專利名稱：磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，屬于大專院校的物理學(xué)、電磁學(xué)等相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁懸浮技術(shù)是集電磁學(xué)、電磁感應(yīng)技術(shù)、定軸轉(zhuǎn)動、動力學(xué)為一體的高新技術(shù)，隨著電子技術(shù)、控制工程、電磁理論及新型電磁材料和轉(zhuǎn)子動力學(xué)的發(fā)展，磁懸浮技術(shù)有了很大的進(jìn)步，電磁懸浮技術(shù)在制備和提純高熔點(diǎn)、高活性、強(qiáng)放射性材料等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本實(shí)用新型通過利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)對大電流恒流電源的控制，可準(zhǔn)確地輸出高精度的電流，與通過改變電壓來得到不同的磁場相比能得到更穩(wěn)定的磁場。同時本實(shí)驗(yàn)儀比之現(xiàn)有的磁懸浮有更高的可控性和能更容易操作和有更高的成功率。實(shí)驗(yàn)儀通過磁場的調(diào)節(jié)和陀螺轉(zhuǎn)子的更換，能更直觀的觀察和理解磁懸浮。通過磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，學(xué)生可更好的理解和掌握磁懸浮、磁場和電磁感應(yīng)原理和應(yīng)用，通過對磁場、電流、重力的多種關(guān)系測量，能更好地掌握磁懸浮的特性。同時通過實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的使用和操作，有利于學(xué)生掌握磁懸浮的原理和應(yīng)用，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有磁懸浮所存在的缺點(diǎn)，提出結(jié)合了大電流恒流源和單片機(jī)控制技術(shù)的磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，其特征是由磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)、上部可控磁場線圈、磁懸浮陀螺轉(zhuǎn)子和墊片板組成，磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上設(shè)置有四位數(shù)顯的電流表、四個數(shù)控按鍵和開關(guān)， 磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)設(shè)置有大電流恒流源及單片機(jī)控制和放大電路。實(shí)驗(yàn)儀通過對磁懸浮及電流、磁場關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能更好的理解和掌握磁懸浮和電磁感應(yīng)的規(guī)律和特點(diǎn)，能滿足大專院校的電磁學(xué)和物理學(xué)等相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。本實(shí)驗(yàn)儀采用單片機(jī)AT89C52作為控制核心來實(shí)現(xiàn)對大電流恒流源的控制，控制由運(yùn)算放大器和復(fù)合型大功率晶體管構(gòu)成的恒流源系統(tǒng)，主要包括按鍵、數(shù)碼顯示、A/D采樣和D/A控制，同時具有編程簡便、接口簡單、小型化的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)中的單片機(jī)通過運(yùn)算形成相應(yīng)的數(shù)字輸出量，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出相應(yīng)的控制信號，使得恒流源在20 4000 mA輸出電流時，輸出電流誤差小于1mA，能實(shí)現(xiàn)對恒流源電流輸出的精確調(diào)節(jié)。數(shù)控方式是采用按鍵輸入方式，以不同的步進(jìn)值去設(shè)置所需的電流值，并由LED數(shù)碼方式顯示出來。恒流源的驅(qū)動電路采用運(yùn)放LF353，LF353是一種帶內(nèi)部微調(diào)輸入偏差電壓技術(shù) (Bi—FET II technology)的高速運(yùn)放；它輸入阻抗高，并具有極高的轉(zhuǎn)換率，功耗低。同時為達(dá)到大電流輸出，在恒流源輸出端增加了由Ql、Q2組成的大功率的NPN型達(dá)林頓復(fù)合管電路。[0008]本設(shè)計采用獨(dú)立式鍵盤，即單片機(jī)的I/O 口直接與按鍵相連。四個按鍵的設(shè)置為菜單選擇鍵MENU，選擇鍵SEL，數(shù)值增加鍵UP和數(shù)值減小鍵DOWN。通過按鍵可對所需的電流大小進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。磁場線圈置于實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上部，其上方的臺面板上標(biāo)注有磁場中心位置的刻度線，同時臺面板上具有水平氣泡儀，用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀的水平。本實(shí)驗(yàn)儀所采用的磁懸浮陀螺轉(zhuǎn)子有大小輕重不同的多種規(guī)格，以方便進(jìn)行不同作用力的實(shí)驗(yàn)和對比，同時陀螺轉(zhuǎn)子內(nèi)置有釹鐵硼磁鐵。實(shí)驗(yàn)儀也采用了墊片板，所采用墊片板由透明塑料材料制成，表面進(jìn)行了磨砂處理，有利于陀螺轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，并在墊片板上標(biāo)注有中心位置刻度線。本實(shí)驗(yàn)儀的主機(jī)采用的是可調(diào)節(jié)高度的支撐腳，結(jié)合臺面板上的水平氣泡儀，用于調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀的水平。

圖1是磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，圖1中1是磁場線圈，2是磁場中心位置刻度線，3是水平氣泡儀，4是四位數(shù)顯電流表，5是菜單選擇按鍵，6是選擇按鍵，7是數(shù)值增加按鍵，8是數(shù)值減小按鍵，9是開關(guān)，10是電源指示，11是可調(diào)節(jié)高度的支撐腳。圖2是墊片板和陀螺轉(zhuǎn)子示意圖。其中12是墊片板，13是中心位置刻度線，14磁懸浮陀螺轉(zhuǎn)子，15是陀螺轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)手柄。圖3是恒流源系統(tǒng)組成。圖4是恒流源輸出電路圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)驗(yàn)中首先應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀的水平調(diào)節(jié)，結(jié)合磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)底部的高度調(diào)節(jié)支撐腳，調(diào)節(jié)直到實(shí)驗(yàn)臺面上的水平氣泡儀中的氣泡居中。在實(shí)驗(yàn)中有大小輕重不同的多個陀螺轉(zhuǎn)子，只有陀螺轉(zhuǎn)子在豎直方向上受力平衡時，它才能在空中懸浮，所以對應(yīng)應(yīng)有不同的磁場排斥力。實(shí)驗(yàn)時將墊片板放在水平的臺面板上，并保證周圍應(yīng)沒有干擾磁場的物體，將墊片板與臺面板的刻度中心位置對準(zhǔn)。母指和食指緊握陀螺轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)手柄，將陀螺轉(zhuǎn)子的下端輕壓在透明板的中心位置，保持與臺面板的垂直度，旋轉(zhuǎn)手柄，使陀螺轉(zhuǎn)子在墊片板的中心位置穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。陀螺轉(zhuǎn)子在墊片板的中心位置穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)以后，用雙手緩慢的將墊片板往上提升， 使陀螺轉(zhuǎn)子慢慢的離開臺面板，當(dāng)墊片板達(dá)到一個適當(dāng)?shù)母叨葧r，轉(zhuǎn)子向下的重力和磁場向上的排斥力相等時，它就會自動脫離墊片板懸在空中旋轉(zhuǎn)。在操作過程中選用不同的陀螺轉(zhuǎn)子時，當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子太輕時，在透明墊片板住上提升的過程中，由于磁場的排斥力大于陀螺轉(zhuǎn)子的重力，陀螺轉(zhuǎn)子會很快的彈離墊片板，脫離中心位置而無法達(dá)到穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。反之當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)子偏重時，在墊片板住上提升的過程中，由于陀螺轉(zhuǎn)子的重力大于磁場的排斥力，陀螺轉(zhuǎn)子會在墊片板上旋轉(zhuǎn)打滑，無法自動脫離墊片板達(dá)到穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。在每一次更換不同的陀螺轉(zhuǎn)子后，由于轉(zhuǎn)子重力的不同，所需磁場排斥力也不同，因此應(yīng)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)磁場線圈中的電流，以提供相應(yīng)的排斥力，同時記錄下最穩(wěn)定懸浮時的電流，研究陀螺轉(zhuǎn)子重力與磁場和電流的關(guān)系，并作出圖像。
權(quán)利要求1.一種磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，其特征是由磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)、上部可控磁場線圈(1)、磁懸浮陀螺轉(zhuǎn)子(14)和墊片板(12)組成，磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上設(shè)置有四位數(shù)顯的電流表(4)、 四個數(shù)控按鍵(5，6，7，8)和開關(guān)(9)，磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)設(shè)置有大電流恒流源及單片機(jī)控制和放大電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，其特征是磁場線圈置于實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上部，其上方的臺面板上標(biāo)注有磁場中心位置的刻度線(2)，臺面板上具有水平氣泡儀(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，其特征是磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)所采用的單片機(jī)型號為AT89C52。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，其特征是磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)所采用的恒流源運(yùn)放芯片為LF353，并在輸出端具有大功率NPN型達(dá)林頓復(fù)合管電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，其特征是所采用的磁懸浮陀螺轉(zhuǎn)子(14)有大小輕重不同的多種規(guī)格，陀螺轉(zhuǎn)子內(nèi)置釹鐵硼磁鐵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，其特征是所采用墊片板(12)由透明塑料材料制成，表面磨砂處理，并標(biāo)注有中心位置刻度線(13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，其特征是磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)底部有四只可調(diào)節(jié)高度的支撐腳(11)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀，由磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)、上部可控磁場線圈、磁懸浮陀螺轉(zhuǎn)子和墊片板組成，磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)上設(shè)置有四位數(shù)顯的電流表、四個數(shù)控按鍵和開關(guān)，磁懸浮實(shí)驗(yàn)儀主機(jī)內(nèi)設(shè)置有大電流恒流源及單片機(jī)控制和放大電路。實(shí)驗(yàn)儀通過對磁懸浮及與電流、磁場關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能更好的理解和掌握磁懸浮和磁場的規(guī)律和特點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)合理，操作方便，教學(xué)效果好，適合于大專院校的電磁學(xué)、物理學(xué)等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。
文檔編號G09B23/18GK201984700SQ20112011531
公開日2011年9月21日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者汪建 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 汪建