專利名稱：電磁學測量儀的制作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型涉及一種電磁學測量儀，屬于電磁學、電工學用的教學儀器領域。
二背景技術：
定量測定電磁力F，驗證安培定律；定量測量空間磁導率μ0，定量測量平行帶電板間的靜電力和介電常數ε0以及定性測量平行載流導線之間的相互作用力等都是電磁學中的重要內容，根據教學大綱的要求，學生必須掌握。但是幾十年來，國內尚缺乏這方面的測量儀器。因此概念抽象難講，學生不易理解和掌握。我們從美國魯德蘭(Lutheran)大學物理實驗講義的電流秤示意圖中受到啟迪，以電流秤為參考，設計了這臺功能全、性能高，以測量電磁學基本量為目的的電磁學測量儀。
三、實用新型內容本實用新型的目的是針對現有技術的不足而提供一種電磁學測量儀。它具有功能全、成本低、而且增加了儀器的測量范圍。
本實用新型的目的由以下技術措施實現電磁學測量儀由刀口支承座與刀口裝置、框架與平衡裝置、阻尼裝置、讀數裝置、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成電磁學測量儀整體。
1、刀口支承座與刀口裝置由橫梁、刀口、刀口支承座組成，兩個支承座分別裝設在立柱的頂端，立柱上的升降桿能自由升降，以調節刀口平衡。刀口通過中心孔連接在橫梁下面的刀口槽內，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中央設砝碼盤，其臂通過連接件螺母裝配在橫梁的前方，旋轉升降螺釘能調節cd位置，使上方桿和下方桿的受力臂ab與cd上下對齊，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周期。
3、阻尼裝置由阻尼線圈組成，阻尼線圈設在水平桿的前端，并夾裝厚度為0.1～0.2cm的銅片，在其左右兩側裝上一對厚度為0.1～0.2cm的磁片，當框架擺動時，磁片也跟著框架擺動，以產生磁阻尼。
4、讀數裝置采用光杠桿，光杠桿由橫梁上的反射鏡和帶刻度尺的讀數顯微鏡組成，主要作用是測量上、下方桿之間的距離。
5、直流電源裝置采用實驗室內的直流電源，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，底板下設地腳螺栓以調節水平，板面上設立柱起支承作用，立柱中心打有小孔并裝設有導線，導線與ab和cd桿成直角連接，通過接線柱向外引出，為了防止導線相互感應的干擾，儀器的布線均設在底板下面。
本實用新型具有如下優點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了一豎直平衡錘，平衡錘設計成螺旋形，減小了平衡錘的振蕩，增大了儀器的穩定性能；4、讀數裝置改用實驗室原有的光杠桿，利用光杠桿中的讀數顯微鏡，既提高了讀數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，其它電路設置不變，就可測定平行帶電板間的靜電力等，增大了儀器的測量范圍；6、實驗結果表明，本實用新型性能指標靈敏度高，能夠準確測定電磁力F，空間磁導率μ0，平行帶電板間的靜電力和介電常數，實驗效果良好，填補了國內空白；7、本實用新型的刀口、刀座、橫梁、平衡錘、阻尼線圈、上、下方桿以及讀數裝置都相對獨立，便于學生拆開和組裝使用，也便于維修和替換零部件；8、適用于電磁學和電工學的各類開放實驗用，也可供各類綜合性大學的外國留學生實驗使用，教學效果直觀良好。
四

圖1為電磁學測量儀結構示意圖。
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為測試平行載流直導線之間相互作用電路圖。
圖4為驗證安培定律F∝BI實驗電路圖。
五具體實施方式
下面通過實施例對本實用新型進行具體描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對本實用新型進行進一步說明，不能理解為對本實用新型保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本實用新型的內容作出一些非本質的改進和調整。
實施例本實用新型具有結構簡單，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成電磁學測量儀整體。
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，兩個刀座分別裝在兩個中央立柱(有機玻璃)頂端，立柱上的升降桿能自由升降，以調節刀口平衡。通過刀口中心孔連接橫梁下面的刀口槽內，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ab為30cm，中央安裝有砝碼盤15，其臂長25cm，通過連接件螺母裝配在有機玻璃制作的橫梁1前方，旋轉升降螺釘能調節下方桿位置，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可改變框架振動周期。
如圖1所示，阻尼裝置由阻尼線圈8組成，阻尼線圈設在水平桿4的前端夾裝厚度為0.2cm的銅片，在其左右兩側裝上一厚度為0.2cm的磁片，而構成阻尼線圈8。當框架擺動時，磁片也跟著框架在磁場中擺動，以產生磁阻尼。
如圖1-2所示，讀數裝置采用光杠桿，光杠桿由橫梁1上的小反射鏡7和儀器前方帶刻度尺13的讀數顯微鏡14組成，其主要作用是測量上、下方桿之間的距離。
直流電源裝置采用實驗室大電流直流電源，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的有機玻璃板粘結而成。底板長58cm、寬40cm，下面設有三個地腳螺栓以調節水平，板面上有四個有機玻璃立柱起支承作用，立柱中打有小孔并穿有導線，導線與ab和cd桿成直角連接，通過接線柱向外引出，為了防止導線感應磁場的相互干擾，儀器的布線均設在底板下面。
電磁學測量儀的使用a、首先將儀器各零件如圖1所示安裝就位，調整下方桿cd與地磁場平行，這樣可以減少地磁場對電流磁場的影響。儀器一旦調整完畢后，各零件位置不能再移動。
b、測試前需仔細校準儀器，觀察刀口與刀座的接觸情況，調節振動周期為1～2秒。特別要注意調節ab與cd兩桿上下對齊且嚴格平行并保持0.1～0.2cm左右的均勻縫隙。
c、上下桿之間距離的測量由于上下桿之間距離實際上很小，為了能準確測量，故采用光杠桿的辦法。圖1中的反射鏡7和帶刻度尺13的讀數顯微鏡14一起構成了光杠桿，如圖2所示。當框架調節平衡時，通過望遠鏡讀出一基準值S0，當上方桿砝碼盤內放一重物時，平衡被破壞，上方桿下降接觸到下方桿，此時通過望遠鏡再讀一值，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。設桿的直徑為d，則當框架平衡時，上下方桿之間的對心距離為D＝D0+d
權利要求1.電磁學測量儀，其特征在于該測量儀由刀口支承座與刀口裝置、框架與平衡裝置、阻尼裝置、讀數裝置、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成電磁學測量儀整體。
2.按照權利要求1所述電磁學測量儀，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，兩個支承座(3)分別裝設在立柱的頂端，立柱上的升降桿(11)能自由升降，以調節刀口平衡，刀口(2)通過中心孔連接在橫梁下面的刀口槽內，能承受5～10A的大電流。
3.按照權利要求1所述電磁學測量儀，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中央設砝碼盤(15)，其臂通過連接件螺母裝配在橫梁(1)的前方，旋轉升降螺釘(16)能調節cd位置，使上方桿和下方桿的受力臂ab與cd上下對齊，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)可改變框架振動周期。
4.按照權利要求1所述電磁學測量儀，其特征在于阻尼裝置由阻尼線圈(8)組成，阻尼線圈設在水平桿(4)的前端，并夾裝厚度為0.1～0.2cm的銅片，在其左右兩側裝上一對厚度為0.1～0.2cm的磁片，以產生磁阻尼。
5.按照權利要求1所述電磁學測量儀，其特征在于讀數裝置采用光杠桿，光杠桿由橫梁(1)上的反射鏡(7)、刻度尺(13)和讀數顯微鏡(14)組成，主要作用是測量上、下方桿之間的距離。
6.按照權利要求1所述電磁學測量儀，其特征在于直流電源裝置采用實驗室的大電流直流電源，要求提供5～10A的直流電。
7.按照權利要求1所述電磁學測量儀，其特征在于底板與布線裝置，底板用絕緣材料制作，底板下設地腳螺栓以調節水平，板面上設立柱起支承作用，立柱中心打有小孔并裝設有導線，導線與ab和cd桿成直角連接，通過接線柱向外引出，儀器的布線均設在底板下面。
專利摘要一種電磁學測量儀，其特點在于該測量儀由刀口支承座與刀口裝置、框架與平衡裝置、阻尼裝置、讀數裝置、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成電磁學測量儀整體。該儀器可以準確測定電磁力F、驗證安培定律，測量空間磁導率μ
文檔編號G09B23/18GK2651870SQ0325295
公開日2004年10月27日 申請日期2003年9月27日 優先權日2003年9月27日
發明者葉瑞英 申請人:四川大學