[实用新型]多功能悬浮实验仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种多功能悬浮实验仪，属于各级学校的物理学、电磁学等相关课程的实验领域。

背景技术

电磁悬浮技术是集电磁学、电磁感应技术、动力学为一体的高新技术，随着电子技术、控制工程、电磁理论及新型电磁材料和动力学的发展，电磁悬浮技术有了很大的进步，电磁悬浮技术在制备和提纯高熔点、高活性、强放射性材料等方面具有广泛的应用前景。

电磁悬浮的实验装置、实验现象、实验分析等方面的资料较少, 而电磁悬浮的演示和实验在教学、科研及技术应用等方面有较大的作用和意义。

本实用新型通过利用单片机来实现对大电流恒流电源的控制，可准确地输出高精度的电流，与通过改变电压来得到不同的磁场的方法相比能得到更稳定的磁场。同时本实验仪有更高的可控性和能更容易操作和有更高的成功率。实验仪通过磁场的调节和陀螺转子的更换，能更直观的观察和理解磁悬浮。

通过多功能悬浮实验仪，学生可更好的理解和掌握电磁悬浮、磁场和电磁感应原理和应用，通过对磁场、电流、材质和重力的多种关系测量, 能更好地掌握电磁悬浮的特性。本实验通过学生对不同材质和方法的悬浮实验的完成，使学生变被动为主动，增强学生的动手能力，有利于学生掌握电磁悬浮的原理和应用，同时启发和调动学生学习的兴趣和培养学生的创新意识。

实用新型内容

本实用新型针对现有电磁悬浮所存在的缺点，提出结合了大电流恒流源和单片机控制技术的多功能悬浮实验仪，能完成多种磁悬浮和电磁感应悬浮实验，其特征是：由多功能悬浮实验仪主机、磁悬浮陀螺转子、金属棒、金属感应环和垫片板组成，多功能悬浮实验仪主机上设置有四位数显的电流表、四位数显的电压表、四个数控按键、功能选择开关、电压调节旋钮和电源开关，多功能悬浮实验仪主机内设置有磁场线圈、大电流恒流源及单片机控制和放大电路。实验仪通过对悬浮及电流、磁场关系的实验，使学生能更好的理解和掌握电磁悬浮和电磁感应的规律和特点，能满足各级学校的电磁学和物理学等相关课程的教学实验要求。

本实验仪采用单片机AT89C52作为控制核心来实现对大电流恒流源的控制，控制由运算放大器和复合型大功率晶体管构成的恒流源系统，主要包括按键、数码显示、A/D采样和D/A控制，同时具有编程简便、接口简单、小型化的特点。实验仪主机中的单片机通过运算形成相应的数字输出量, 再经D/A转换器输出相应的控制信号，使得恒流源在20～4000 mA输出电流时，输出电流误差小于1mA，能实现对恒流源电流输出的精确调节。数控方式是采用按键输入方式，以不同的步进值去设置所需的电流值，并由LED数码方式显示出来。

恒流源的驱动电路采用运放LF353，LF353是一种带内部微调输入偏差电压技术(BI—FETⅡtechnology)的高速运放；它输入阻抗高，并具有极高的转换率，功耗低。同时为达到大电流输出，在恒流源输出端增加了由Q1、Q2组成的大功率的NPN型达林顿复合管电路。

本设计采用独立式键盘，即单片机的I/O口直接与按键相连。四个按键的设置为：菜单选择键MENU，选择键SEL，数值增加键UP和数值减小键DOWN。通过按键可对所需的电流大小进行控制和调节。

本实用新型在利用单片机来实现对大电流恒流电源输出的同时，结合功能选择开关，也具有直接的不同电压的交流输出，以用于电磁感应悬浮实验。

磁场线圈置于实验仪主机上部，其上方的台面板上标注有磁场中心位置的刻度线，同时台面板上具有水平气泡仪，用于调节实验仪的水平。

本实验仪所采用的金属棒有软铁、铁、纯铜三种材质；所采用的金属感应环有纯铜、铝、铁三种材质，并有不同的半径。通过不同材质的金属棒的实验与更换，更能清晰的了解和掌握在电磁感应中，不同材质的磁化作用。并且通过不同材质和半径的金属感应环的悬浮实验，掌握电磁感应和磁化、安培力等物理概念。

同时实验仪所采用的磁悬浮陀螺转子有大小轻重不同的多种规格，以方便进行不同作用力的实验和对比，同时陀螺转子内置有钕铁硼磁铁。实验仪也采用了垫片板，所采用垫片板由透明塑料材料制成，表面进行了磨砂处理，有利于陀螺转子的稳定旋转，并在垫片板上标注有中心位置刻度线。

本实验仪的主机底部采用了四只可调节高度的支撑脚，结合台面板上的水平气泡仪，用于调节实验仪的水平。

附图说明