一种具有自保护部件的弗兰克－赫兹实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术的目的是设计一种布局分布合理、效率高且安全的夫兰克－赫兹实验装置。为避免使用者接错或者短路供电给夫兰克－赫兹管而烧坏夫兰克－赫兹管，仪器通过连接结构的设计而实现实验装置的自保护。同时设有各组工作电源短路、过流保护装置，并具有声音报警功能。同时，通过输入端子结构设计来进一步避免装置的损坏。如不同极性端子采用不同的端子结构，从而避免错误连接。可以在下列端子结构上选择组合而成：鳄鱼夹，柱性插销，鱼口插头，球形插销。通过以上功能达到对实验装置的保护，克服现有技术的缺陷。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是弗兰克-赫兹实验仪用的实验装置，主要是一种显示电子与原子碰撞机理供教学实验使用的装置，本实验装置带有自保护部件。
技术介绍
弗兰克-赫兹实验仪是一种通过观察特殊的伏安特性现象进而研究原子能级的 量子特性，显示电子与原子碰撞机理的教学实验仪器。弗兰克-赫兹实验管是该仪器的关 键部件。 1911年、弗兰克和赫兹为了研究气体放电中的低能电子和原子间的相互作用，他 们设计了电子与原子碰撞的实验，首先，他们改进了勒纳(P.Lenara)的单栅三极式碰撞管 的结构，将加速极G向收集电子的板极P靠拢，同时在实验时减小加速极G与板极P之间的 减速电压( 0. 5V)，管内的气体则改用单原子分子，如氮和汞，因为汞是单原子分子，结构 较简单，而且在常温下是液态，只要改变温度就能大幅度改变汞原子的密度，同时还由于汞 的原子量大，因此电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量极小；除汞以外，另一些金属原子， 例如钾、钠及镁等，也不容易和电子亲和而形成负离子，可以用来研究电子与原子的碰撞规 律；惰性气体，例如氦、氩及氖等，也是较早用于研究碰撞规律的，因为它们封闭的饱和壳层 具有良好的屏蔽作用，对电子的亲和势小，而不易形成负离子。 1914年，他们用图1的实验装置获得了一系列重要实验结果，碰撞管中的电子由 热阴极K发射，经K与栅极G之间的电场的加速，电子由K射向G，栅极G与板极P之间则加 有一减速电压，形成一个减速电场，使电子减速。当穿越过G的电子具有较大的能量而足以 克服这一减速场时，就能到达板极P而形成管流Ip。对于早期的充汞管得到的管流与K和 G之间的电位位差的关系如图2所示。 1920年，弗兰克对原来的装置作了改进，如图3所示，原有的直热式阴极用傍热式 的来替代，并在靠近阴极处增加一个栅极G1及降低管内的汞蒸气压，傍热式阴极发射的电 子在加速区K-G1内得到加速，然后进入Gl-G2等势区进行碰撞，在改进后的碰撞管中，可以 使电子在加速区内获得相当高的能量，可测得汞原子的一系列的量子态，汞原子的第一激 发能较低是4. 89eV，相应的发射光谱线的波长为2537，可以用紫外光谱仪来证实上述实验 结果。 虽然该装置一直延用至今，但是该装置在使用中仍然存在一些缺点。弗兰克一赫 兹管为高质易损件，学生在实验中由于对实验和器件的不熟悉容易造成接错或者短路从而 烧坏弗兰克一赫兹管，并因此带来实验成本的提高。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种布局分布合理、效率高且安全的弗兰克_赫兹实验 装置。为避免学生接错或者短路提供给弗兰克一赫兹管的电源连线而烧坏弗兰克一赫兹 管，仪器通过连接结构的设计而实现实验装置的自保护。同时设有各组工作电源短路、过流 保护装置，并具有声音报警功能。通过以上功能达到对实验装置的保护，克服现有技术的缺 陷。3 本技术的弗兰克_赫兹实验装置包括弗兰克一赫兹管，工作电源，短路、过流 保护装置，连接端子。 本技术的F-H管有板极P，控制栅Gl，加速栅G2，阴极K，热子F。板极P是一 直径15-20mm的密封金属圆柱形筒，圆筒中间是一直径1. 0_2. Omm的阴极镍管，镍管内是钨 丝热子，阴极管外是钼丝绕制的控制栅和加速栅，它们在板极圆筒内的相互距离是K与Gl 的距离是0. 1-0. 5mm， Gl与G2的距离是3. 0-6. Omm， G2与P的距离是0. 6-1. 6mm。上述各 部件经过清洁处理，将各电极同轴固定在云母绝缘片上，然后按抽真空、除气、充入汞或隋 性气体，按通电路即可。管内可充有400-600mg的汞元素或者180-220乇气压的氩气等其 它气体。 由于弗兰克一赫兹管使用过程中的衰老，每只管子的最佳状态会发生变化，可参照原参数在下列范围内重新设定参数。 灯丝电压DCO w 6. 3V 第一栅压VG1K :DCO w 5V第二栅压VG2K :DCO 。 85V 拒斥电压VG2A :DCO 。 12V 短路、过流保护装置部分，由电流取样滤波整流电路、比较放大取样保持电路和动 作执行电路组成，电流取样滤波整流电路的输出端与比较放大取样保持电路连接，比较放 大取样保持电路的输出端接动作执行电路。设计原理是由电流取样滤波整流电路对开关 电源的开关调整管工作电流之动态变化进行检测取样，并经整流滤波比较判断后，决定是 否进行保护。如果输入电压低于安全值，则不进行保护，如果输入电压高于安全值，就由动 作执行电路执行保护动作，使开关电源得到保护。 工作时，K电压误加到灯丝上，会发出断续的报警笛音；若误加到弗兰克一赫兹管 的VG1K或VG2A上，实验开始时，随VG2K电压的增大，面板电流显示无明显变化，而无波形 的输出。上述现象发生时应立即关断主机电源，仔细检查面板连线，否则极易损坏仪器内的 弗兰克一赫兹管。 当各组电源输出端自身短路时，在面板上虽能显示设置电压，但此时输出端已无电压输出，若及时排除短路故障，则输出端输出电压应与其设置的电压一致。 虽仪器内置有保护电路，面板连线接错在短时间内不会损坏仪器，但时间稍长会影响仪器的性能甚至损坏仪器，特别是弗兰克一赫兹管，各组工作电源有额定电压限制，应防止由于连线接错对其误加电压而造成损坏，因此在通电前应反复检查面板连线，确认无误后，再打开主机电源。当仪器出现异常时，应立即关断主机电源。 由此，通过输入端子结构设计来进一步避免装置的损坏。如不同极性端子采用不 同的端子结构，从而避免错误连接。可以在下列端子结构上选择组合而成鳄鱼夹，柱性插 销，鱼口插头，球形插销。附图说明图1是早期的弗兰克-赫兹实验装置示意图。图2是早期的弗兰克_赫兹实验装置得到的管流与加速电压图。 图3是改进后的弗兰克_赫兹实验装置示意图。 图4是本技术的装置面板布局图。 本技术的弗兰克_赫兹实验装置包括弗兰克一赫兹管，工作电源，短路、过流保护装置，连接端子。具体实施方式本技术的F-H管有板极P，控制栅Gl，加速栅G2，阴极K，热子F。板极P是一 直径15-20mm的密封金属圆柱形筒，圆筒中间是一直径1. 0_2. Omm的阴极镍管，镍管内是钨 丝热子，阴极管外是钼丝绕制的控制栅和加速栅，它们在板极圆筒内的相互距离是K与Gl 的距离是0. 1-0. 5mm， Gl与G2的距离是3. 0-6. Omm， G2与P的距离是0. 6-1. 6mm。上述各 部件经过清洁处理，将各电极同轴固定在云母绝缘片上，然后按抽真空、除气、充入汞或隋 性气体，按通电路即可。管内可充有400-600mg的汞元素或者180-220乇气压的氩气等其 它气体。 由于弗兰克一赫兹管使用过程中的衰老，每只管子的最佳状态会发生变化，可参照原参数在下列范围内重新设定参数。 灯丝电压DCO w 6. 3V 第一栅压VG1K :DCO 。 5V 第二栅压VG2K :DCO 。 85V 拒斥电压VG2A :DCO 。 12V 短路、过流保护装置部分，由电流取样滤波整流电路、比较放大取样保持电路和动 作执行电路组成，电流取样滤波整流电路的输出端与比较放大取样保持电路连接，比较放 大取样保持电路的输出端接动作执行电路。设计原理是由电流取样滤波整流电路对开关 电源的开关调整管工作电流之动态变化进行检测取样，并经整流滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自保护部件的弗兰克－－赫兹实验装置，包括：夫兰克－赫兹管，工作电源，其特征在于，还包括短路、过流保护装置，以及保护结构连接端子；短路、过流保护装置部分，由电流取样滤波整流电路、比较放大取样保持电路和动作执行电路组成，电流取样滤波整流电路的输出端与比较放大取样保持电路连接，比较放大取样保持电路的输出端接动作执行电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳玉召，张玉川，
申请(专利权)人：中国人民解放军防化指挥工程学院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]