專利名稱：光放大低內(nèi)阻檢流計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種教學(xué)演示用的普通磁電系電表的檢流計(jì)，其特點(diǎn)是由于利用了凹面鏡反射和具有很低的內(nèi)阻，從而可用于中學(xué)物理教學(xué)中單根導(dǎo)線切割磁力線等微弱電動(dòng)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)，效果明顯且便于普及。
在中學(xué)物理電磁感應(yīng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于單根導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)太小(約只有10-3V數(shù)量級(jí))，故無法用普通檢流計(jì)直接顯示。一般解決的方法有二種1.采用多匝導(dǎo)線線圈的一邊，可直接用普通檢流計(jì)顯示。
2.采用單根導(dǎo)線并加微電流放大器。
但以上兩種方法存在的問題均為教學(xué)直觀性不好。
本發(fā)明的目的是要解決傳統(tǒng)的二種方法所不能實(shí)現(xiàn)的用單根導(dǎo)線切割磁力線并不加微電流放大器而直接用檢流計(jì)顯示，從而使這部分教學(xué)有較好的直觀性，有利于解決教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
眾所周知，單根導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)如下1.感生電動(dòng)勢(shì)低。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，E＝B1vsinθ，設(shè)sinθ＝1，由于B和v均是有限值且數(shù)值不大，因此主要決定于切割磁力線的導(dǎo)線長(zhǎng)度1。顯然，1是不長(zhǎng)的。
2.電源內(nèi)阻低。感生電動(dòng)勢(shì)的電源只是切割磁力線的一段導(dǎo)線，其直流電阻約在10-2～10-1Ω數(shù)量級(jí)。
所以通過檢流計(jì)的實(shí)際電流為
Ig＝ (E)/(Rg+r)式中Ig-流過檢流計(jì)的電流;E-感生電動(dòng)勢(shì);Rg-電表內(nèi)阻;r-電源內(nèi)阻。
當(dāng)Rg》r時(shí)，Ig≈E/Rg。
由于一般檢流計(jì)均是電流靈敏度高而內(nèi)阻較大，所以實(shí)際流過電表的電流極小。要增大Ig，唯一可能的途徑是減小Rg。
以上減小內(nèi)阻可以用于顯示微弱電動(dòng)勢(shì)的方案，早在80年四川人民出版社的《中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》一書中已經(jīng)提出。但十多年來，在全國(guó)教學(xué)儀器產(chǎn)品中從未見到。根據(jù)本人試驗(yàn)，改制后的低內(nèi)阻檢流計(jì)用于單根導(dǎo)線切割磁力線(磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度0.015T。導(dǎo)線在磁場(chǎng)中長(zhǎng)度200mm)時(shí)，偏轉(zhuǎn)可達(dá)±15格(滿度值為±100格)，效果并不理想。
另外，浙江加興有一中學(xué)曾做過靈敏度很高的電表，用一個(gè)大的多匝線圈切割地磁場(chǎng)可以使表針顯示，但后來也未形成產(chǎn)品，據(jù)講因涉及專用磁鋼而難以批量生產(chǎn)。但未做過單根導(dǎo)線切割磁力線的實(shí)驗(yàn)。
還有，日本有一種檢流計(jì)，線圈在外且線很粗，表針上連的是一塊磁鐵，標(biāo)的參數(shù)是線圈直流電阻2Ω，電流靈敏度為1.5mA，電壓靈敏度為3mV。但經(jīng)試用，外界磁場(chǎng)對(duì)表針影響很大，在電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)中因存在較強(qiáng)磁場(chǎng)，所以不適用。
在高靈敏度檢流計(jì)中有采用光點(diǎn)反射的，一般采用的結(jié)構(gòu)如附

圖1，并且采用張絲，是精密的電表。圖中1為動(dòng)鏡，2和4為反射鏡，3為標(biāo)度尺，5為光源。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的1.采用低內(nèi)阻的普通磁電系檢流計(jì)，滿偏電流±2.5mA，內(nèi)阻1.0Ω(包括動(dòng)圈及游絲)，指針零點(diǎn)在中間。
2.采用凹面鏡一次反射來放大指針的偏轉(zhuǎn)角度，這是本發(fā)明的關(guān)鍵所在，原理見附圖2。圖中OA為指針，O為轉(zhuǎn)軸。指針上安裝凹面鏡1。當(dāng)OA向左偏轉(zhuǎn)∠α至OA’時(shí)，1移到1’(虛線)處。凹面鏡與指針交點(diǎn)C移到C’。此時(shí)C″N為C″處的法線。(C″為此時(shí)1″與AO的交點(diǎn))。使光線延AO方向射下，根據(jù)反射定律，知有∠AC″N＝∠NC″D，即光在C″點(diǎn)反射后延C″D射去。
設(shè)t為凹面鏡C點(diǎn)處切線，移至t’時(shí)，t與t’夾角為ψ，∠AC″D＝2ψ。因?yàn)椤夕凛^小，因此C’C″也較短。
∠θ≈C’C″/r(r為凹面鏡半徑)。(弧C’C″近似等于線段C’C″)。
因?yàn)椤螦C″N＝ψ，根據(jù)幾何知，ψ＝θ+α＝C’C″/r+α。放大后光偏向?yàn)?ψ＝2α+2·C’C″/r。
2(α+C’C″/r)/α為放大率。
實(shí)際樣機(jī)如附圖3及附圖4。以下結(jié)合附圖作詳細(xì)說明。
附圖3為檢流計(jì)正面，只是一般內(nèi)磁式磁電系檢流計(jì)。6為狹縫，7為整流及穩(wěn)壓部分。附圖4為檢流計(jì)背面，8為凹面反射鏡。9為光源。8與面板約有2mm距離，可自由隨表針擺動(dòng)。并且在垂直于面板方向有約5°的偏角。8的質(zhì)量很小，約0.2g，對(duì)表針及測(cè)量機(jī)構(gòu)無明顯的影響。8的凹面為反光面。8的曲率半徑約20mm。8在表針上的結(jié)構(gòu)如附圖5。8位于指針上二分之一(75mm)處。9的結(jié)構(gòu)如附圖6，由6V5W白熾燈泡12和紅濾色片13發(fā)出紅光，前加直徑40mm、焦距據(jù)f＝45mm的雙凸透鏡14產(chǎn)生平行光。透鏡光心距燈絲距離為55mm。10為檢流計(jì)輸入端，直接與動(dòng)圈相連。11為光源用低壓電源輸入端。為了保證光源的亮度及燈泡壽命，光源用電通過如附圖7的普通穩(wěn)壓電源。圖中15為輸入端，可用交、直流10V。
使用的光源也可是He-Ne激光器。如附圖8，a為激光通過擴(kuò)束鏡，16為擴(kuò)束鏡，17為激光束。b為括束后的激光束在凹面鏡上的反射，8為凹面鏡，18為45°平面鏡。(不附激光器)。
實(shí)施例1.在磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.015T、切割磁力線的導(dǎo)線長(zhǎng)度為200mm且垂直地切割磁力線時(shí)，附圖3中指針偏轉(zhuǎn)±15格，附圖4中光反射后指示為±75格。
2.本發(fā)明的檢流計(jì)也可用于中學(xué)物理教學(xué)的阻尼振蕩實(shí)驗(yàn)中。按附圖9的線路，當(dāng)電感19約159H，電感的直流電阻約16Ω，電容器20的容量分別為470μF、1000μF及3300μF時(shí)，電源21的電壓為10V，檢流計(jì)22的指針擺動(dòng)在6～7次以上，衰減現(xiàn)象明顯，并且振蕩頻率改變明顯。
權(quán)利要求
1.一種不加微電流放大器而直接顯示的用于中學(xué)物理電磁感應(yīng)中單根導(dǎo)線切割磁力線實(shí)驗(yàn)的高靈敏度普通磁電系檢流計(jì)，其特征在于使用光放大方式并輔助以低內(nèi)阻實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的光放大方式，其特征在于使用固定在表針上的凹面反射鏡，當(dāng)凹面反射鏡隨表針擺動(dòng)而偏離方向后使反射光線偏向角增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的光放大方式，其特征在于光源沿表盤零位方向射在凹面鏡上，當(dāng)凹面鏡偏離后由于光入射點(diǎn)的偏離，使光的反射角等于這時(shí)對(duì)入射點(diǎn)的入射角和指針偏角之和。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的光放大方式，其特征在于適當(dāng)選擇凹面鏡的半徑，可以使反射光偏角增大到所需的程度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)用的光放大式低內(nèi)阻檢流計(jì)，其特點(diǎn)是通過凹面鏡的反射使反光點(diǎn)指示的偏角增大，同時(shí)檢流計(jì)具有很低的內(nèi)阻，從而使普通磁電系電表能夠用于物理教學(xué)中單根導(dǎo)線切割磁力線等微弱電動(dòng)勢(shì)的指示，效果明顯。
文檔編號(hào)G09B23/18GK1077812SQ9210299
公開日1993年10月27日 申請(qǐng)日期1992年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月20日
發(fā)明者任偉德 申請(qǐng)人:任偉德