專利名稱：基于失重艙的蠟燭自動點火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種物理演示實驗裝置，特別涉及一種失重環(huán)境下的蠟燭 點火演示實驗裝置。
背景技術(shù)：
教育部2005年《普通高中物理課程標準》的實驗部分要求學生了解太空艙 或人造衛(wèi)星中進行微重力條件下的實驗，現(xiàn)有的失重實驗教學演示器的實驗艙 按照飛行器設計要點設計，實驗艙內(nèi)有放置蠟燭芯的實驗平臺，與蠟燭芯處于 同一水平高度的實時記錄實驗現(xiàn)象的攝像頭及電源，在實驗艙的艙壁上設有用 于人工點火的點火孔，進行失重條件下的點火實驗時有實驗操作者利用點火槍
透過點火孔點燃蠟燭芯，該手動蠟燭點燃方式存在如下的缺陷
由于該實驗作為一個演示實驗，通常將實驗艙懸掛在距離地面2米左右的 高處，為了觀測到真實的蠟燭在失重狀態(tài)下的燃燒時的火焰形狀，該演示實驗 要求在失重狀態(tài)下點燃蠟燭，也就是說只有在實驗艙作自由落體運動時點燃蠟 燭才能夠觀察到真正的失重狀態(tài)下的蠟燭燃燒現(xiàn)象，而實驗艙從2米的高處下 落到地面的時間只有0.6秒，要在如此短的時間內(nèi)實現(xiàn)手動點火很容易出現(xiàn)差 錯，以至于實驗難以操作。
由于上述缺陷導致許多高中物理教師不愿意在課堂上進行失重狀態(tài)下蠟燭 點火實驗的演示，從而導致學生無法對處于失重狀態(tài)下蠟燭燃燒的狀態(tài)有一個
直觀的認識，因此簡化實驗操作過程、提高實驗的可操作性已經(jīng)成為一種必要。 實用新型目的
本實用新型的目的在于提供一種用計算機程控的辦法來解決上述問題的 自動化控制程度高、操作簡單、精度高的失重實驗演示裝置，不僅能夠?qū)崟r顯 示實驗圖像，而且還能夠?qū)嶒炦M行計算機控制。
這種基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，主要包括一個形狀類似于飛行器的 實驗艙l，實驗艙l內(nèi)有放置蠟燭芯4的實驗平臺3，與蠟燭芯4處于同一水平 高度的實時記錄實驗現(xiàn)象的攝像頭7及電源2，其特征在于所述的蠟燭芯4的 一側(cè)有一電熱絲5。
所述的蠟燭芯4的另一側(cè)設有一常閉型雙金屬片熱繼電器6。
所述的實驗艙1內(nèi)部的側(cè)壁上安裝有干簧繼電器12。
所述的實驗艙1外部相對并低于所述干簧繼電器12的位置設置有一電磁鐵8。
所述的電熱絲5與蠟燭芯4之間的距離在0.1-lmm之間。 所述的常閉型雙金屬片熱繼電器6與蠟燭芯4之間的距離在3-8mm之間。 所述的電熱絲5和電磁繼電器的常開觸點a9串聯(lián)構(gòu)成電路A; 干簧繼電
器12與電磁繼電器11的常開觸點b10并聯(lián)后和常閉型雙金屬片熱繼電器6及
電磁繼電器ll的線圈串聯(lián)構(gòu)成電路B。
所述的電路A和電路B可以是由兩個電源供電的獨立電路，也可以是由同
一電源供電電路的兩個支路。
所述的電磁鐵8離實驗艙1的外壁5-10mm。 所述的電磁鐵8的線圈經(jīng)控制電路連接至電源。 所述的控制電路為計算機。
所述的電池組2有三個，電池組a為攝像機的供電電池組，電池組b和電 池組c分別為電路a和電路b的供電電池組。
電磁鐵8的線圈的兩端由計算機或PLC程控器的控制電路連接電源，通過 控制直流電流的接通切斷及接通時間的長短，實現(xiàn)蠟燭的自動點火過程，大大 減少了手工點火的繁瑣步驟，提高了實驗的可操作性。
根據(jù)以上技術(shù)方案設計的這種基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，與目前己 有的失重實驗教學演示器相比，具有以下優(yōu)點
實現(xiàn)了計算機程控，通過計算機實現(xiàn)蠟燭的自動點火過程，其工作時刻精 確到毫秒級，消除了實驗過程中涉及手工操作的步驟，簡化了實驗操作過程， 提高了實驗的可操作性。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型的自動點火電的原理圖。
圖中1、實驗艙 2、電源 3、實驗平臺 4、蠟燭芯 5、電熱
絲 6、常閉型雙金屬片熱繼電器 7、攝像機 8、電磁鐵 9、常開觸 點a 10、常開觸點b 11、電磁繼電器 12、干簧繼電器
具體實施方式
按照如圖1和圖2所示的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，控制器采用自 制的CRD驅(qū)動器，并在計算機上編寫好相應的控制程序。進行實驗演示時，首 先將整個實驗艙固定在2.5m的高處，電磁鐵安裝在實驗艙外靠近艙體內(nèi)干簧繼
電器的一側(cè)，以確保電磁鐵與干簧繼電器的距離足夠近使得磁場力能夠?qū)⒊ｉ_ 的干簧繼電器閉合。實驗時啟動下落組件使艙體做自由落體運動，同時通過發(fā)
出點火指令，由CRD驅(qū)動器輸出直流電流，電磁鐵通電后被磁化，產(chǎn)生磁場，
當艙體中的干簧繼電器(磁感應開關(guān))下落至與電磁鐵足夠近時，受磁場力的
作用干簧繼電器的常開開關(guān)閉合，此時電磁繼電器與干簧繼電器組成的電路a 形成閉合回路，電磁繼電器的線圈獲得電流，線圈通電后產(chǎn)生的磁場力使得電 磁繼電器銜鐵的兩個常開觸點a和常開觸點b同時閉合，常開觸點a閉合使電 熱絲被加熱，常開觸點b閉合使電磁繼電器自鎖，即電磁繼電器通電使常開觸點b 閉合，由于常開觸點b串聯(lián)在電路中，所以使電磁繼電器繼續(xù)通電，此時電磁鐵 己離開，干簧管觸點斷幵，由于繼電器自鎖，所以常開觸點a仍舊閉合使電熱 絲加熱。當電熱絲加熱到一定溫度時，將其旁邊的蠟燭芯點燃，實現(xiàn)自動點火 過程。為了防止持續(xù)加熱燒壞電熱絲或加速電熱絲的老化，將常閉型雙金屬片 熱繼電器安裝在蠟燭芯的另一側(cè)，當蠟燭燃燒一定時間后，其釋放的熱量足以 使位于蠟燭芯旁邊的常閉型雙金屬片熱繼電器的簧片由于受熱膨脹而斷開，將 電路切斷。
本實用新型通過控制驅(qū)動器控制直流電流的接通切斷及接通時間的長短， 實現(xiàn)了失重環(huán)境下的蠟燭自動點火過程，大大減少了手工點火的繁瑣步驟，簡 化了實驗中手工操作的步驟，實現(xiàn)了實驗的自動化控制，提高了實驗的可操作 性和真實性。由于其操作簡單、精度高該失重條件下的蠟燭自動點火實驗裝置 還可用于科技館等場所開展科普教育活動的失重實驗演示裝置。
此外，本實用新型不僅適用于蠟燭自動點火裝置，對于其他類似的自動點 火裝置，只要采用了電熱絲、常閉型雙金屬片熱繼電器和電磁繼電器實現(xiàn)能夠 自動點火及斷開，也屬本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1、一種基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，主要包括一個形狀類似于飛行器的實驗艙(1)，實驗艙(1)內(nèi)有放置蠟燭芯(4)的實驗平臺(3)，與蠟燭芯(4)處于同一水平高度的實時記錄實驗現(xiàn)象的攝像頭(7)及電源，其特征在于所述的蠟燭芯(4)的一側(cè)有一電熱絲(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其特征在于所述的蠟燭芯(4)的另一側(cè)設有一常閉型雙金屬片熱繼電器(6)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其特征在于所述的實驗艙(1)內(nèi)部的側(cè)壁上安裝有干簧繼電器(12)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其特征 在于所述的實驗艙(1)外部，相對并低于所述干簧繼電器(12)的位置設置 有一電磁鐵(8)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其特征在于 所述的電熱絲(5)與蠟燭芯(4)之間的距離在0.1-lmm之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其特征在于 所述的常閉型雙金屬片熱繼電器(6)與蠟燭芯(4)之間的距離在3-8mm之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其 特征在于所述的電熱絲(5)和電磁繼電器的常開觸點a (9)串聯(lián)構(gòu)成電路A; 干簧繼電器(12)與電磁繼電器(11)的常開觸點b (10)并聯(lián)后和常閉型雙金 屬片熱繼電器(6)及電磁繼電器(11)的線圈串聯(lián)構(gòu)成電路B。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其特征在于 所述的電路A和電路B可以是由兩個電源供電的獨立電路，也可以是由同一電 源供電電路的兩個支路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其特征在于:所述的電磁鐵(8)離實驗艙(1)的外壁5-10mm。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其特征在于:所述的電磁鐵(8)的線圈經(jīng)控制電路連接至電源。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其特征在 于所述的控制電路為計算機。 、
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，其特征在 于所述的控制電路為PLC程控器。
專利摘要一種基于失重艙的蠟燭自動點火裝置，主要包括一個按照飛行器設計要點設計的實驗艙，實驗艙內(nèi)有放置蠟燭芯的實驗平臺，與蠟燭芯處于同一水平高度的實時記錄實驗現(xiàn)象的攝像頭及電源，其特征在于所述的蠟燭芯旁有一電熱絲和一常閉型雙金屬片熱繼電器，電熱絲和電磁繼電器的常開觸點a串聯(lián)構(gòu)成電路A；干簧繼電器與電磁繼電器的常開觸點b并聯(lián)后和常閉型雙金屬片熱繼電器及電磁繼電器的線圈串聯(lián)構(gòu)成電路B。在實驗艙外部設有電磁鐵，電磁鐵線圈的兩端經(jīng)控制電路接至電源。通過在控制電流的接通切斷及接通時間的長短，實現(xiàn)蠟燭自動點火過程，大大減少了手工點火的繁瑣步驟，提高了實驗的可操作性。
文檔編號G09B23/00GK201191467SQ20082005622
公開日2009年2月4日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者吳可治, 徐江鹿 申請人:上海市南洋模范中學