光放大低内阻检流计制造技术

本发明专利技术公开了一种教学演示实验用的光放大式低内阻检流计，其特点是通过凹面镜的反射使反光点指示的偏角增大，同时检流计具有很低的内阻，从而使普通磁电系电表能够用于物理教学中单根导线切割磁力线等微弱电动势的指示，效果明显。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种教学演示用的普通磁电系电表的检流计，其特点是由于利用了凹面镜反射和具有很低的内阻，从而可用于中学物理教学中单根导线切割磁力线等微弱电动势的实验，效果明显且便于普及。在中学物理电磁感应教学实验中进行导线切割磁力线产生感生电动势的实验时，由于单根导线切割磁力线产生的感生电动势太小(约只有10-3V数量级)，故无法用普通检流计直接显示。一般解决的方法有二种1.采用多匝导线线圈的一边，可直接用普通检流计显示。2.采用单根导线并加微电流放大器。但以上两种方法存在的问题均为教学直观性不好。本专利技术的目的是要解决传统的二种方法所不能实现的用单根导线切割磁力线并不加微电流放大器而直接用检流计显示，从而使这部分教学有较好的直观性，有利于解决教学中的重点和难点。众所周知，单根导线切割磁力线产生的感生电动势的特点如下1.感生电动势低。根据电磁感应定律，E＝B1vsinθ，设sinθ＝1，由于B和v均是有限值且数值不大，因此主要决定于切割磁力线的导线长度1。显然，1是不长的。2.电源内阻低。感生电动势的电源只是切割磁力线的一段导线，其直流电阻约在10-2～10-1Ω数量级。所以通过检流计的实际电流为Ig＝ (E)/(Rg+r)式中Ig-流过检流计的电流;E-感生电动势;Rg-电表内阻;r-电源内阻。当Rg》r时，Ig≈E/Rg。由于一般检流计均是电流灵敏度高而内阻较大，所以实际流过电表的电流极小。要增大Ig，唯一可能的途径是减小Rg。以上减小内阻可以用于显示微弱电动势的方案，早在80年四川人民出版社的《中学物理实验》一书中已经提出。但十多年来，在全国教学仪器产品中从未见到。根据本人试验，改制后的低内阻检流计用于单根导线切割磁力线(磁场磁感应强度0.015T。导线在磁场中长度200mm)时，偏转可达±15格(满度值为±100格)，效果并不理想。另外，浙江加兴有一中学曾做过灵敏度很高的电表，用一个大的多匝线圈切割地磁场可以使表针显示，但后来也未形成产品，据讲因涉及专用磁钢而难以批量生产。但未做过单根导线切割磁力线的实验。还有，日本有一种检流计，线圈在外且线很粗，表针上连的是一块磁铁，标的参数是线圈直流电阻2Ω，电流灵敏度为1.5mA，电压灵敏度为3mV。但经试用，外界磁场对表针影响很大，在电磁感应实验中因存在较强磁场，所以不适用。在高灵敏度检流计中有采用光点反射的，一般采用的结构如附附图说明图1，并且采用张丝，是精密的电表。图中1为动镜，2和4为反射镜，3为标度尺，5为光源。本专利技术是这样实现的1.采用低内阻的普通磁电系检流计，满偏电流±2.5mA，内阻1.0Ω(包括动圈及游丝)，指针零点在中间。2.采用凹面镜一次反射来放大指针的偏转角度，这是本专利技术的关键所在，原理见附图2。图中OA为指针，O为转轴。指针上安装凹面镜1。当OA向左偏转∠α至OA’时，1移到1’(虚线)处。凹面镜与指针交点C移到C’。此时C″N为C″处的法线。(C″为此时1″与AO的交点)。使光线延AO方向射下，根据反射定律，知有∠AC″N＝∠NC″D，即光在C″点反射后延C″D射去。设t为凹面镜C点处切线，移至t’时，t与t’夹角为ψ，∠AC″D＝2ψ。因为∠α较小，因此C’C″也较短。∠θ≈C’C″/r(r为凹面镜半径)。(弧C’C″近似等于线段C’C″)。因为∠AC″N＝ψ，根据几何知，ψ＝θ+α＝C’C″/r+α。放大后光偏向为2ψ＝2α+2·C’C″/r。2(α+C’C″/r)/α为放大率。实际样机如附图3及附图4。以下结合附图作详细说明。附图3为检流计正面，只是一般内磁式磁电系检流计。6为狭缝，7为整流及稳压部分。附图4为检流计背面，8为凹面反射镜。9为光源。8与面板约有2mm距离，可自由随表针摆动。并且在垂直于面板方向有约5°的偏角。8的质量很小，约0.2g，对表针及测量机构无明显的影响。8的凹面为反光面。8的曲率半径约20mm。8在表针上的结构如附图5。8位于指针上二分之一(75mm)处。9的结构如附图6，由6V5W白炽灯泡12和红滤色片13发出红光，前加直径40mm、焦距据f＝45mm的双凸透镜14产生平行光。透镜光心距灯丝距离为55mm。10为检流计输入端，直接与动圈相连。11为光源用低压电源输入端。为了保证光源的亮度及灯泡寿命，光源用电通过如附图7的普通稳压电源。图中15为输入端，可用交、直流10V。使用的光源也可是He-Ne激光器。如附图8，a为激光通过扩束镜，16为扩束镜，17为激光束。b为括束后的激光束在凹面镜上的反射，8为凹面镜，18为45°平面镜。(不附激光器)。实施例1.在磁场磁感应强度B＝0.015T、切割磁力线的导线长度为200mm且垂直地切割磁力线时，附图3中指针偏转±15格，附图4中光反射后指示为±75格。2.本专利技术的检流计也可用于中学物理教学的阻尼振荡实验中。按附图9的线路，当电感19约159H，电感的直流电阻约16Ω，电容器20的容量分别为470μF、1000μF及3300μF时，电源21的电压为10V，检流计22的指针摆动在6～7次以上，衰减现象明显，并且振荡频率改变明显。权利要求1.一种不加微电流放大器而直接显示的用于中学物理电磁感应中单根导线切割磁力线实验的高灵敏度普通磁电系检流计，其特征在于使用光放大方式并辅助以低内阻实现。2.根据权利要求1所规定的光放大方式，其特征在于使用固定在表针上的凹面反射镜，当凹面反射镜随表针摆动而偏离方向后使反射光线偏向角增大。3.根据权利要求1所规定的光放大方式，其特征在于光源沿表盘零位方向射在凹面镜上，当凹面镜偏离后由于光入射点的偏离，使光的反射角等于这时对入射点的入射角和指针偏角之和。4.根据权利要求1所规定的光放大方式，其特征在于适当选择凹面镜的半径，可以使反射光偏角增大到所需的程度。全文摘要本专利技术公开了一种教学演示实验用的光放大式低内阻检流计，其特点是通过凹面镜的反射使反光点指示的偏角增大，同时检流计具有很低的内阻，从而使普通磁电系电表能够用于物理教学中单根导线切割磁力线等微弱电动势的指示，效果明显。文档编号G09B23/18GK1077812SQ9210299公开日1993年10月27日 申请日期1992年4月20日 优先权日1992年4月20日专利技术者任伟德 申请人:任伟德本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不加微电流放大器而直接显示的用于中学物理电磁感应中单根导线切割磁力线实验的高灵敏度普通磁电系检流计，其特征在于使用光放大方式并辅助以低内阻实现。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任伟德，
申请(专利权)人：任伟德，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]