一种教学用调频旋转磁场仪制造技术

一种教学用调频旋转磁场仪，包括直流电源、控制电路、磁场产生测量机构，所述磁场产生测量机构为安装板上设置有偶数个呈辐射状均匀分布的带铁芯螺线管，相对的两螺线管串联，偶数个带铁芯螺线管围成的中心区域设置有定位器，定位器上设置有磁场测量探头，磁场测量探头与磁场测量仪相连；所述直流电源通过控制电路为偶数个带铁芯螺线管供电，所述控制电路用于对铁芯螺线管进行电流换向和控制换向时间，从而使铁芯螺线管产生可调频旋转磁场。本实用新型专利技术在进行实验教学时，学生可形象直观地深刻掌握旋转磁场的特性，有助于加强学生对知识的理解，提升学生的学习兴趣。提升学生的学习兴趣。提升学生的学习兴趣。

【技术实现步骤摘要】
一种教学用调频旋转磁场仪


[0001]本技术属于教具
，具体涉及到一种教学用调频旋转磁场仪。

技术介绍

[0002]旋转磁场是《大学物理》教材中“电磁感应”章节知识的应用实例，常用于交流电机之中。杂志《教学仪器与实验》第27卷2011年第8期刊登的单相交流电动机的演示装置、杂志《物理教师》2005年第7期刊登的单相旋转磁场演示器的制作、杂志《中国教育技术装备》2004年第10期刊登的制作单向旋转磁场演示器、《河南纺织高等专科学校学报》1999年第01期刊登的异步电动机旋转磁场教具制做原理，均可直观演示旋转磁场的产生、反转、转速与极对数关系。此外，旋转磁场在科学前沿也有广泛应用，如研究人员曾采用三轴正交亥姆霍兹线圈叠加产生的均匀万向旋转磁场对胶囊机器人进行控制。
[0003]上述研究中采用的都是交流电，通电线圈自身会产生感抗，且交流电向外辐射电磁波，这都会产生较大的能量损耗。特别是，在课堂演示时，用三相220V交流电操作有一定危险性，若用变压器将高压转换成低压，一定程度上又会增加仪器成本。一直以来，旋转磁场可视化的演示实验较少，杂志《物理教学》1988年第5期公开的旋转磁场演示仪，是用直流电产生模拟三相交流电的旋转磁场演示仪，不能调频，也无法定量测量磁场。

技术实现思路

[0004]本技术所要解决的技术在于克服现有旋转磁场演示仪的缺点，提供一种结构简单、操作方便、安全可靠、演示性强的教学用调频旋转磁场仪。
[0005]解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种教学用调频旋转磁场仪，包括直流电源、控制电路、磁场产生测量机构，所述磁场产生测量机构为安装板上设置有偶数个呈辐射状均匀分布的带铁芯螺线管，相对的两螺线管串联，偶数个带铁芯螺线管围成的中心区域设置有定位器，定位器上设置有磁场测量探头，磁场测量探头与磁场测量仪相连；所述直流电源通过控制电路为偶数个带铁芯螺线管供电，所述控制电路用于对带铁芯螺线管进行电流换向和控制换向时间，从而使带铁芯螺线管产生可调频旋转磁场。
[0006]作为一种优选的技术方案，所述磁场产生测量机构还包括指南针，用于放置在偶数个带铁芯螺线管围成的中心区域演示旋转磁场。
[0007]作为一种优选的技术方案，所述定位器包括坐标纸、二维游标卡尺、支架，所述坐标纸和支架设置在偶数个带铁芯螺线管围成的中心区域，支架上设置有二维游标卡尺，二维游标卡尺的移动端上设置有磁场测量探头。
[0008]作为一种优选的技术方案，所述磁场测量仪为高斯计。
[0009]作为一种优选的技术方案，所述带铁芯螺线管的数量为四个。
[0010]作为一种优选的技术方案，所述控制电路包括控制器、第一继电器、第二继电器，所述控制器通过第一继电器控制一组串联的两个带铁芯螺线管电流换向，所述控制器通过第二继电器控制另一组串联的两个带铁芯螺线管电流换向，所述控制器通过内置的计时器
控制第一继电器和第二继电器的换向时间。
[0011]作为一种优选的技术方案，所述控制电路还包括有第一保护电阻、第一开关、第二保护电阻、第二开关，所述第一保护电阻和第一开关串联在第一继电器与一组串联的两个带铁芯螺线管之间，所述第二保护电阻和第二开关串联在第二继电器与另一组串联的两个带铁芯螺线管之间。
[0012]本技术的有益效果如下：
[0013]本技术采用直流电源通过控制电路为偶数个带铁芯螺线管供电，控制电路通过对铁芯螺线管进行电流换向和控制换向时间，从而使铁芯螺线管产生可调频旋转磁场。本技术的直流电源采用学生电源或者干电池组均可进行实验，从而规避了交流电的不足，提高了实验操作安全性，相对于相同电压的交流电电源，本技术的直流电源产生的电流更大，因此，产生的磁场更强，本技术可以测量不同方位的磁场强度，再利用绘图软件展示出磁感强度在空间的分布规律，学生可形象直观地深刻掌握旋转磁场的特性，提高了学生的学习兴趣，因此，本技术具有较强的可操作性和演示性，可作为实验教学仪器推广使用。
附图说明
[0014]图1是本技术教学用调频旋转磁场仪的结构示意图。
[0015]图2是本技术控制电路的电子线路原理图。
[0016]图3是电路换向情况示意图。
[0017]图4是通单路直流电时的磁场强度分布图。
[0018]图5是通双路直流电时的磁场强度分布图。
[0019]其中：直流电源1、控制电路2、安装板3、坐标纸4、磁场测量探头5、二维游标卡尺6、带铁芯螺线管7、支架8、磁场测量仪9。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施例对本技术进一步详细说明，但本技术不限于下述的实施方式。
[0021]实施例1
[0022]在图1中，本实施例的一种教学用调频旋转磁场仪包括直流电源1、控制电路2、磁场产生测量机构，磁场产生测量机构为安装板3上安装有四个呈辐射状均匀分布的带铁芯螺线管7，带铁芯螺线管7为铁芯上均匀缠绕300匝线圈、外径为1.4cm，相邻两带铁芯螺线管7中心线的夹角为90
°
，相对的两螺线管串联，位于四个带铁芯螺线管7的中心区域设置有定位器，该中心区域为测量区，定位器上设置有磁场测量探头5，磁场测量探头5与磁场测量仪9相连，磁场测量仪9为高斯计。直流电源1通过控制电路2为四个带铁芯螺线管7供电，直流电源1电压为21.2V，产生的电流为2A，控制电路2用于对铁芯螺线管进行电流换向和控制换向时间，从而使铁芯螺线管产生可调频旋转磁场。本实施例采用高斯计作为磁场测量仪9，测量精度可达0.01mT，响应时间为0.01s。
[0023]在图2中，本实施例的控制电路2包括控制器、第一继电器K1、第二继电器K2、第一保护电阻R1、第一开关S1、第二保护电阻R2、第二开关S2，控制器通过第一继电器K1控制一
组串联的两个带铁芯螺线管7电流换向，第一保护电阻R1和第一开关S1串联在第一继电器K1与一组串联的两个带铁芯螺线管7之间，控制器通过第二继电器K2控制另一组串联的两个带铁芯螺线管7电流换向，第二保护电阻R2和第二开关S2串联在第二继电器K2与另一组串联的两个带铁芯螺线管7之间，控制器通过内置的计时器控制第一继电器K1和第二继电器K2的换向时间，可把直流电转换成0.0003～10Hz的矩形脉冲电流，从而实现了对电流频率的调节，使得测量区域的磁场发生周期性变化。
[0024]本实施例的磁场产生测量机构还包括指南针，用于放置在四个带铁芯螺线管7的中心区域演示旋转磁场。
[0025]本实施例的定位器包括坐标纸4、二维游标卡尺6、支架8，所述坐标纸4和支架8设置在四个带铁芯螺线管7的中心区域，支架8上设置有二维游标卡尺6，二维游标卡尺6的移动端上设置有磁场测量探头5。
[0026]根据实验需求可以改变铁芯螺线管7的铁芯尺寸、数量及线圈缠绕匝数，如增大螺线管的铁芯尺寸，增加带铁芯螺线管7的数量到6个，8个，10个，甚至更多，相应的线圈缠绕匝数增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种教学用调频旋转磁场仪，其特征在于：包括直流电源、控制电路、磁场产生测量机构，所述磁场产生测量机构为安装板上设置有偶数个呈辐射状均匀分布的带铁芯螺线管，相对的两螺线管串联，偶数个带铁芯螺线管围成的中心区域设置有定位器，定位器上设置有磁场测量探头，磁场测量探头与磁场测量仪相连；所述直流电源通过控制电路为偶数个带铁芯螺线管供电，所述控制电路用于对带铁芯螺线管进行电流换向和控制换向时间，从而使带铁芯螺线管产生可调频旋转磁场。2.根据权利要求1所述教学用调频旋转磁场仪，其特征在于：所述磁场产生测量机构还包括指南针，用于放置在偶数个带铁芯螺线管围成的中心区域演示旋转磁场。3.根据权利要求1所述教学用调频旋转磁场仪，其特征在于：所述定位器包括坐标纸、二维游标卡尺、支架，所述坐标纸和支架设置在偶数个带铁芯螺线管围成的中心区域，支架上设置有二维游标卡尺，二维游标卡尺的移动端上设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈泉有，黄育红，刘志存，麦晨晨，高天，杜如海，高乐，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：新型
国别省市：