，宽

200mm，支座有三个脚，每个脚端安有支承螺钉，支座材料为铸铁，支承螺钉材料为45钢；底板与支座用螺钉连接，固定在支座上面，底板中间处安有水准，底板材料为45钢；支承杆材料为45钢，2根支承杆的下端分别焊接在底板两侧，横梁安装在2根支承杆的上端，横梁材料为铸铁，锁紧螺钉为45钢；支架上的横梁中间处安装有上夹头，上夹头为弹簧夹头，由上螺杆轴、弹簧套、螺母组成，弹簧套装在上螺杆轴内，螺母旋在上螺杆轴的下方，该弹簧套材料为弹簧钢，该上螺杆轴、螺母材料均为45钢；安装时，待测碳钢钢丝的一端依次从2个测量夹的直径为2.5mm的孔穿过，再从上夹头的下端穿入通过弹簧套的三爪，其爪与待测碳钢钢丝接触面为锯齿状，旋紧上夹头的螺母就可限制待测碳钢钢丝在上夹头的弹簧套内滑移；下夹头也为弹簧夹头，由螺杆轴、弹簧套、螺母组成，弹簧套装在螺杆轴内，螺母旋在螺杆轴的上方，该弹簧套材料为弹簧钢，该螺杆轴、螺母均为45钢；碳钢钢丝的另一端从下夹头的上端穿入通过弹簧套的三爪，其爪与待测金属丝接触面也为锯齿状，旋紧下夹头的螺母就可限制待测碳钢钢丝在下夹头的弹簧套内滑移；托盘的吊钩钩住下夹头的螺杆轴下端的通孔就可承载砝码，托盘材料为合金铝，用2根截面积为2.5平方毫米，长1000mm的导线，其中1根导线的一端从1个测量夹的直径为3.5mm的孔穿入，旋入螺钉将该导线的一端与该测量夹的孔弧面贴紧，再将另1根导线的一端从另1个测量夹的直径为3.5mm的孔穿入，旋入螺钉将该导线的一端与该测量夹的孔弧面贴紧，2根导线的另一端分别与直流双臂电桥的P1、P2电位端钮连接，用2根2.5平方毫米，长60mm导线，将其中1根导线的两端分别与直流双臂电桥的P1电位端钮、C1电流端钮连接，再将另1根导线的两端分别与直流双臂电桥的P2电位端钮、C2电流端钮连接，构成四端接线方式。

3.根据权利要求1所述的测量金属材料弹性模量的装置，其特征在于待测金属材料是-8

导电系数ρ＝1.72×10 Ω·m，直径为1.362mm，长为1200mm，检测段l设为1000mm的铜丝，用2根截面积为2.5平方毫米，长1100mm的导线，其中1根导线的一端从1个测量夹的直径为3.5mm的孔穿入，旋入螺钉将该导线的一端与该测量夹的孔弧面贴紧，再将另1根导线的一端从另1个测量夹的直径为3.5mm的孔穿入，旋入螺钉将该导线的一端与该测量夹的孔弧面贴紧，2根导线的另一端分别与直流双臂电桥的P1、P2电位端钮连接，用2根2.5平方毫米，长60mm导线，将其中1根导线的两端分别与直流双臂电桥的P1电位端钮、C1电流端钮连接，再将另1根导线的两端分别与直流双臂电桥的P2电位端钮、C2电流端钮连接，构成四端接线方式。

4.一种利用权利要求1所述装置测量金属材料弹性模量的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

①根据胡克定律：在弹性限度内，伸长应变Δl/l与外应力F/A成正比，即

(1)式中E为弹性模量，也称为比例系数，F为所测金属丝

在长度方向受到的外力，A为所测金属丝的横截面积，l为所测金属丝检测段的长度，Δl为所测金属丝在长度方向受到外力后的伸长量，F、l、A都易于精确测量，而Δl变化量非常微小，不易测量，查有关文献得知横截面积为A的金属丝，受到F作用后其长度l发生微小变化增长了Δl时，金属丝的电阻值Rx也同时增长了ΔR，由此可知ΔR的变化与Δl的变化密切相关，从而可将测Δl变为测ΔR，然后推导一种新的公式求得E，“同一材料的导体，其电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比”即 同样，同一材料的导体，其电阻的变化量ΔR与导体的长度变化量Δl成正比，与导体的横截面积成反比，即 (2)、(3)式中的ρ为导电系数，由(1)、(3)式可得(4)式中的d为待测金属丝的直径，

可见只要测出ΔR，再由(4)式就能求得E；

②用卷尺确定需要测量待测金属丝的距离，按检测段距离调整两个测量夹至检测段，旋入螺钉将待测金属丝与测量夹的孔弧面贴紧，待测金属丝与测量夹的孔弧面贴合段要打磨光亮，使其减小待测金属丝与测量夹的孔弧面接触时产生的附加电阻；

③调支架下端与地面接触的3颗支承螺钉至使支架下端的底板中间处的水准泡在水准中心处，然后估计待测金属丝检测段的电阻值，选择直流双臂电桥适当的倍率，调低直流双臂电桥的检流计灵敏度，然后按下控制直流双臂电桥的检流计按钮“G”和控制直流双臂电桥工作电源按钮“B”，调节直流双臂电桥的步进读数盘和滑线读数盘，並同时逐渐提高直流双臂电桥的检流计灵敏度，调节直流双臂电桥平衡后，直流双臂电桥的步进读数盘和滑线读数盘之和乘上此时所使用的倍率，就等于所测金属丝检测段的电阻值Rx1，Rx1为当金属丝承受负载F为0时所测得的金属丝检测段的电阻值，然后用螺旋测微计在所测金属丝的检测段的不同部位测其直径da1、db1，da1、db1为所测金属丝承受负载F为0时所测得的金属丝的检测段的不同部位的直径，然后保持被测金属丝检测段的距离不变，即夹持金属丝检测段两端的测量夹不松开，逐次递增相同负载F，即逐次递增托盘上相同重量的砝码，直至递增至设计值，然后逐次递减相同负载F，即逐次递减托盘上相同重量的砝码，直至递减至

0g，并且在每次递增或递减托盘上的砝码时均要用直流双臂电桥测出金属丝检测段对应负载的变化其电阻随之发生微小变化的Rx记录在表1里，在每次递增或递减托盘上的砝码时均要用螺旋测微计在金属丝检测段的不同部位测其对应负载变化其直径也随之发生微小变化的da、db记录在表1里；

表1

③当F＝mg时，可以通过

求ΔR；通过 求 再通过

求d；然后将ΔR、F、A＝πd2/4、ρ、l代入公式(4) 即可求

出所测金属丝弹性模量E。

5.根据权利要求4所述的测量金属材料弹性模量的方法，其特征在于测量碳钢钢丝弹性模量的方法按以下步骤进行：①用卷尺确定测量碳钢钢丝检测段l的距离为900mm，调整两个测量夹相距900mm，旋入螺钉将碳钢钢丝与测量夹的孔弧面贴紧；

②调支架下端与地面接触的3颗支承螺钉至使支架下端的底板中间处的水准泡在水准中心处，然后估计待测碳钢钢丝检测段的电阻值，选择直流双臂电桥的倍率为×1档，调节直流双臂电桥平衡，这时直流双臂电桥的步进读数盘和滑线读数盘之和乘上此时所使用的倍率，就等于所测碳钢钢丝检测段的电阻值Rx1，用螺旋测微计在所测碳钢钢丝的检测段的不同部位测其直径da1、db1 然后保持所测碳钢钢丝检测段的距离不变，即夹持碳钢钢丝检测段两端的测量夹不松开，从碳钢钢丝承受负载为0开始，逐次递增负载F为2000g，即逐次递增托盘上的砝码为2000g，直至递增至10000g，然后逐次递减负载F为2000g，即逐次递减托盘上的砝码为2000g，直至递减至0g，并且在每次递增或递减托盘上的砝码时均要用直流双臂电桥测出碳钢钢丝检测段对应负载的变化其电阻随之发生微小变化的Rx记录在表2里，在每次递增或递减托盘上的砝码时均要用螺旋测微计在碳钢钢丝检测段的不同部位测其对应负载变化其直径也随之发生微小变化的da、db记录在表2里；

③当F＝mg＝6kg×9.8N时，可以通过

求ΔR；通过 求 再通过

2

求d；然后将ΔR、F、A＝πd/4、ρ、l代入公式(4) 即可求出

11

E碳钢实测＝2.00×10 Pa，E碳钢实测为用本发明的装置和方法得到的碳钢钢丝弹性模量；E碳钢标

11

为1.96～2.06×10 Pa，E碳钢标为有关文献记载的碳钢弹性模量标准值；

表2

表2记录的是有关求碳钢钢丝弹性模量的测量及计算数据。

6.根据权利要求4所述的测量金属材料弹性模量的方法，其特征在于测量铜丝弹性模量的方法按以下步骤进行：①用卷尺确定测量铜丝检测段l的距离1000mm，调整两个测量夹相距1000mm，旋入螺钉将铜丝与测量夹的孔弧面贴紧；

②调支架下端与地面接触的3颗支承螺钉至使支架下端的底板中间处的水准泡在水准中心处，然后估计待测铜丝检测段的电阻值，选择直流双臂电桥的倍率为×0.01档，调节直流双臂电桥平衡，这时直流双臂电桥的步进读数盘和滑线读数盘之和乘上此时所使用的倍率，就等于所测铜丝检测段的电阻值Rx1，用螺旋测微计在所测铜丝的检测段的不同部位测其直径da1、db1 然后保持所测铜丝检测段的距离不变，即夹持铜丝检测段两端的测量夹不松开，从铜丝承受负载为0开始，逐次递增负载F为1000g，即逐次递增托盘上的砝码为1000g，直至递增至5000g，然后逐次递减负载F为1000g，即逐次递减托盘上的砝码为

1000g，直至递减至0g，并且在每次递增或递减托盘上的砝码时均要用直流双臂电桥测出铜丝检测段对应负载的变化其电阻随之发生微小变化的Rx记录在表3里，在每次递增或递减托盘上的砝码时均要用螺旋测微计在铜丝检测段的不同部位测其对应负载变化其直径也随之发生微小变化的da、db记录在表3里；

③当F＝mg＝3kg×9.8N时，可以通过

求 Δ R ； 通 过 求 再 通 过

2

求d；然后将ΔR、F、A＝πd/4、ρ、l代入公式

11

(4) 即可求出E铜实测＝1.06×10 Pa，E铜实测为用本发明的装置

11

和方法得到的铜丝弹性模量；E铜标为1.03～1.27×10 Pa，E铜标为有关文献记载的铜弹性模量标准值，用本发明所测得的铜丝弹性模量在标准值范围内；

表3

表3记录的是有关求铜丝弹性模量的测量及计算数据。