专利名称：磁悬浮实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种磁悬浮实验仪，属于大专院校的物理学、电磁学等相关课程的实验领域。
背景技术：
磁悬浮技术是集电磁学、电磁感应技术、定轴转动、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转子动力学的发展，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。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相比能得到更稳定的磁场。同时本实验仪比之现有的磁悬浮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。通过磁悬浮实验仪，学生可更好的理解和掌握磁悬浮、磁场和电磁感应原理和应用，通过对磁场、电流、重力的多种关系测量，能更好地掌握磁悬浮的特性。同时通过实验内容的使用和操作，有利于学生掌握磁悬浮的原理和应用，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磁悬浮实验仪，其特征是由磁悬浮实验仪主机、上部可控磁场线圈、磁悬浮陀螺转子和垫片板组成，磁悬浮实验仪主机上设置有四位数显的电流表、四个数控按键和开关， 磁悬浮实验仪主机内设置有大电流恒流源及单片机控制和放大电路。实验仪通过对磁悬浮及电流、磁场关系的实验，使学生能更好的理解和掌握磁悬浮和电磁感应的规律和特点，能满足大专院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—FET II technology)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Ql、Q2组成的大功率的NPN型达林顿复合管电路。[0008]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。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。本实验仪的主机采用的是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。
图1是磁悬浮实验仪，图1中1是磁场线圈，2是磁场中心位置刻度线，3是水平气泡仪，4是四位数显电流表，5是菜单选择按键，6是选择按键，7是数值增加按键，8是数值减小按键，9是开关，10是电源指示，11是可调节高度的支撑脚。图2是垫片板和陀螺转子示意图。其中12是垫片板，13是中心位置刻度线，14磁悬浮陀螺转子，15是陀螺转子旋转手柄。图3是恒流源系统组成。图4是恒流源输出电路图。
具体实施方式
实验中首先应进行实验仪的水平调节，结合磁悬浮实验仪主机底部的高度调节支撑脚，调节直到实验台面上的水平气泡仪中的气泡居中。在实验中有大小轻重不同的多个陀螺转子，只有陀螺转子在竖直方向上受力平衡时，它才能在空中悬浮，所以对应应有不同的磁场排斥力。实验时将垫片板放在水平的台面板上，并保证周围应没有干扰磁场的物体，将垫片板与台面板的刻度中心位置对准。母指和食指紧握陀螺转子的旋转手柄，将陀螺转子的下端轻压在透明板的中心位置，保持与台面板的垂直度，旋转手柄，使陀螺转子在垫片板的中心位置稳定的旋转。陀螺转子在垫片板的中心位置稳定旋转以后，用双手缓慢的将垫片板往上提升， 使陀螺转子慢慢的离开台面板，当垫片板达到一个适当的高度时，转子向下的重力和磁场向上的排斥力相等时，它就会自动脱离垫片板悬在空中旋转。在操作过程中选用不同的陀螺转子时，当陀螺转子太轻时，在透明垫片板住上提升的过程中，由于磁场的排斥力大于陀螺转子的重力，陀螺转子会很快的弹离垫片板，脱离中心位置而无法达到稳定的悬浮状态。反之当陀螺转子偏重时，在垫片板住上提升的过程中，由于陀螺转子的重力大于磁场的排斥力，陀螺转子会在垫片板上旋转打滑，无法自动脱离垫片板达到稳定的悬浮状态。在每一次更换不同的陀螺转子后，由于转子重力的不同，所需磁场排斥力也不同，因此应准确调节磁场线圈中的电流，以提供相应的排斥力，同时记录下最稳定悬浮时的电流，研究陀螺转子重力与磁场和电流的关系，并作出图像。
权利要求1.一种磁悬浮实验仪，其特征是由磁悬浮实验仪主机、上部可控磁场线圈(1)、磁悬浮陀螺转子(14)和垫片板(12)组成，磁悬浮实验仪主机上设置有四位数显的电流表(4)、 四个数控按键(5，6，7，8)和开关(9)，磁悬浮实验仪主机内设置有大电流恒流源及单片机控制和放大电路。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮实验仪，其特征是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(2)，台面板上具有水平气泡仪(3)。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮实验仪，其特征是磁悬浮实验仪主机内所采用的单片机型号为AT89C52。
4.根据权利要求1所述的磁悬浮实验仪，其特征是磁悬浮实验仪主机内所采用的恒流源运放芯片为LF353，并在输出端具有大功率NPN型达林顿复合管电路。
5.根据权利要求1所述的磁悬浮实验仪，其特征是所采用的磁悬浮陀螺转子(14)有大小轻重不同的多种规格，陀螺转子内置钕铁硼磁铁。
6.根据权利要求1所述的磁悬浮实验仪，其特征是所采用垫片板(12)由透明塑料材料制成，表面磨砂处理，并标注有中心位置刻度线(13)。
7.根据权利要求1所述的磁悬浮实验仪，其特征是磁悬浮实验仪主机底部有四只可调节高度的支撑脚(11)。
专利摘要本实用新型涉及一种磁悬浮实验仪，由磁悬浮实验仪主机、上部可控磁场线圈、磁悬浮陀螺转子和垫片板组成，磁悬浮实验仪主机上设置有四位数显的电流表、四个数控按键和开关，磁悬浮实验仪主机内设置有大电流恒流源及单片机控制和放大电路。实验仪通过对磁悬浮及与电流、磁场关系的实验，使学生能更好的理解和掌握磁悬浮和磁场的规律和特点。本实验仪结构合理，操作方便，教学效果好，适合于大专院校的电磁学、物理学等课程的教学实验。
文档编号G09B23/18GK201984700SQ20112011531
公开日2011年9月21日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者汪建 申请人:四川农业大学, 汪建