摩擦力数字化实验装置的制作方法

本实用新型属于物理实验装置领域，具体涉及一种摩擦力数字化实验装置。

背景技术：

目前，在摩擦力的教学实验中，测量摩擦力的大小普遍采用人手拉动弹簧测力计进行多次测量并记录测量数据的方法，根据物体匀速运动时，拉力与摩擦力二力平衡的原理，把测力计的示数作为物体摩擦力的大小。然而这样的测量方法获得的实验数据存在很大误差，其原因是：第一，支撑面上物体与物体间各处接触面的粗糙程度不同；第二，普通弹簧测力计随着拉伸次数增加，误差加大；第三，人手拉动测量物体，无法实现匀速，由此测得的数据忽大忽小。测量同样的一个物体，误差在0.5-1.5牛之间，数据误差大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述问题，根据物体匀速运动时，拉力与摩擦力二力平衡的原理，提供一种结构简单、测量准确性高、可智能显示并记载实验数据的摩擦力数字化实验装置。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种摩擦力数字化实验装置，包括水平滑板、固定在水平滑板一端的电动牵引机构、放置在水平滑板上的摩擦承载机构，以及安装在该摩擦承载机构上的拉力传感器和带有液晶显示屏的数据处理器；所述电动牵引机构的动力输出端与拉力传感器的测力端通过细线连接；所述拉力传感器与带有液晶显示屏的数据处理器电性连接，所述带有液晶显示屏的数据处理器用于对拉力传感器测得的数据进行处理并显示结果。

上述带有液晶显示屏的数据处理器包括ARM处理器、液晶显示屏、无线数据传输模块、AD转换器和电源模块，所述拉力传感器经AD转换器与ARM处理器电性连接；ARM处理器分别与无线数据传输模块、液晶显示屏和电源模块电性连接。

上述电动牵引机构为微型减速电机。

上述水平滑板侧边上设有长度刻度尺。

上述摩擦承载机构后端设有用于悬挂被测物体的钩环。

上述ARM处理器通过无线数据传输模块将测量数据传输给外部计算机制成图表。

相比于现有技术，本实用新型的优势在于：

1、本实用新型将微型减速电动机代替人力拉动，相对于用人手拉动摩擦承载机构，电动牵引机构的牵引速度更加稳定，减小实验误差。

2、将带有液晶显示屏的数据处理器和拉力传感器代替普通弹簧测力计，解决了弹簧测力计随着拉伸次数增加误差加大的问题，实验数据误差可有效减小至0.1-0.2牛。

3、将拉力传感器与带有液晶显示屏的数据处理器一起安装在摩擦承载机构，使装置整体结构简单、操作更方便。

4、采用无线数据传输模块与外部计算机相连，在实验操作的同时将数据转换为图表，在实验观察的基础上，可通过图表和数据的变化直观、准确地看到实验结果。

附图说明

图1是本实用新型摩擦力数字化实验装置的主视图。

图2是本实用新型摩擦力数字化实验装置的俯视图。

图3是本实用新型所述带有液晶显示屏的数据处理器的内部结构框图。

图中：1.水平滑板，2.微型减速电机，3.摩擦承载机构，4.拉力传感器，5.带有液晶显示屏的数据处理器，6.钩环，7.细线，8.固定座，9.液晶显示屏,10.长度刻度尺。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细说明。

一、本实施例摩擦力数字化实验装置的基本结构

如图1和2所示，摩擦力数字化实验装置，包括水平滑板1、固定在水平滑板1一端的微型减速电机2、放置在水平滑板1上的摩擦承载机构3，以及安装在摩擦承载机构3上的拉力传感器4和带有液晶显示屏的数据处理器5，摩擦承载机构3后端设有用于悬挂钩码的钩环6，水平滑板1侧边上设有长度刻度尺10；微型减速电机2通过固定座8固定在水平滑板1上，细线7采用无弹性的细线，其一端缠绕在微型减速电机2的动力输出轴，另一端与拉力传感器4的测力端连接，微型减速电机2用于牵引摩擦承载机构3做匀速直线运动；拉力传感器4与带有液晶显示屏的数据处理器5电性连接，带有液晶显示屏的数据处理器5用于对拉力传感器4测得的数据进行处理并显示摩擦力大小；拉力传感器4为电阻应变式压力传感器。

本实用新型也可以采用其它动力牵引机构代替微型减速电机2，比如小型卷扬机等。

如图3所示，带有液晶显示屏的数据处理器5包括ARM处理器、液晶显示屏9、无线数据传输模块、AD转换器和电源模块，拉力传感器4经AD转换器与ARM处理器电性连接；ARM处理器分别与无线数据传输模块、液晶显示屏和电源模块电性连接。本实施例选用的是HX711AD转换器和STM32F103VET6芯片的ARM处理器。

在外部计算机接上无线数据接收器，计算机内安装有数据成像软件，ARM处理器通过无线数据传输模块将测量数据传输给外部计算机制成图表。需要指出的是，外部计算机可根据实验实际需要增设或省略。

二、本实用新型工作原理

首先将水平滑板水平放置，将摩擦承载机构放置在水平滑板与微型减速电机相对的另一端上，将被测物体置于摩擦承载机构上或悬挂于钩环上；启动微型减速电机，微型减速电机的输出轴转动的同时将细线收回，细线通过拉力传感器带动摩擦承载机构做直线运动；细线作用于拉力传感器的拉力经AD转换器将拉力转换为数字信号传输给ARM处理器进行数据处理，再通过液晶显示屏将实验数据与图像显示出来；根据物体匀速运动时，拉力与摩擦力二力平衡的原理，液晶显示屏所显示的数据即为所测得的滑动摩擦力大小；通过长度刻度尺10可直接读取位移与摩擦力大小的关系。在外部计算机接上无线数据接收器，计算机内安装有数据成像软件，ARM处理器通过无线数据传输模块将测量数据传输给外部计算机制成图表，可通过图表和数据的变化直观、准确地看到实验结果。通过置换被测物体的重量，或在水平滑板上设置不同介质的接触面来进行不同条件下的实验研究，实验数据误差可缩小到0.1-0.2牛。

在实验过程中，所测得的数据会经历3次波动：第一次是拉力﹤最大静摩擦力时，重物未动，液晶显示屏读数缓慢增加；第二次是拉力﹥最大静摩擦力时，摩擦承载机构开始运动起来，液晶显示屏读数不稳定；第三次是摩擦承载机构匀速直线运动时，液晶显示屏读数相对稳定，拉力＝滑动摩擦力。

需要指出的是，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。