專利名稱：磁懸浮實驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種磁懸浮實驗儀，屬于大專院校的物理學、電磁學等相關課程的實驗領域。
背景技術：
磁懸浮技術是集電磁學、電磁感應技術、定軸轉動、動力學為一體的高新技術，隨著電子技術、控制工程、電磁理論及新型電磁材料和轉子動力學的發(fā)展，磁懸浮技術有了很大的進步，電磁懸浮技術在制備和提純高熔點、高活性、強放射性材料等方面具有廣泛的應用前景。本實用新型通過利用單片機來實現(xiàn)對大電流恒流電源的控制，可準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。同時本實驗儀比之現(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。實驗儀通過磁場的調節(jié)和陀螺轉子的更換，能更直觀的觀察和理解磁懸浮。通過磁懸浮實驗儀，學生可更好的理解和掌握磁懸浮、磁場和電磁感應原理和應用，通過對磁場、電流、重力的多種關系測量，能更好地掌握磁懸浮的特性。同時通過實驗內容的使用和操作，有利于學生掌握磁懸浮的原理和應用，調動學生學習的興趣和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。
實用新型內容本實用新型針對現(xiàn)有磁懸浮所存在的缺點，提出結合了大電流恒流源和單片機控制技術的磁懸浮實驗儀，其特征是由磁懸浮實驗儀主機、上部可控磁場線圈、磁懸浮陀螺轉子和墊片板組成，磁懸浮實驗儀主機上設置有四位數(shù)顯的電流表、四個數(shù)控按鍵和開關， 磁懸浮實驗儀主機內設置有大電流恒流源及單片機控制和放大電路。實驗儀通過對磁懸浮及電流、磁場關系的實驗，使學生能更好的理解和掌握磁懸浮和電磁感應的規(guī)律和特點，能滿足大專院校的電磁學和物理學等相關課程的教學實驗要求。本實驗儀采用單片機AT89C52作為控制核心來實現(xiàn)對大電流恒流源的控制，控制由運算放大器和復合型大功率晶體管構成的恒流源系統(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。實驗儀主機中的單片機通過運算形成相應的數(shù)字輸出量，再經(jīng)D/A轉換器輸出相應的控制信號，使得恒流源在20 4000 mA輸出電流時，輸出電流誤差小于1mA，能實現(xiàn)對恒流源電流輸出的精確調節(jié)。數(shù)控方式是采用按鍵輸入方式，以不同的步進值去設置所需的電流值，并由LED數(shù)碼方式顯示出來。恒流源的驅動電路采用運放LF353，LF353是一種帶內部微調輸入偏差電壓技術 (Bi—FET II technology)的高速運放；它輸入阻抗高，并具有極高的轉換率，功耗低。同時為達到大電流輸出，在恒流源輸出端增加了由Ql、Q2組成的大功率的NPN型達林頓復合管電路。[0008]本設計采用獨立式鍵盤，即單片機的I/O 口直接與按鍵相連。四個按鍵的設置為菜單選擇鍵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行控制和調節(jié)。磁場線圈置于實驗儀主機上部，其上方的臺面板上標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，用于調節(jié)實驗儀的水平。本實驗儀所采用的磁懸浮陀螺轉子有大小輕重不同的多種規(guī)格，以方便進行不同作用力的實驗和對比，同時陀螺轉子內置有釹鐵硼磁鐵。實驗儀也采用了墊片板，所采用墊片板由透明塑料材料制成，表面進行了磨砂處理，有利于陀螺轉子的穩(wěn)定旋轉，并在墊片板上標注有中心位置刻度線。本實驗儀的主機采用的是可調節(jié)高度的支撐腳，結合臺面板上的水平氣泡儀，用于調節(jié)實驗儀的水平。
圖1是磁懸浮實驗儀，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，10是電源指示，11是可調節(jié)高度的支撐腳。圖2是墊片板和陀螺轉子示意圖。其中12是墊片板，13是中心位置刻度線，14磁懸浮陀螺轉子，15是陀螺轉子旋轉手柄。圖3是恒流源系統(tǒng)組成。圖4是恒流源輸出電路圖。
具體實施方式
實驗中首先應進行實驗儀的水平調節(jié)，結合磁懸浮實驗儀主機底部的高度調節(jié)支撐腳，調節(jié)直到實驗臺面上的水平氣泡儀中的氣泡居中。在實驗中有大小輕重不同的多個陀螺轉子，只有陀螺轉子在豎直方向上受力平衡時，它才能在空中懸浮，所以對應應有不同的磁場排斥力。實驗時將墊片板放在水平的臺面板上，并保證周圍應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。母指和食指緊握陀螺轉子的旋轉手柄，將陀螺轉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，旋轉手柄，使陀螺轉子在墊片板的中心位置穩(wěn)定的旋轉。陀螺轉子在墊片板的中心位置穩(wěn)定旋轉以后，用雙手緩慢的將墊片板往上提升， 使陀螺轉子慢慢的離開臺面板，當墊片板達到一個適當?shù)母叨葧r，轉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。在操作過程中選用不同的陀螺轉子時，當陀螺轉子太輕時，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子的重力，陀螺轉子會很快的彈離墊片板，脫離中心位置而無法達到穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。反之當陀螺轉子偏重時，在墊片板住上提升的過程中，由于陀螺轉子的重力大于磁場的排斥力，陀螺轉子會在墊片板上旋轉打滑，無法自動脫離墊片板達到穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。在每一次更換不同的陀螺轉子后，由于轉子重力的不同，所需磁場排斥力也不同，因此應準確調節(jié)磁場線圈中的電流，以提供相應的排斥力，同時記錄下最穩(wěn)定懸浮時的電流，研究陀螺轉子重力與磁場和電流的關系，并作出圖像。
權利要求1.一種磁懸浮實驗儀，其特征是由磁懸浮實驗儀主機、上部可控磁場線圈(1)、磁懸浮陀螺轉子(14)和墊片板(12)組成，磁懸浮實驗儀主機上設置有四位數(shù)顯的電流表(4)、 四個數(shù)控按鍵(5，6，7，8)和開關(9)，磁懸浮實驗儀主機內設置有大電流恒流源及單片機控制和放大電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的磁懸浮實驗儀，其特征是磁場線圈置于實驗儀主機上部，其上方的臺面板上標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)權利要求1所述的磁懸浮實驗儀，其特征是磁懸浮實驗儀主機內所采用的單片機型號為AT89C52。
4.根據(jù)權利要求1所述的磁懸浮實驗儀，其特征是磁懸浮實驗儀主機內所采用的恒流源運放芯片為LF353，并在輸出端具有大功率NPN型達林頓復合管電路。
5.根據(jù)權利要求1所述的磁懸浮實驗儀，其特征是所采用的磁懸浮陀螺轉子(14)有大小輕重不同的多種規(guī)格，陀螺轉子內置釹鐵硼磁鐵。
6.根據(jù)權利要求1所述的磁懸浮實驗儀，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，并標注有中心位置刻度線(13)。
7.根據(jù)權利要求1所述的磁懸浮實驗儀，其特征是磁懸浮實驗儀主機底部有四只可調節(jié)高度的支撐腳(11)。
專利摘要本實用新型涉及一種磁懸浮實驗儀，由磁懸浮實驗儀主機、上部可控磁場線圈、磁懸浮陀螺轉子和墊片板組成，磁懸浮實驗儀主機上設置有四位數(shù)顯的電流表、四個數(shù)控按鍵和開關，磁懸浮實驗儀主機內設置有大電流恒流源及單片機控制和放大電路。實驗儀通過對磁懸浮及與電流、磁場關系的實驗，使學生能更好的理解和掌握磁懸浮和磁場的規(guī)律和特點。本實驗儀結構合理，操作方便，教學效果好，適合于大專院校的電磁學、物理學等課程的教學實驗。
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)先權日2011年4月19日
發(fā)明者汪建 申請人:四川農(nóng)業(yè)大學, 汪建