專利名稱：一種亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種采用霍爾傳感器來測量亥姆霍茲線圈磁場分布的 物理實驗教學(xué)儀器，具體是涉及一種亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置。
背景技術(shù)：
亥姆霍茲線圈一般是用來產(chǎn)生指定體積和均勻度的磁場，它是磁場疊加 的一種特例。研究亥姆霍茲線圈的磁場分布實驗已經(jīng)成為物理教學(xué)中的基礎(chǔ)
性實驗?，F(xiàn)在市場上有很多與此相關(guān)的教學(xué)儀器，如申請日為2007年2月9 日的中國專利200720106451.9就公開了一種"三維亥姆霍茲線圈磁場實驗 儀"，它包括實驗主機及與實驗主機電連接的測試架，測試架包括底板，底 板的一側(cè)安裝有兩個互相平行的繞有亥姆霍茲線圈的支架，底板的另一側(cè)安 裝有與亥姆霍茲線圈平行的Y向?qū)к?，Y向?qū)к壣峡缃覺向?qū)к?，X向?qū)?軌上裝有帶有Z向?qū)к壍淖笥一瑝K，Z向?qū)к壣显O(shè)有上下滑塊，上下滑塊上 連接有沿亥姆霍茲線圈的軸線方向放置的金屬管，金屬管靠近亥姆霍茲線圈 的一頭安裝有霍爾元件。本實用新型通過移動X向?qū)к?、左右滑塊、上下滑 塊改變霍爾元件在三維空間中的位置，從而可測量亥姆霍茲線圈三維空間的 磁感應(yīng)強度，確保獲得全面的亥姆霍茲線圈的磁場分布規(guī)律。 但是，這種實驗儀器存在以下缺陷-
1、 線圈與三維機構(gòu)分別放置在底座的兩端，導(dǎo)致儀器整體機構(gòu)龐大， 而且兩個線圈無法同時移動，導(dǎo)致測量范圍有限。
2、 X向?qū)к?、Y向?qū)к墶向?qū)к壍囊苿訖C構(gòu)僅僅采用了卡槽結(jié)構(gòu)，缺少絲桿機構(gòu)傳動，導(dǎo)致不僅操作復(fù)雜，而且無法準(zhǔn)確的確定空間一點。
3、磁場的測量沒有對霍爾電壓進(jìn)行定標(biāo)，不能直接顯示磁場強度。 現(xiàn)有儀器的上述缺陷使它在實驗測量中受到了很大的限制。 發(fā)明內(nèi)容
為了在物理實驗教學(xué)中，加深學(xué)生對磁場分布、磁場疊加的理解，通過 直觀的實驗現(xiàn)象來達(dá)到學(xué)以致用，進(jìn)而推廣應(yīng)用的目的，本實用新型提供了 一種亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置。
本實用新型的上述技術(shù)缺陷主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的-
一種亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置，包括實驗測試儀、實驗測試架， 所述的實驗測試架包括底座導(dǎo)軌及設(shè)于底座導(dǎo)軌上的兩個相互平行的亥姆 霍茲線圈、安裝有霍爾傳感器的兩維移動機構(gòu)，其特征是所述的亥姆霍茲線 圈安裝在設(shè)于底座導(dǎo)軌上的底座滑塊上，兩維移動機構(gòu)均采用絲桿進(jìn)行傳 動，其中長絲桿上設(shè)有大手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，短絲桿上設(shè)有小手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，霍 爾傳感器設(shè)于短導(dǎo)軌滑塊上。
長導(dǎo)軌通過長絲桿頂頭和長絲桿連接在一起，長絲桿通過螺絲和大手輪 連接在一起。通過調(diào)節(jié)大手輪就可以使短絲桿機構(gòu)在長絲桿機構(gòu)上來回移 動。
短導(dǎo)軌通過長絲桿連接塊和長絲桿連接在一起，短導(dǎo)軌通過短絲桿頂頭 和短絲桿連接在一起，短絲桿通過螺絲和小手輪連接在一起。
霍爾傳感器固定機構(gòu)通過短絲桿連接塊和短絲桿連接在一起，霍爾傳感 器焊接在線路板上，線路板通過螺絲和霍爾傳感器固定機構(gòu)連接在一起。通 過調(diào)節(jié)小手輪就可以使霍爾傳感器固定機構(gòu)在短絲桿機構(gòu)上來回移動。
霍爾傳感器固定機構(gòu)用來固定焊接了霍爾傳感器的線路板。另外在底座導(dǎo)軌、長導(dǎo)軌、短導(dǎo)軌上分別安裝有刻度標(biāo)尺，可以很方便 的讀出線圈之間的距離以及霍爾傳感器的位置。
亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置中亥姆霍茲線圈作為磁場產(chǎn)生裝置，用 霍爾傳感器來測量其磁場分布?？梢詼y量線圈不同間距時線圈軸線上的磁場 分布，還可以驗證磁場疊加原理，并且測量磁場的兩維分布。
本實用新型包括測試儀和實驗儀，測試儀主要包括線圈驅(qū)動源、特斯 拉計。實驗儀主要包括底座導(dǎo)軌、兩維絲桿機構(gòu)、霍爾傳感器。儀器結(jié)構(gòu) 緊湊，即能定性觀察實驗現(xiàn)象，又能通過測量儀表定量測量。
本使用新型的有益效果是
1、 線圈與兩維絲桿機構(gòu)重疊放置，減小了儀器尺寸，更加美觀大方。
2、 底座導(dǎo)軌以及滑塊機構(gòu)可以方便準(zhǔn)確的改變線圈之間的距離，還可 以擴展更多的實驗內(nèi)容。
3、 通過兩維絲桿機構(gòu)可以對霍爾傳感器進(jìn)行精確定位，絲桿采用手輪 調(diào)節(jié)，操作簡單方便。
4、 采用特斯拉計測量磁場強度，更加直觀、明顯。

圖1是本實用新型的一種結(jié)構(gòu)主視圖； 圖2為圖1的側(cè)視圖。
具體實施方式

下面通過實例，并結(jié)合附圖1、 2，對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的 具體說明。
一種亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置，其包括底座導(dǎo)軌(1)、底座滑塊 (2)、鎖緊螺釘(21)、亥姆霍茲線圈(6) (12)組成線圈的移動機構(gòu)。亥姆霍茲線圈(6) (12)固定在底座滑塊(2)上，可以在底座導(dǎo)軌(1)上滑 動，并且可以通過鎖緊螺釘(21)固定。底座導(dǎo)軌(1)的上端設(shè)置有底座 滑塊(2)，底座滑塊(2)的上面設(shè)置長絲桿機構(gòu)(4)和亥姆霍茲線圈(6) 和(12)，長絲桿機構(gòu)(4)的上面設(shè)置短絲桿機構(gòu)(14)，短絲桿機構(gòu)(14) 上面設(shè)置霍爾傳感器(7)。
長絲桿機構(gòu)(4)包括長導(dǎo)軌(20)、長導(dǎo)軌滑塊(17)、長絲桿(18)、 長絲桿連接塊(19)、大手輪(13)。短絲桿機構(gòu)通過長導(dǎo)軌滑塊(17)和長 絲桿連接塊(19)與長導(dǎo)軌(20)連接起來，通過調(diào)節(jié)大手輪(13)就可以 使短絲桿機構(gòu)在長絲桿機構(gòu)上移動。
短絲桿機構(gòu)(14)包括短導(dǎo)軌(11)、短導(dǎo)軌滑塊(8)、短絲桿(9)、 短絲桿連接塊(10)、小手輪(16);霍爾傳感器(7)固定機構(gòu)通過短導(dǎo)軌 滑塊(8)和短絲桿連接塊(10)與短導(dǎo)軌(11)連接起來，通過調(diào)節(jié)小手 輪(16)就可以使霍爾傳感器(7)固定機構(gòu)在短絲桿機構(gòu)(14)上移動。
霍爾傳感器(7)安裝在霍爾傳感器固定機構(gòu)(15)中，霍爾傳感器固 定機構(gòu)(15)通過短導(dǎo)軌滑塊(8)與短絲桿機構(gòu)(14)連接在一起。
底座導(dǎo)軌(1)與底座滑塊(2)采用燕尾槽結(jié)構(gòu)連接，通過鎖緊螺絲(21) 和鎖緊螺絲頂頭(22)來鎖緊。 1、測量單個線圈X軸線上的磁場分布
移動線圈(6)使線圈(6)的底座滑塊標(biāo)記與底座導(dǎo)軌的中心重合，轉(zhuǎn) 動小手輪將霍爾傳感器調(diào)節(jié)到線圈的X軸上，將霍爾傳感器與特斯拉計連接 起來，將線圈驅(qū)動與線圈(6)連接起來，并將驅(qū)動電流調(diào)節(jié)為0.50A，轉(zhuǎn)動 大手輪使霍爾傳感器從長導(dǎo)軌的一端移動到另一端，每移動2cm記錄一次特 斯拉計的數(shù)值，并進(jìn)一步分析單線圈X軸上的磁場分布。2、 測量單個線圈Y軸上的磁場分布
移動線圈(6)使線圈(6)的底座滑塊標(biāo)記與底座導(dǎo)軌的中心重合，轉(zhuǎn) 動大手輪將霍爾傳感器調(diào)節(jié)到線圈的Y軸線上，將霍爾傳感器與特斯拉計連 接起來，將線圈驅(qū)動與線圈(6)連接起來，并將驅(qū)動電流調(diào)節(jié)為0.50A，轉(zhuǎn) 動小手輪使霍爾傳感器從短導(dǎo)軌的一端移動到另一端，每移動0.5cm記錄一 次特斯拉計的數(shù)值，并進(jìn)一步分析單線圈Y軸線上的磁場的分布。
3、 驗證磁場疊加原理
分別移動線圈(6)和線圈(12)，使線圈(6)和線圈(12)的間距為 10cm，轉(zhuǎn)動小手輪將霍爾傳感器調(diào)節(jié)到線圈的X軸線上，轉(zhuǎn)動大手輪使霍 爾傳感器處于兩線圈中間，將霍爾傳感器與特斯拉計連接起來，調(diào)節(jié)驅(qū)動電 流為0.50A，分別記錄線圈(6)和線圈(12)單獨通電和同時通電時特斯拉 計的數(shù)值，并進(jìn)一步分析驗證磁場的疊加原理。 4、測量亥姆霍茲線圈X軸上的磁場分布
分別移動線圈(6)和線圈(12)，使線圈(6)和線圈(12)的間距為 10cm，轉(zhuǎn)動小手輪將霍爾傳感器調(diào)節(jié)到線圈的X軸上，將霍爾傳感器與特 斯拉計連接起來，將線圈(6)和線圈(12)串聯(lián)起來接到線圈驅(qū)動上，調(diào) 節(jié)驅(qū)動電流為0.50A，轉(zhuǎn)動大手輪使霍爾傳感器從長導(dǎo)軌的一端移動到另一 端，每移動2cm記錄一次特斯拉計的數(shù)值，并進(jìn)一步分析亥姆霍茲線圈X 軸上的磁場分布。
5、測量亥姆霍茲線圈Y軸線上的磁場分布
分別移動線圈(6)和線圈(12)，使線圈(6)和線圈(12)的間距為 10cm，轉(zhuǎn)動大手輪將霍爾傳感器調(diào)節(jié)到線圈的Y軸上，將霍爾傳感器與特 斯拉計連接起來，將線圈(6)和線圈(12)串聯(lián)起來接到線圈驅(qū)動上，調(diào)節(jié)驅(qū)動電流為0.50A，轉(zhuǎn)動小手輪使霍爾傳感器從短導(dǎo)軌的一端移動到另一 端，每移動0.5cm記錄一次特斯拉計的數(shù)值，并進(jìn)一步分析亥姆霍茲線圈Y 軸上的磁場分布。
最后，應(yīng)當(dāng)指出，以上實例僅是本實用新型較有代表性的例子。顯然， 本實用新型不限于上述實例，還可以進(jìn)行很多實驗。凡是依據(jù)本實用新型的 技術(shù)實質(zhì)對以上實例所作的任何修改、等同變化與修飾，均應(yīng)認(rèn)為屬于本實 用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置，包括實驗測試儀、實驗測試架，所述的實驗測試架包括底座導(dǎo)軌(1)及設(shè)于底座導(dǎo)軌(1)上的兩個相互平行的亥姆霍茲線圈(6)、(12)、安裝有霍爾傳感器(7)的兩維移動機構(gòu)，其特征是所述的亥姆霍茲線圈(6)和(12)安裝在設(shè)于底座導(dǎo)軌(1)上的底座滑塊(2)上，兩維移動機構(gòu)均采用絲桿進(jìn)行傳動，其中長絲桿(18)上設(shè)有大手輪(13)進(jìn)行調(diào)節(jié)，短絲桿(9)上設(shè)有小手輪(16)進(jìn)行調(diào)節(jié)，霍爾傳感器(7)設(shè)于短導(dǎo)軌滑塊(8)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置，其特征是在 所述底座導(dǎo)軌(1)、底座滑塊(2)采用燕尾槽結(jié)構(gòu)，底座滑塊(2)上通過 螺絲分別與線圈固定架(5)、高度調(diào)節(jié)架(3)連接在一起。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置，其特征是所 述兩維移動機構(gòu)的長絲桿(18)安裝在長導(dǎo)軌(20)內(nèi)，長絲桿(18)上通 過螺紋安裝有長絲桿連接塊(19)，長絲桿連接塊(19)通過螺絲與長導(dǎo)軌滑 塊(17)連接在一起，大手輪(13)通過螺釘安裝在長絲桿(18)的一端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置，其特征是所 述兩維移動機構(gòu)的短絲桿(9)安裝在短導(dǎo)軌(11)內(nèi)，短絲桿(9)上通過 螺紋安裝有短絲桿連接塊(10)，短絲桿連接塊(10)通過螺絲與短導(dǎo)軌滑塊(8)連接在一起，小手輪(16)通過螺釘安裝在短絲桿(9)的一端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置，其特征是所 述長導(dǎo)軌(20)通過長導(dǎo)軌滑塊(17)與短導(dǎo)軌(11)連接在一起。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置，其特征是所 述霍爾傳感器(7)安裝在霍爾傳感器固定機構(gòu)(15)中，霍爾傳感器固定機構(gòu)(15)通過短導(dǎo)軌滑塊(8)與短絲桿(9)連接在一起。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置，其特征是所述底座導(dǎo)軌(1)、長導(dǎo)軌(20)、短導(dǎo)軌(11)上分別設(shè)置刻度標(biāo)尺。
專利摘要本實用新型涉及一種兩維亥姆霍茲線圈磁場測定實驗裝置，它包括測試儀和實驗儀，測試儀主要包括特斯拉計和線圈驅(qū)動源，實驗儀包括底座導(dǎo)軌，底座導(dǎo)軌上放置底座滑塊，底座滑塊上安裝高度調(diào)節(jié)架和線圈固定板，高度調(diào)節(jié)架上安裝長絲桿機構(gòu)，長絲桿機構(gòu)上安裝短絲桿機構(gòu)，短絲桿機構(gòu)上安裝霍爾傳感器。亥姆霍茲線圈通過線圈固定板安裝在底座滑塊上，可以自由的在底座導(dǎo)軌上滑動。通過調(diào)節(jié)安裝在兩維絲桿機構(gòu)上的手輪就可以方便準(zhǔn)確的對霍爾傳感器進(jìn)行定位，進(jìn)而從測試儀上讀出該點的磁場強度，確保方便準(zhǔn)確的測量出亥姆霍茲線圈的磁場分布。
文檔編號G09B23/18GK201387681SQ20082016961
公開日2010年1月20日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者劉文富, 吳軍偉, 吳越峰, 黃華圣 申請人:浙江天煌科技實業(yè)有限公司