本发明涉及实验测量装置，具体涉及一种快速转动惯量测量仪及其测量方法。
背景技术：
转动惯量是刚体绕轴线转动时转动惯性大小的量度，可以直接反映刚体转动状态改变的难易程度。转动惯量的具体数值与刚体的形状、质量分布和转轴位置等因素有关。几乎所有在工作时跟转动有关的精密仪器都必须考虑转动惯量的影响。比如在军事领域，为了维持武器所发射弹丸的弹道稳定性，必须使弹丸在飞行过程中绕轴线旋转，而此时的转动惯量可以看成是弹丸保持旋转的能力的量度，因此必须在设计弹丸时加以考虑。在机械设计领域，为充分的利用或抑制齿轮、轴承、转盘等部件旋转所带来的影响，也必须充分考虑转动惯量因素。而制造的产品是否达到了设计和使用的要求，就需要对其转动惯量进行较为精确的快速测量。
目前常用的转动惯量测量方法主要有三线摆法、扭振法、摆动法等，这些方法主要是通过测量刚体的扭转或摆动周期来间接的获得转动惯量。但在实际测量时，这些测量方法往往都有较大的缺陷。以最常用的三线摆法为例，其测量结果不但和当地重力加速度g有关，而且实验忽略了下圆盘的平动的影响、采取了
技术实现要素：
针对上述现有转动惯量测量仪器测量速度慢、计算过程复杂的缺点，本发明在保证必要测量精度的前提下，提供了一种测量速度快、计算过程简单的转动惯量测量仪及其测量方法。
本发明采取的技术方案是：一种快速转动惯量测量仪，包括底座、金属立柱、托盘、转动支架、测量盘、自转盘、测量电机以及自转电机；底座上表面中心竖直向上固定设有金属立柱，金属立柱中部固定套接有托盘，托盘上表面光滑；托盘上端活动套接有向上弯曲的圆弧形转动支架，转动支架两端分别设有测量电机和自转电机；测量电机上端通过其转轴接有测量盘，自转电机上端通过其转轴接有自转盘；
作为一种优选的技术方案：所述的测量电机为转速可调电机，自转电机为定速电机，且测量电机和自转电机互为反向旋转，均为慢速电机；
作为一种优选的技术方案：所述的转动支架中心的圆孔直径略大于金属立柱的直径，且适当使用润滑剂，尽量减小托盘、转动支架以及金属立柱之间的摩擦力；
作为一种优选的技术方案：所述的测量盘和自转盘的形状、结构、质量以及材质均完全相同，以保证二者的转动惯量相同进而保证计算简便；
作为一种优选的技术方案：所述的转动支架与金属立柱之间的夹角为450-600。
一种快速转动惯量测量仪的测量方法，包括如下步骤
步骤一：手动固定转动支架，将待测物放置于测量盘上，开启测量电机和自转电机至测量盘和自转盘相反方向转动，此时解除转动支架的固定；
步骤二：转动支架的固定解除后转动支架转动，根据刚体转动角动量守恒定律反复测试直至转动支架不再转动，实验停止；
步骤三：根据步骤二确定各物量以及角动量守恒定理：
则待测物体的转动惯量可表示为：
进行计算求得了待测物的转动惯量；
式1和式2中：n1为测量电机（7）单位时间转数
n2为自转电机（8）单位时间转数
j为测量盘（5）与自转盘（6）的转动惯量
j’为待测物体的转动惯量。
本发明的有益效果是：（1）转动惯量测量的速度较快，操作和计算都较为简单，实验者不需要复杂的培训即可完成实验；（2）在保证测量速度的同时，也能保证较好的测量精度。（3）检测过程形象、直观，不但可以作为测量仪器，也可作为教学演示仪器使用。
附图说明
图1为一种快速转动惯量测量仪的结构图；
图中：1底座、2金属立柱、3托盘、4转动支架、5测量盘、6自转盘、7测量电机、8自转电机。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例进一步阐述本发明；应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而非限制本发明的范围。
参考附图1，一种快速转动惯量测量仪，包括底座1、金属立柱2、托盘3、转动支架4、测量盘5、自转盘6、测量电机7以及自转电机8；底座1上表面中心竖直向上固定设有金属立柱2，金属立柱2中部固定套接有托盘3，托盘3上表面光滑；托盘3上端活动套接有向上弯曲的圆弧形转动支架4，转动支架4两端分别设有测量电机7和自转电机8；测量电机7上端通过其转轴接有测量盘5，自转电机8上端通过其转轴接有自转盘6；
所述的测量电机7为转速可调电机，自转电机8为定速电机，且测量电机7和自转电机8互为反向旋转，且带动测量盘5和自转盘6互为反向旋转；测量电机7和自转电机8均为慢速电机，最好为同种型号电机，以保证质量、结构、形状以及材质完全相同；
所述的转动支架4中心的圆孔直径略大于金属立柱2的直径，且适当使用润滑剂，尽量减小托盘3、转动支架4以及金属立柱2之间的摩擦力，也就是系统转动所受的外力的转动力矩很小，近似认为整个装置转动的角动量守恒即初始时刻为零；转动支架4位于托盘3之上并可以绕金属立柱2做定轴转动；
所述的测量盘5和自转盘6的形状、结构、质量以及材质均完全相同，以保证二者的转动惯量相同进而保证计算简便；
所述的转动支架4与金属立柱2之间的夹角为450-600。
下面结合附图1对本发明的测量方法进行详细描述，需要说明的是一下具体实施内容中自转电机8和测量电机7采用同种型号电机，即东方5ik40gk-s型，该型号电机转动方向和转速任意可调。
步骤一：手动固定转动支架4，将待测物放置于测量盘5上，开启测量电机7和自转电机8至测量盘5和自转盘6相反方向转动，此时解除转动支架4的固定；
步骤二：解除转动支架4的固定后，若转动支架4开始旋转且和测量盘5转动方向一致，因为自转电机8转速固定，则重新手动固定转动支架4并调低测量电机7的转速并解除转动支架4的固定再试；反之，若解除转动支架4的固定后，转动支架4开始转动并与测量盘5转动方向相反，则重新固定转动支架4并升高测量电机7的转速然后解除转动支架4再试；以此类推，不断根据解除固定后转动支架4的转动方向调节测量电机7的转速，直到解除固定后转动支架4不再转动为止，则实验部分完成；
步骤三：根据步骤二确定各物量以及角动量守恒定理：
计算待测物体的转动惯量：
进行计算求得了待测物的转动惯量；
式1和式2中：n1为测量电机（7）单位时间转数
n2为自转电机（8）单位时间转数
j为测量盘（5）与自转盘（6）的转动惯量
j’为待测物体的转动惯量。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以补充阐释本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的广大技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。