專利名稱：電磁學(xué)測(cè)量?jī)x的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及一種電磁學(xué)測(cè)量?jī)x，屬于電磁學(xué)、電工學(xué)用的教學(xué)儀器領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
定量測(cè)定電磁力F，驗(yàn)證安培定律；定量測(cè)量空間磁導(dǎo)率μ0，定量測(cè)量平行帶電板間的靜電力和介電常數(shù)ε0以及定性測(cè)量平行載流導(dǎo)線之間的相互作用力等都是電磁學(xué)中的重要內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)大綱的要求，學(xué)生必須掌握。但是幾十年來，國(guó)內(nèi)尚缺乏這方面的測(cè)量?jī)x器。因此概念抽象難講，學(xué)生不易理解和掌握。我們從美國(guó)魯?shù)绿m(Lutheran)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)講義的電流秤示意圖中受到啟迪，以電流秤為參考，設(shè)計(jì)了這臺(tái)功能全、性能高，以測(cè)量電磁學(xué)基本量為目的的電磁學(xué)測(cè)量?jī)x。
三、實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種電磁學(xué)測(cè)量?jī)x。它具有功能全、成本低、而且增加了儀器的測(cè)量范圍。
本實(shí)用新型的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)電磁學(xué)測(cè)量?jī)x由刀口支承座與刀口裝置、框架與平衡裝置、阻尼裝置、讀數(shù)裝置、直流電源裝置和底板與布線裝置，通過連接件和電源控制電路連接構(gòu)成電磁學(xué)測(cè)量?jī)x整體。
1、刀口支承座與刀口裝置由橫梁、刀口、刀口支承座組成，兩個(gè)支承座分別裝設(shè)在立柱的頂端，立柱上的升降桿能自由升降，以調(diào)節(jié)刀口平衡。刀口通過中心孔連接在橫梁下面的刀口槽內(nèi)，能承受5～10A的大電流。
2、框架與平衡裝置由上方桿、下方桿、水平平衡錘、豎直平衡錘以及反射鏡組成，上方桿的受力邊ab中央設(shè)砝碼盤，其臂通過連接件螺母裝配在橫梁的前方，旋轉(zhuǎn)升降螺釘能調(diào)節(jié)cd位置，使上方桿和下方桿的受力臂ab與cd上下對(duì)齊，水平平衡錘和豎直平衡錘分別套旋在水平桿和豎直桿上，水平平衡錘決定框架的平衡位置和反射鏡的仰角，豎直平衡錘可改變框架振動(dòng)周期。
3、阻尼裝置由阻尼線圈組成，阻尼線圈設(shè)在水平桿的前端，并夾裝厚度為0.1～0.2cm的銅片，在其左右兩側(cè)裝上一對(duì)厚度為0.1～0.2cm的磁片，當(dāng)框架擺動(dòng)時(shí)，磁片也跟著框架擺動(dòng)，以產(chǎn)生磁阻尼。
4、讀數(shù)裝置采用光杠桿，光杠桿由橫梁上的反射鏡和帶刻度尺的讀數(shù)顯微鏡組成，主要作用是測(cè)量上、下方桿之間的距離。
5、直流電源裝置采用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的直流電源，要求提供5～10A的直流電。
6、底板與布線裝置，底板用絕緣材料制作，底板下設(shè)地腳螺栓以調(diào)節(jié)水平，板面上設(shè)立柱起支承作用，立柱中心打有小孔并裝設(shè)有導(dǎo)線，導(dǎo)線與ab和cd桿成直角連接，通過接線柱向外引出，為了防止導(dǎo)線相互感應(yīng)的干擾，儀器的布線均設(shè)在底板下面。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本儀器刀口改用新型釹鐵硼永磁材料，減小了刀口接觸面積，增大了儀器的靈敏度；2、由于采用新型磁性材料減小了儀器的起動(dòng)電流，增大了儀器的安全性和適用性；3、在儀器的橫梁下方增設(shè)了一豎直平衡錘，平衡錘設(shè)計(jì)成螺旋形，減小了平衡錘的振蕩，增大了儀器的穩(wěn)定性能；4、讀數(shù)裝置改用實(shí)驗(yàn)室原有的光杠桿，利用光杠桿中的讀數(shù)顯微鏡，既提高了讀數(shù)精度又降低了儀器成本；5、在儀器的上、下方桿位置上各裝上一塊相互平行的金屬板，其它電路設(shè)置不變，就可測(cè)定平行帶電板間的靜電力等，增大了儀器的測(cè)量范圍；6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本實(shí)用新型性能指標(biāo)靈敏度高，能夠準(zhǔn)確測(cè)定電磁力F，空間磁導(dǎo)率μ0，平行帶電板間的靜電力和介電常數(shù)，實(shí)驗(yàn)效果良好，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白；7、本實(shí)用新型的刀口、刀座、橫梁、平衡錘、阻尼線圈、上、下方桿以及讀數(shù)裝置都相對(duì)獨(dú)立，便于學(xué)生拆開和組裝使用，也便于維修和替換零部件；8、適用于電磁學(xué)和電工學(xué)的各類開放實(shí)驗(yàn)用，也可供各類綜合性大學(xué)的外國(guó)留學(xué)生實(shí)驗(yàn)使用，教學(xué)效果直觀良好。
四

圖1為電磁學(xué)測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)示意圖。
1橫梁，2刀口，3刀口支承座，4水平桿，5豎直桿，6水平平衡錘，7反射鏡，8阻尼線圈，9豎直平衡錘，10上方桿，11升降桿，12下方桿，13刻度尺，14讀數(shù)顯微鏡，15砝碼盤，16升降螺釘。
圖2為光杠桿原理圖。
圖3為測(cè)試平行載流直導(dǎo)線之間相互作用電路圖。
圖4為驗(yàn)證安培定律F∝BI實(shí)驗(yàn)電路圖。
五具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本實(shí)用新型的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
實(shí)施例本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，如圖1所示。它由刀口支承座與刀口裝置、框架與平衡裝置、阻尼裝置、讀數(shù)裝置、直流電源裝置和底板與布線裝置，通過連接件和電源控制電路連接構(gòu)成電磁學(xué)測(cè)量?jī)x整體。
如圖1～2所示，刀座與刀口由橫梁1、刀口2、刀口支承座3組成，刀座支承座3采用2×1×0.3cm的錳鋼片研磨而成，刀口采用厚0.3cm的新型釹鐵硼材料研磨而成，兩個(gè)刀座分別裝在兩個(gè)中央立柱(有機(jī)玻璃)頂端，立柱上的升降桿能自由升降，以調(diào)節(jié)刀口平衡。通過刀口中心孔連接橫梁下面的刀口槽內(nèi)，刀口與刀座的接觸面積小，而且能承受5～10A的大電流。
框架與平衡裝置由上方桿10、下方桿12、水平平衡錘6、豎直平衡錘9以及反射鏡7構(gòu)成。框架用0.4cm黃銅棒彎曲而成，上、下方桿均用0.4cm黃銅棒彎曲而成，上方桿的受力邊長(zhǎng)ab為30cm，中央安裝有砝碼盤15，其臂長(zhǎng)25cm，通過連接件螺母裝配在有機(jī)玻璃制作的橫梁1前方，旋轉(zhuǎn)升降螺釘能調(diào)節(jié)下方桿位置，便于上方桿10和下方桿12的受力臂ab與cd上下對(duì)齊，水平平衡錘6、豎直平衡錘9均用0.8cm黃銅棒車絲為螺旋形(減小了平衡錘自身的振蕩)分別套旋在水平桿4和豎直桿5上，水平平衡錘6可以決定框架的平衡位置和反射鏡7的仰角，豎直平衡錘9可改變框架振動(dòng)周期。
如圖1所示，阻尼裝置由阻尼線圈8組成，阻尼線圈設(shè)在水平桿4的前端夾裝厚度為0.2cm的銅片，在其左右兩側(cè)裝上一厚度為0.2cm的磁片，而構(gòu)成阻尼線圈8。當(dāng)框架擺動(dòng)時(shí)，磁片也跟著框架在磁場(chǎng)中擺動(dòng)，以產(chǎn)生磁阻尼。
如圖1-2所示，讀數(shù)裝置采用光杠桿，光杠桿由橫梁1上的小反射鏡7和儀器前方帶刻度尺13的讀數(shù)顯微鏡14組成，其主要作用是測(cè)量上、下方桿之間的距離。
直流電源裝置采用實(shí)驗(yàn)室大電流直流電源，要求能提供5A～10A大小的直流電。
如圖1所示，底板與布線裝置底板采用絕緣材料制作，用厚0.5cm和0.2cm的有機(jī)玻璃板粘結(jié)而成。底板長(zhǎng)58cm、寬40cm，下面設(shè)有三個(gè)地腳螺栓以調(diào)節(jié)水平，板面上有四個(gè)有機(jī)玻璃立柱起支承作用，立柱中打有小孔并穿有導(dǎo)線，導(dǎo)線與ab和cd桿成直角連接，通過接線柱向外引出，為了防止導(dǎo)線感應(yīng)磁場(chǎng)的相互干擾，儀器的布線均設(shè)在底板下面。
電磁學(xué)測(cè)量?jī)x的使用a、首先將儀器各零件如圖1所示安裝就位，調(diào)整下方桿cd與地磁場(chǎng)平行，這樣可以減少地磁場(chǎng)對(duì)電流磁場(chǎng)的影響。儀器一旦調(diào)整完畢后，各零件位置不能再移動(dòng)。
b、測(cè)試前需仔細(xì)校準(zhǔn)儀器，觀察刀口與刀座的接觸情況，調(diào)節(jié)振動(dòng)周期為1～2秒。特別要注意調(diào)節(jié)ab與cd兩桿上下對(duì)齊且嚴(yán)格平行并保持0.1～0.2cm左右的均勻縫隙。
c、上下桿之間距離的測(cè)量由于上下桿之間距離實(shí)際上很小，為了能準(zhǔn)確測(cè)量，故采用光杠桿的辦法。圖1中的反射鏡7和帶刻度尺13的讀數(shù)顯微鏡14一起構(gòu)成了光杠桿，如圖2所示。當(dāng)框架調(diào)節(jié)平衡時(shí)，通過望遠(yuǎn)鏡讀出一基準(zhǔn)值S0，當(dāng)上方桿砝碼盤內(nèi)放一重物時(shí)，平衡被破壞，上方桿下降接觸到下方桿，此時(shí)通過望遠(yuǎn)鏡再讀一值，記為S1，利用光杠桿原理，可求出上下桿之間的距離D0。
設(shè)反射鏡面到上方桿距離為a，到刻度尺距離為b，則由圖2可算出D0=(S1-S0)a2b]]>式中D0是兩桿表面之間距離。設(shè)桿的直徑為d，則當(dāng)框架平衡時(shí)，上下方桿之間的對(duì)心距離為D＝D0+d
權(quán)利要求1.電磁學(xué)測(cè)量?jī)x，其特征在于該測(cè)量?jī)x由刀口支承座與刀口裝置、框架與平衡裝置、阻尼裝置、讀數(shù)裝置、直流電源裝置和底板與布線裝置，通過連接件和電源控制電路連接構(gòu)成電磁學(xué)測(cè)量?jī)x整體。
2.按照權(quán)利要求1所述電磁學(xué)測(cè)量?jī)x，其特征在于刀口支承座與刀口裝置由橫梁(1)、刀口(2)、刀口支承座(3)組成，兩個(gè)支承座(3)分別裝設(shè)在立柱的頂端，立柱上的升降桿(11)能自由升降，以調(diào)節(jié)刀口平衡，刀口(2)通過中心孔連接在橫梁下面的刀口槽內(nèi)，能承受5～10A的大電流。
3.按照權(quán)利要求1所述電磁學(xué)測(cè)量?jī)x，其特征在于框架與平衡裝置由上方桿(10)、下方桿(12)、水平平衡錘(6)、豎直平衡錘(9)以及反射鏡(7)組成，上方桿的受力邊ab中央設(shè)砝碼盤(15)，其臂通過連接件螺母裝配在橫梁(1)的前方，旋轉(zhuǎn)升降螺釘(16)能調(diào)節(jié)cd位置，使上方桿和下方桿的受力臂ab與cd上下對(duì)齊，水平平衡錘(6)和豎直平衡錘(9)分別套旋在水平桿(4)和豎直桿(5)上，水平錘(6)決定框架的平衡位置和反射鏡(7)的仰角，豎直平衡錘(9)可改變框架振動(dòng)周期。
4.按照權(quán)利要求1所述電磁學(xué)測(cè)量?jī)x，其特征在于阻尼裝置由阻尼線圈(8)組成，阻尼線圈設(shè)在水平桿(4)的前端，并夾裝厚度為0.1～0.2cm的銅片，在其左右兩側(cè)裝上一對(duì)厚度為0.1～0.2cm的磁片，以產(chǎn)生磁阻尼。
5.按照權(quán)利要求1所述電磁學(xué)測(cè)量?jī)x，其特征在于讀數(shù)裝置采用光杠桿，光杠桿由橫梁(1)上的反射鏡(7)、刻度尺(13)和讀數(shù)顯微鏡(14)組成，主要作用是測(cè)量上、下方桿之間的距離。
6.按照權(quán)利要求1所述電磁學(xué)測(cè)量?jī)x，其特征在于直流電源裝置采用實(shí)驗(yàn)室的大電流直流電源，要求提供5～10A的直流電。
7.按照權(quán)利要求1所述電磁學(xué)測(cè)量?jī)x，其特征在于底板與布線裝置，底板用絕緣材料制作，底板下設(shè)地腳螺栓以調(diào)節(jié)水平，板面上設(shè)立柱起支承作用，立柱中心打有小孔并裝設(shè)有導(dǎo)線，導(dǎo)線與ab和cd桿成直角連接，通過接線柱向外引出，儀器的布線均設(shè)在底板下面。
專利摘要一種電磁學(xué)測(cè)量?jī)x，其特點(diǎn)在于該測(cè)量?jī)x由刀口支承座與刀口裝置、框架與平衡裝置、阻尼裝置、讀數(shù)裝置、直流電源裝置和底板與布線裝置，通過連接件和電源控制電路連接構(gòu)成電磁學(xué)測(cè)量?jī)x整體。該儀器可以準(zhǔn)確測(cè)定電磁力F、驗(yàn)證安培定律，測(cè)量空間磁導(dǎo)率μ
文檔編號(hào)G09B23/18GK2651870SQ0325295
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月27日
發(fā)明者葉瑞英 申請(qǐng)人:四川大學(xué)