磁致伸缩与霍尔效应综合实验仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种测量、教学演示仪器，尤其是一种磁致伸缩与霍尔效应综合 实验仪。
【背景技术】
[0002] 磁致伸缩材料是重要的能量和信息功能材料，对磁致伸缩材料进行研宄，最基础 也是最关键的工作就是对静态磁致伸缩材料性能的测量。然而，目前磁致伸缩测试仪器普 遍存在体积较大，价格高等缺点，很难带入本科生课堂进行测量和演示教学。而在高校物理 课堂教学中，磁致伸缩效应又是电磁学中重要的知识，在这方面的测量、教学演示仪器始终 处于空缺状态。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型所解决的技术问题是，克服上述现有技术中存在的不足，提供一种磁 致伸缩与霍尔效应综合实验仪。
[0004] 本实用新型磁致伸缩与霍尔效应综合实验仪，由霍尔效应模块、磁致伸缩测量模 块、数据显示模块和数据采集与处理模块组成，
[0005] 所述霍尔效应模块由霍尔元件通过元件支架放在垂直它的直流电磁铁产生的磁 场内，直流电磁铁的励磁电路设置一组双掷开关，通过双掷开关改变励磁电流方向使磁场 方向改变；
[0006] 所述磁致伸缩测量模块包括样品室和应变片，所述直流电磁铁的缝隙设置样品 室，样品室内设置应变片；
[0007] 数据显示模块由6电压表、IS/IM电流表、磁致伸缩数显式表、I S/IM选择按钮、I M调 节旋钮和13调节旋钮组成，6电压表和I s/iM电流表分别设置于励磁电路，磁致伸缩数显式 表设置于测量磁致伸缩的桥式电路、I S/IM选择按钮、I M调节旋钮和13调节旋钮分别与I s/ Im数显表控制电路、励磁电路中调节恒流源大小的变阻器、工作电流电路中调节恒流源大 小的变阻器连接；代表伸缩量的电压信号通过应变片采集；
[0008] 所述数据采集与处理模块包括依次连接的电压放大电路、A/D转换电路和通讯电 路，代表伸缩量的电压信号通过数据采集与处理模块采集；电压放大电路将代表伸缩量的 电压信号和霍尔电压进行放大供采集卡采集；A/D转换电路和通讯电路把模拟量电信号转 换为数字数字信号。
[0009] 本实用新型设计分为四个模块，分别为霍尔效应模块、磁致伸缩测量模块、数据显 示模块和数据采集与处理模块。通过将模块紧凑排布，对面板进行合理设计，实现仪器的小 型化。
[0010] 霍尔效应模块与磁致伸缩测量模块共用直流电磁铁。直流电磁铁缝隙还设计了样 品室，减小了以往任意垂直放置样品所导致的测量误差。
[0011] 磁致伸缩测量模块运用电阻应变法（如图3所示），其特点是灵敏度高，测量范围 广，频率响应快，以及机械滞后小。通过测量应变片电阻的变化，可间接计算出磁致伸缩系 数λ。
[0012] 霍尔效应模块可用于学生霍尔效应实验亦可通过连接数据采集与处理模块和PC 机，在PC机上显示B- Im曲线和B-X曲线。
[0013] 数据显示模块主要由&电压表、IS/IM电流表、磁致伸缩数显式表、I S/IM选择按钮、 Im调节旋钮和Is调节旋钮组成。该模块可以显示霍尔电压KH、I S/IM、磁致伸缩数，并能够调 节和转换15和I M。
[0014] 数据采集与处理模块主要包括电压放大电路、A/D转换电路和通讯电路。电压放 大电路将代表伸缩量的电压信号和霍尔电压进行放大供采集卡采集。A/D转换电路和通讯 电路把模拟量转换为数字。可通过RS232与上位PC机进行数据通讯、函数计算、曲线绘制 及演示。
[0015] 本实用新型在利用霍尔效应测量磁场实验仪的基础上，采用电阻应变计法，设计 直流磁场、磁致伸缩测量和数据采集与显示等模块。本实用新型测量精度高、结构紧凑、制 造成本低、操作简单、演示清晰，可用于材料磁性能的测试，同时适用于本科生课堂教学演 示，还可作为物理实验教学仪器供学生自行操作。
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型原理框图；
[0017] 图2是本实用新型面板布局图；
[0018] 图3是本实用新型磁场测量原理图。
【具体实施方式】
[0019] 以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所 描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0020] 如图1所示，本实用新型磁致伸缩与霍尔效应综合实验仪，由霍尔效应模块、磁致 伸缩测量模块、数据显示模块和数据采集与处理模块组成，
[0021] 所述霍尔效应模块由霍尔元件通过元件支架放在垂直它的直流电磁铁产生的磁 场内，直流电磁铁的励磁电路设置一组双掷开关，通过双掷开关改变励磁电流方向使磁场 方向改变；
[0022] 所述磁致伸缩测量模块包括样品室和应变片，所述直流电磁铁的缝隙设置样品 室，样品室内设置应变片；
[0023] 数据显示模块由&电压表、IS/IM电流表、磁致伸缩数显式表、IS/I M选择按钮、I M调 节旋钮和13调节旋钮组成，6电压表和I s/iM电流表分别设置于励磁电路，磁致伸缩数显式 表设置于测量磁致伸缩的桥式电路、I S/IM选择按钮、I M调节旋钮和13调节旋钮分别与I s/ Im数显表控制电路、励磁电路中调节恒流源大小的变阻器、工作电流电路中调节恒流源大 小的变阻器连接；代表伸缩量的电压信号通过应变片采集；
[0024] 所述数据采集与处理模块包括依次连接的电压放大电路、A/D转换电路和通讯电 路，代表伸缩量的电压信号通过数据采集与处理模块采集；电压放大电路将代表伸缩量的 电压信号和霍尔电压进行放大供采集卡采集；A/D转换电路和通讯电路把模拟量电信号转 换为数字数字信号。
[0025] 本实用新型面板如图2所示，图中：VH电压表1、样品室2、I S/IM电流表3、I s调节 旋钮4、IS/IM选择旋钮5、I M调节旋钮6、磁致伸缩数显表7、I/II通道调零旋钮8、k值调节 旋钮9、校准/测量选择旋钮10、通道选择旋钮11、直流电磁铁12、通道II 13、通道 I 14、IS/VH/IM接线柱（Is为样品工作电流，I M为励磁电流，Vh为霍尔电压）15、霍尔元件支 架16、双掷开关17。
[0026] 本实用新型的磁场测量原理如图3所示，图中：合金样品18、应变片19、霍尔 元件20、直流电磁铁12 ;将霍尔元件20垂直Z轴放置于直流电磁铁12中，在Z轴方向加一 均匀磁场B，当稳恒电流I沿X轴方向通过霍尔元件时，在垂直于电流和磁场的Y轴方向上， 存在一个电位差V h，理论与实验证明，大小正比于电流强度I和磁感应强度B的乘积， 即VH=KIB。如果已知霍尔元件灵敏度K，通过电压表1和电流表2分别读出霍尔电压％和 工作电流I，则可通过公式
【主权项】
1. 一种磁致伸缩与霍尔效应综合实验仪，其特征是，由霍尔效应模块、磁致伸缩测量 模块、数据显示模块和数据采集与处理模块组成， 所述霍尔效应模块由霍尔元件通过元件支架放在垂直它的直流电磁铁产生的磁场内， 直流电磁铁的励磁电路设置一组双掷开关，通过双掷开关改变励磁电流方向使磁场方向改 变； 所述磁致伸缩测量模块包括样品室和应变片，所述直流电磁铁的缝隙设置样品室，样 品室内设置应变片； 数据显示模块由6电压表、I s/iM电流表、磁致伸缩数显式表、I s/iM选择按钮、IM调节旋 钮和13调节旋钮组成，6电压表和I s/iM电流表分别设置于励磁电路，磁致伸缩数显式表设 置于测量磁致伸缩的桥式电路、IS/IM选择按钮、I M调节旋钮和I 3调节旋钮分别与I S/IM数 显表控制电路、励磁电路中调节恒流源大小的变阻器、工作电流电路中调节恒流源大小的 变阻器连接；代表伸缩量的电压信号通过应变片采集； 所述数据采集与处理模块包括依次连接的电压放大电路、A/D转换电路和通讯电路，代 表伸缩量的电压信号通过数据采集与处理模块采集；电压放大电路将代表伸缩量的电压信 号和霍尔电压进行放大供采集卡采集；A/D转换电路和通讯电路把模拟量电信号转换为数 字数字信号。
2. 根据权利要求1所述的磁致伸缩与霍尔效应综合实验仪，其特征是，所述霍尔效应 模块和磁致伸缩测量模块设置于同一控制面板上。
【专利摘要】本实用新型公开了一种磁致伸缩与霍尔效应综合实验仪。本实用新型由霍尔效应模块、磁致伸缩测量模块、数据显示模块和数据采集与处理模块组成，所述霍尔效应模块由霍尔元件通过元件支架放在垂直它的直流电磁铁产生的磁场内，所述磁致伸缩测量模块包括样品室和应变片，所述直流电磁铁的缝隙设置样品室，样品室内设置应变片，所述数据采集与处理模块包括依次连接的电压放大电路、A/D转换电路和通讯电路。本实用新型测量精度高、结构紧凑、制造成本低、操作简单、演示清晰，可用于材料磁性能的测试。
【IPC分类】G09B23-18
【公开号】CN204557898
【申请号】CN201520259747
【发明人】刘跃, 周严, 黄书彬, 马巧云, 黄峻健, 孙婷婷, 岳柯
【申请人】天津商业大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月27日