專利名稱：電火花計(jì)時器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種電火花計(jì)時器，屬于高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)記時及動態(tài)信息記錄用儀器。
目前國內(nèi)外高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)中有關(guān)運(yùn)動的“時－空”信息的測量物中，選用較多的是電磁打點(diǎn)記時器，它主要是利用交變磁場策動的機(jī)械振動的針尖進(jìn)行接觸打點(diǎn)，其缺點(diǎn)是使用可靠性差一是針尖與紙帶接觸，造成計(jì)時干擾運(yùn)動，同時運(yùn)動也干擾記時，二是機(jī)械部分常需人工調(diào)整。該設(shè)備在我國高中物理設(shè)備中屬必配儀器，教學(xué)大綱中要求學(xué)生必須掌握的實(shí)驗(yàn)儀器。
另外還選用一種電火花打點(diǎn)計(jì)時器來測量“時－空”信息。如西安教儀廠生產(chǎn)的“高壓脈沖電源”，但因設(shè)計(jì)電路復(fù)雜，所用元件多，如使用了放大器或整流濾波電路等，而且所用元件規(guī)格大，造成成本高；二是使用不安全，工作電流在5至80毫安，所以仍不能代替電磁打點(diǎn)計(jì)時器而被廣泛使用。
本發(fā)明的目的是要制做出使用簡單、可靠性好，成本低、等時性好，使用安全，能代替電磁打點(diǎn)計(jì)時器的電火花計(jì)時器。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)為改電磁打點(diǎn)計(jì)時器的機(jī)械打點(diǎn)計(jì)時為電火花計(jì)時，為此設(shè)計(jì)橋式同步高壓脈沖電路，主要是利用交流電的相位特性進(jìn)行充放電控制。它包括橋式同步開關(guān)電路和脈沖變壓器兩部分組成，而橋式同步開關(guān)電路由橋式開關(guān)電路和等時控制阻抗電路組成，各部分組成如圖一。
再在脈沖變壓器的二輸出端之間，放置能隨運(yùn)動體一起運(yùn)動的紙帶，紙帶由白紙與帶有墨粉的傳真原紙疊合組成，這樣在紙上就記錄出等時間隔運(yùn)動體的“時－空”軌跡。
本發(fā)明各部分具體結(jié)構(gòu)為A、橋式同步開關(guān)電路。如圖二虛線部分。由D1、D2、D3、D4四支二極管組成的電橋電路中，D3從橋路的正輸端A′斷開。讓經(jīng)D3的電流經(jīng)一等時控制阻抗電路Z′后再流向可控硅BG的控制集，電容器C與橋路路的正負(fù)輸出端A′B′相連，形成一個橋路既可向負(fù)載Z供電，同時又用橋路控制負(fù)載用電的導(dǎo)通。這樣一個橋式同步開關(guān)電路。
a、等時控制阻抗電路Z′可以為如圖三虛線部分。此部分電路由電阻R2及穩(wěn)壓管DW組成鉗位電路，再經(jīng)電阻R3控制可控硅BG的導(dǎo)通。
若用ψ表示每一交流周期中BG的導(dǎo)通(開關(guān))相位，ψ則可表示為ψ＝π＋aγcSin (It(R2+R3))/(Um) ，It為可控硅BG的觸發(fā)電流，Um≈310V交流電的峰值電壓，在設(shè)計(jì)上取Um＞5It(R2＋R3)，使ψ＝1.04～1.1π，當(dāng)R2及R3選定后，導(dǎo)通相位ψ為定值，即可達(dá)到教學(xué)所需的周期準(zhǔn)確度(漂移小于10μS)。
B、脈沖變壓器可以為高Q值的脈沖變壓器T。
負(fù)載Z的阻抗很小，以便電容器C放電形成一占空比很小的放電脈沖(小于10μS)，狹窄而尖銳波形的高壓脈沖，使紙上的記錄具有較清晰的可見度，從而提高記時轉(zhuǎn)印的靈敏度，技術(shù)的關(guān)鍵是要使負(fù)載Z中的主要部分脈沖變壓器的負(fù)邊L2具有較小的線間電容，這就要在L2的繞制上，每一層的寬度不能太大。為此采用狹窄寬度的多組線圈串聯(lián)，以組成高Q值的輸出線圈L2。其技術(shù)點(diǎn)包括a、輸出線圈L2由4至8個線包組成，每一線包的外觀如圖四所示，每只線包的繞線寬度d為1至3毫米，以減少線圈分布電容提高Q值。
b、每一線包各繞1000到3500匝，引出線AB各在一起，組裝時使每兩個相鄰的線包的繞向相反，以便于接線時A與A相連，B與B相連，從而在空間間隔上解決高壓絕緣問題。
本實(shí)用新型的效果使用簡單，可靠性好，一般只需幾分鐘即可獲得記錄結(jié)果，電路簡單，成本低，記錄靈敏度高，工作電流不會超過500μA，使用安全。


圖一為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成圖圖二虛線部分為橋式同步開關(guān)電路圖三虛線部分為等時控制阻抗電路Z′的一種電路圖四為高Q值脈沖變壓器T的輸出線圈L2的每一線包外觀圖五為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的電路圖。
以圖五的電路記作M，以電路M作最佳實(shí)施例說明。電路M包括橋式同步開關(guān)電路，即由四支二極管D1、D2、D3、D4組成的電橋，電容器C與橋路的正負(fù)輸出端A′B′相連，二極管D1上串聯(lián)電阻R1，二極管D3從橋路的正輸出端A′斷開與電阻R2、電阻R3串接后連接可控硅BG的控制集，穩(wěn)壓管DW負(fù)極同可控硅BG的輸出集、電橋的負(fù)輸出端B′三者相連，穩(wěn)壓管的正極接電阻R2與電阻R3的接點(diǎn)。
電路M還包括橋路的正輸端A′與可控硅BG正極之間串接高Q值脈沖變壓器T和二極管D5，二極管D6與該變壓器并聯(lián)。
電路M是這樣工作的以電流開始由A點(diǎn)流入時為O相位，于O至π／2間電流由A經(jīng)二極管D1與D4至B點(diǎn)而對電容器C充電。此路中的電阻R1為限流電阻，對C充電約至310V，至π／2后電源電壓的瞬時值下降，D1與D4被反向阻斷，當(dāng)交流電的相位變化至π以后，電流由B點(diǎn)進(jìn)入電路，途徑二極管D3與D2及電阻R2及穩(wěn)壓管DW，這一期間的電流被穩(wěn)壓管DW鉗位，鉗位電壓經(jīng)電阻R3而至可控硅BG的觸發(fā)電極，當(dāng)此電流增至可控硅的觸發(fā)電流時，可控硅BG導(dǎo)通。
BG的導(dǎo)通使電容器C在正半波時期被充的電荷經(jīng)高Q值的脈沖變壓器T的原邊L1放電，放電在L2上升壓為高壓脈沖。此脈沖發(fā)生的時刻在負(fù)半波中的一個固定的相位上，因而具有等時性。其周期在我國為1／50秒，又因其隨電源的相位于正半波的0～π／2間，橋路對C充電，負(fù)半波中的一固定相位上(于1.04至1.1π中的一相位)。橋路開通電容器C對脈沖變壓器的放電電路形成高壓脈，故稱為橋式同步高壓脈沖電路。
電容器C在放電時，放電波的前緣在L2上產(chǎn)生高壓，后緣則因L1中的自感電壓被二極管D6短路，使L2上的輸出具有單向性。電路中的D5則為加強(qiáng)BG的反向阻斷能力而設(shè)。
電路M的一個典型實(shí)施例的元件型號規(guī)格如下表

高Q值脈沖變壓器T的原邊L1是在φ10×(40至50)磁蕊外繞80至150匝，L2是按圖三繞8000～18000匝。
權(quán)利要求1.一種電火花計(jì)時器，由脈沖變壓器、可控硅BG等元件所組成，脈沖變壓器的原邊和二極管D5串接于電橋的正輸出端A′和可控硅BG正極之間，二極管D6同脈沖變壓器的原邊L1并聯(lián)，其特征是設(shè)計(jì)一個橋式同步開關(guān)電路，即由四支二極管D1、D2、D3、D4組成的電橋，電容器C與橋路的正負(fù)輸出端A′B′相連，二極管D3的負(fù)極從橋路正輸出端A′斷開連接等時控制阻抗電路Z′后與可控硅BG的控制集相連，橋路負(fù)輸出端B′同可控硅BG的輸出集相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的電火花計(jì)時器，其特征在于所說的等時控制阻抗電路Z′結(jié)構(gòu)為電阻R2、R3串接在二極管D3的負(fù)極與可控硅BG控制集之間，穩(wěn)壓管DW的正極同電阻R2與R3的結(jié)點(diǎn)相連，穩(wěn)壓管DW的負(fù)極同橋路的負(fù)輸出端B′與可控硅BG輸出集的結(jié)點(diǎn)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的電火花計(jì)時器，其特征在于橋路中二極管D1上串接電阻R1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所說的電火花計(jì)時器，其特征在于所說的脈沖變壓器為高Q值脈沖變壓器T，即該變壓器的副邊L2的結(jié)構(gòu)為輸出線圈由4至8個線包組成，每只線包的繞線寬度d為1至3毫米，以減少線圈分布電容，提高Q值；每一線包各繞1000至3500匝，引出線AB各在一邊，組裝時使兩個相鄰的線包繞向相反，以便于接線時A與A相連，B與B相連，從而在空間間隔上解決高壓絕緣問題。
專利摘要本實(shí)用新型電火花計(jì)時器，屬于高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)時及動態(tài)信息記錄用儀器。其特征是使用了一個橋式同步開關(guān)電路和脈沖變壓器，改電磁打點(diǎn)計(jì)時器的機(jī)械打點(diǎn)計(jì)時為電火花計(jì)時。使用簡單，可靠好。一般只需幾分鐘即可獲得記錄結(jié)果；電路簡單，成本低；記錄靈敏度高。工作電流控制在500μA以下使用安全，完全可替代電磁打點(diǎn)計(jì)時器。
文檔編號G04F10/00GK2081990SQ9021496
公開日1991年7月31日 申請日期1990年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月27日
發(fā)明者李俊倫, 金毅 申請人:四川師范大學(xué), 國家教育委員會教學(xué)儀器研究所