法拉第电磁感应实验器制造技术

本发明专利技术提供了一种法拉第电磁感应实验器，包括螺线管、感应线圈、磁感应强度传感器、电压传感器、电压线性变化电源、数据采集器和计算机，螺线管与电压线性变化电源连接，感应线圈设置在螺线管外部，感应线圈内放置有用于测量感应线圈处磁感应强度的磁感应强度传感器，感应线圈上连接有用于测量感应电动势的电压传感器，磁感应强度传感器和电压传感器均通过数据采集器连接至计算机，数据采集器读取电压传感器和磁感应强度传感器采集的数据，并将数据传输到计算机。本发明专利技术结构简单，能够定量研究感应电动势E与磁感应强度变化率ΔB/Δt的关系，可以定量研究感应电动势E与线圈匝数n的关系，从而验证法拉第电磁感应定律。

Faraday electromagnetic induction experimental device

The invention provides a Faraday electromagnetic induction experiment device, including solenoid, induction coil, magnetic induction sensor, voltage sensor, linear voltage change of the power supply, data collector and the computer, connected with the change of the power supply voltage of linear solenoid, solenoid induction coil is arranged on the external, the induction coil is placed in the magnetic induction sensor for measuring induction coil the magnetic induction intensity, the induction coil is connected with a voltage sensor for measuring electromotive force, magnetic induction intensity and voltage sensors are connected to the computer through the data acquisition, data collector reads the voltage sensor and magnetic induction sensor data, and transmits the data to the computer. The invention has the advantages of simple structure, quantitative study of relationship can change induced electromotive force E and magnetic induction rate of delta B/ delta T, can be quantitative study of the relationship between the induced electromotive force of E and the number of turns of the coil n, so as to verify the Faraday's law of electromagnetic induction.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于法拉第电磁感应实验的实验器，尤其是能定量研究感应电动 势E与磁感应强度变化率Δφ/At及线圈匝数η关系的法拉第电磁感应实验器。
技术介绍
法拉第电磁感应定律要求实验验证电路中感应电动势与磁通量的变化率及线圈 匝数成正比，公式表述为Ε = ηΔ Φ/At。目前的定量实验都是通过“切割磁场”的方法加 以验证，即控制Δ Φ不变，控究电动势与1/At的关系，这样就使得实验的完整性不强，说 服力不够；而通过“改变磁通量大小”产生感应电动势定量研究法拉第电磁感应定律的方法 还没见到，主要原因一是改变磁通量的装置不易实现，特别是在特定条件下研究ΔΦ勻速 变化(即Δ Φ/At为定值)的情况就更加困难；二是没有能够测出磁通量变化率(Δ Φ/ At)的实验仪器。
技术实现思路
为了克服现有的法拉第电磁感应实验器不能定量研究感应电动势E与磁感应强 度变化率△ Φ/At的关系的问题，本专利技术提供一种既能定性又能定量研究感应电动势E与 磁通量变化率△ Φ/Δ 的关系的法拉第电磁感应实验器。本专利技术的法拉第电磁感应实验器采用以下技术解决方案该法拉第电磁感应实验器，包括螺线管、感应线圈、磁感应强度传感器、电压传感 器、电压线性变化电源、数据采集器和计算机，螺线管与电压线性变化电源连接，感应线圈 设置在螺线管外部，感应线圈内放置有用于测量感应线圈处磁感应强度的磁感应强度传感 器，感应线圈上连接有用于测量感应电动势的电压传感器，磁感应强度传感器和电压传感 器均通过数据采集器连接至计算机，数据采集器读取电压传感器和磁感应强度传感器采集 的数据，并将数据传输到计算机，计算机上显示出磁感强度与电压随时间变化的数据曲线 图；电压线性变化电源包括供电电路、直流主控电路、直流输出电路、交流主控电路、 交流输出电路和交直流转换电路；直流主控电路的输入端与供电电路连接，输出端与直流 输出电路连接；交流主控电路的输入端与供电电路连接，输出端与交流输出电路连接；直 流输出电路的输出端和交流输出电路的输出端均与交直流转换电路连接。电压线性变化电源中的供电电路包括变压器、整流电路D1、两个稳压芯片以及低 压差线性稳压器U3，变压器与整流电路Dl连接，两个稳压芯片均与整流电路Dl连接，低压 差线性稳压器U3与输出负直流电压的稳压芯片连接。电压线性变化电源中的直流主控电路，包括单片机TO、按键Si、按键S2、低压差线 性稳压器U4和基准电压源芯片U5，低压差线性稳压器U4与供电电路连接，低压差线性稳压 器U4和基准电压源芯片U5均与单片机U6连接，单片机U6的输出电流经电阻转换成电压 输出，用于改变电源功能模式的按键Sl和开始按键S2均与单片机TO连接，单片机TO上连接有分别控制自动输出时波形上升斜率与下降斜率的调节电位器。电压线性变化电源中的直流输出电路，包括旋转电位器、运算放大器U8和可调稳 压器U7，直流主控电路的输出端与运算放大器U8连接，运算放大器U8的输入端与直流主控 电路中的单片机U6连接，运算放大器U8的输出端与可调稳压器U7连接，可调稳压器U7的 输出端与交直流转换电路中的双刀双掷拨动开关S3连接。电压线性变化电源中的交流主控电路，包括单片机U9和运算放大器U10，单片机 U9连接至运算放大器U10，运算放大器UlO的输出端连接至交流输出电路的电容E5，单片机 U9上连接有程序下载接口。电压线性变化电源中的交流输出电路，包括电解电容E5、旋钮电位器、功率放大集 成电路U11、接口 J5和旋钮电位器，交流主控电路中运算放大器UlO输出端经电解电容E5、 旋钮电位器和电阻连接到功率放大集成电路U11，功率放大集成电路Ull的输出端连接至 交直流转换电路中的双刀双掷拨动开关S3，接口 J5连接旋钮电位器。旋钮电位器用来调节 交流输出的大小。电压线性变化电源中的交直流转换电路，包括双刀双掷拨动开关S3和接口 J3，双 刀双掷拨动开关Sl与接口 J3连接，J3连接至电源输出端子，双刀双掷拨动开关S3的直流 输出引脚连接到直流输出电路中可调稳压器U7，交流输出引脚连接到交流输出电路中功率 放大集成电路Ull。电压传感器包括调理电路和传感器通用模块，该调理电路包括电压输入端、保护 电路、基准源芯片、运算放大器和电压输出端，电压输入端通过保护电路与运算放大器连 接，基准源芯片与运算放大器连接，运算放大器通过电压输出端与传感器通用模块连接。被 测电压通过电压输入端经过前端的保护电路输入到运算放大器进行信号放大，放大后的信 号由电压输出端输出到传感器通用模块，传感器通用模块中单片机的ADC模块进行数据采 集，然后经过连线将采集到的数据传输到数据采集器。磁感应强度传感器包括调理电路稳压电路、调理电路信号放大电路和传感器通用 模块，调理电路信号放大电路与调理电路稳压电路连接，调理电路信号放大电路与传感器 通用模块连接。调理电路信号放大电路包括霍尔元件、运算放大器和基准源芯片，霍尔元件 与运算放大器连接，基准源芯片与运算放大器连接。调理电路稳压电路包括由升压芯片、场 效应管和电感和二极管组成的升压电路、电容滤波器和稳压芯片，升压电路经电容滤波器 与稳压芯片连接，稳压芯片与调理电路信号放大电路的基准源芯片、霍尔元件和运算放大 器连接。霍尔元件将磁信号转换为电信号，电信号经运算放大器放大后，由传感器通用模块 中单片机的ADC模块进行数据采集，然后将采集到的数据传输到数据采集器。电压传感器和磁感应强度传感器中的传感器通用模块的电路相同，只是内部程序 不同。传感器通用模块包括主控电路、电压基准电路和接口电路，主控电路包括单片机、程 序下载接口和两个调理电路接口，程序下载接口和两个调理电路接口均连接在单片机上， 两个调理电路接口用于连接电压传感器的调理电路或磁感应强度传感器的调理电路；电压 基准电路为一电压基准芯片，电压基准芯片经电阻、三极管与主控电路中单片机连接；接口 电路包括接口 JC、瞬态抑制二极管芯片，接口 JC一方面与主控电路中的单片机连接，另一 方面作为电压传感器和磁感应强度传感器与数据采集器连接的接口，接口 JC与电压传感 器和磁感应强度传感器连接的通信线上连接有瞬态抑制二极管芯片。上述法拉第电磁感应实验器的工作原理如下螺线管(作为原线圈)通电后作为磁性体，通过电压线性变化电源给螺线管供电， 控制电压线性变化电源按设定的方式变化供电电流，用以改变螺线管磁场的强弱。螺线管 外部放置的感应线圈(作为副线圈)作为研究电路。利用电压与磁感应强度传感器实现实 验数据的采集，感应线圈内放置的磁感应强度传感器用于测量感应线圈处的磁感应强度， 因感应线圈的面积不变，根据定义Φ = B*S(其中Φ为磁通量，B为磁感应强度，S为感应 线圈的面积)，得知磁通量变化率八(5/^1(八{为时间)与磁感应强度的变化率Δ B/At 相等。实验时，改变螺线管的电流，通过计算机中的法拉第电磁感应实验专用软件实时观察 到感应线圈处磁感应强度与对应的感应电动势的变化情况。通过专用电源可控制磁感应强 度均勻变化，软件采集感应电动势E的数值与对应的磁感应强度变化率ΔΒ/ △ t，定量研究 二者之间的关系。还可通过改变感应线圈的线圈匝数n，定量研究电动势E与线圈匝数η的 关系。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种法拉第电磁感应实验器，包括螺线管、感应线圈、磁感应强度传感器、电压传感器、电压线性变化电源、数据采集器和计算机，其特征是：螺线管与电压线性变化电源连接，感应线圈设置在螺线管外部，感应线圈内放置有用于测量感应线圈处磁感应强度的磁感应强度传感器，感应线圈上连接有用于测量感应电动势的电压传感器，磁感应强度传感器和电压传感器均通过数据采集器连接至计算机，数据采集器读取电压传感器和磁感应强度传感器采集的数据，并将数据传输到计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯容士，赵进，陈开云，
申请(专利权)人：山东省远大网络多媒体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：88