磁致伸縮與霍爾效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量、教學(xué)演示儀器，尤其是一種磁致伸縮與霍爾效應(yīng)綜合 實(shí)驗(yàn)儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁致伸縮材料是重要的能量和信息功能材料，對(duì)磁致伸縮材料進(jìn)行研宄，最基礎(chǔ) 也是最關(guān)鍵的工作就是對(duì)靜態(tài)磁致伸縮材料性能的測(cè)量。然而，目前磁致伸縮測(cè)試儀器普 遍存在體積較大，價(jià)格高等缺點(diǎn)，很難帶入本科生課堂進(jìn)行測(cè)量和演示教學(xué)。而在高校物理 課堂教學(xué)中，磁致伸縮效應(yīng)又是電磁學(xué)中重要的知識(shí)，在這方面的測(cè)量、教學(xué)演示儀器始終 處于空缺狀態(tài)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問題是，克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種磁 致伸縮與霍爾效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀。
[0004] 本實(shí)用新型磁致伸縮與霍爾效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀，由霍爾效應(yīng)模塊、磁致伸縮測(cè)量模 塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)采集與處理模塊組成，
[0005] 所述霍爾效應(yīng)模塊由霍爾元件通過元件支架放在垂直它的直流電磁鐵產(chǎn)生的磁 場(chǎng)內(nèi)，直流電磁鐵的勵(lì)磁電路設(shè)置一組雙擲開關(guān)，通過雙擲開關(guān)改變勵(lì)磁電流方向使磁場(chǎng) 方向改變；
[0006] 所述磁致伸縮測(cè)量模塊包括樣品室和應(yīng)變片，所述直流電磁鐵的縫隙設(shè)置樣品 室，樣品室內(nèi)設(shè)置應(yīng)變片；
[0007] 數(shù)據(jù)顯示模塊由6電壓表、IS/IM電流表、磁致伸縮數(shù)顯式表、I S/IM選擇按鈕、I M調(diào) 節(jié)旋鈕和13調(diào)節(jié)旋鈕組成，6電壓表和I s/iM電流表分別設(shè)置于勵(lì)磁電路，磁致伸縮數(shù)顯式 表設(shè)置于測(cè)量磁致伸縮的橋式電路、I S/IM選擇按鈕、I M調(diào)節(jié)旋鈕和13調(diào)節(jié)旋鈕分別與I s/ Im數(shù)顯表控制電路、勵(lì)磁電路中調(diào)節(jié)恒流源大小的變阻器、工作電流電路中調(diào)節(jié)恒流源大 小的變阻器連接；代表伸縮量的電壓信號(hào)通過應(yīng)變片采集；
[0008] 所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊包括依次連接的電壓放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電 路，代表伸縮量的電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集與處理模塊采集；電壓放大電路將代表伸縮量的 電壓信號(hào)和霍爾電壓進(jìn)行放大供采集卡采集；A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電路把模擬量電信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)。
[0009] 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)分為四個(gè)模塊，分別為霍爾效應(yīng)模塊、磁致伸縮測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)顯 示模塊和數(shù)據(jù)采集與處理模塊。通過將模塊緊湊排布，對(duì)面板進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)儀器的小 型化。
[0010] 霍爾效應(yīng)模塊與磁致伸縮測(cè)量模塊共用直流電磁鐵。直流電磁鐵縫隙還設(shè)計(jì)了樣 品室，減小了以往任意垂直放置樣品所導(dǎo)致的測(cè)量誤差。
[0011] 磁致伸縮測(cè)量模塊運(yùn)用電阻應(yīng)變法（如圖3所示），其特點(diǎn)是靈敏度高，測(cè)量范圍 廣，頻率響應(yīng)快，以及機(jī)械滯后小。通過測(cè)量應(yīng)變片電阻的變化，可間接計(jì)算出磁致伸縮系 數(shù)λ。
[0012] 霍爾效應(yīng)模塊可用于學(xué)生霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)亦可通過連接數(shù)據(jù)采集與處理模塊和PC 機(jī)，在PC機(jī)上顯示B- Im曲線和B-X曲線。
[0013] 數(shù)據(jù)顯示模塊主要由&電壓表、IS/IM電流表、磁致伸縮數(shù)顯式表、I S/IM選擇按鈕、 Im調(diào)節(jié)旋鈕和Is調(diào)節(jié)旋鈕組成。該模塊可以顯示霍爾電壓KH、I S/IM、磁致伸縮數(shù)，并能夠調(diào) 節(jié)和轉(zhuǎn)換15和I M。
[0014] 數(shù)據(jù)采集與處理模塊主要包括電壓放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電路。電壓放 大電路將代表伸縮量的電壓信號(hào)和霍爾電壓進(jìn)行放大供采集卡采集。A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊 電路把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字?？赏ㄟ^RS232與上位PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊、函數(shù)計(jì)算、曲線繪制 及演示。
[0015] 本實(shí)用新型在利用霍爾效應(yīng)測(cè)量磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)儀的基礎(chǔ)上，采用電阻應(yīng)變計(jì)法，設(shè)計(jì) 直流磁場(chǎng)、磁致伸縮測(cè)量和數(shù)據(jù)采集與顯示等模塊。本實(shí)用新型測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、制 造成本低、操作簡(jiǎn)單、演示清晰，可用于材料磁性能的測(cè)試，同時(shí)適用于本科生課堂教學(xué)演 示，還可作為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器供學(xué)生自行操作。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實(shí)用新型原理框圖；
[0017] 圖2是本實(shí)用新型面板布局圖；
[0018] 圖3是本實(shí)用新型磁場(chǎng)測(cè)量原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所 描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0020] 如圖1所示，本實(shí)用新型磁致伸縮與霍爾效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀，由霍爾效應(yīng)模塊、磁致 伸縮測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)采集與處理模塊組成，
[0021] 所述霍爾效應(yīng)模塊由霍爾元件通過元件支架放在垂直它的直流電磁鐵產(chǎn)生的磁 場(chǎng)內(nèi)，直流電磁鐵的勵(lì)磁電路設(shè)置一組雙擲開關(guān)，通過雙擲開關(guān)改變勵(lì)磁電流方向使磁場(chǎng) 方向改變；
[0022] 所述磁致伸縮測(cè)量模塊包括樣品室和應(yīng)變片，所述直流電磁鐵的縫隙設(shè)置樣品 室，樣品室內(nèi)設(shè)置應(yīng)變片；
[0023] 數(shù)據(jù)顯示模塊由&電壓表、IS/IM電流表、磁致伸縮數(shù)顯式表、IS/I M選擇按鈕、I M調(diào) 節(jié)旋鈕和13調(diào)節(jié)旋鈕組成，6電壓表和I s/iM電流表分別設(shè)置于勵(lì)磁電路，磁致伸縮數(shù)顯式 表設(shè)置于測(cè)量磁致伸縮的橋式電路、I S/IM選擇按鈕、I M調(diào)節(jié)旋鈕和13調(diào)節(jié)旋鈕分別與I s/ Im數(shù)顯表控制電路、勵(lì)磁電路中調(diào)節(jié)恒流源大小的變阻器、工作電流電路中調(diào)節(jié)恒流源大 小的變阻器連接；代表伸縮量的電壓信號(hào)通過應(yīng)變片采集；
[0024] 所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊包括依次連接的電壓放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電 路，代表伸縮量的電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集與處理模塊采集；電壓放大電路將代表伸縮量的 電壓信號(hào)和霍爾電壓進(jìn)行放大供采集卡采集；A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電路把模擬量電信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)。
[0025] 本實(shí)用新型面板如圖2所示，圖中：VH電壓表1、樣品室2、I S/IM電流表3、I s調(diào)節(jié) 旋鈕4、IS/IM選擇旋鈕5、I M調(diào)節(jié)旋鈕6、磁致伸縮數(shù)顯表7、I/II通道調(diào)零旋鈕8、k值調(diào)節(jié) 旋鈕9、校準(zhǔn)/測(cè)量選擇旋鈕10、通道選擇旋鈕11、直流電磁鐵12、通道II 13、通道 I 14、IS/VH/IM接線柱（Is為樣品工作電流，I M為勵(lì)磁電流，Vh為霍爾電壓）15、霍爾元件支 架16、雙擲開關(guān)17。
[0026] 本實(shí)用新型的磁場(chǎng)測(cè)量原理如圖3所示，圖中：合金樣品18、應(yīng)變片19、霍爾 元件20、直流電磁鐵12 ;將霍爾元件20垂直Z軸放置于直流電磁鐵12中，在Z軸方向加一 均勻磁場(chǎng)B，當(dāng)穩(wěn)恒電流I沿X軸方向通過霍爾元件時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的Y軸方向上， 存在一個(gè)電位差V h，理論與實(shí)驗(yàn)證明，大小正比于電流強(qiáng)度I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積， 即VH=KIB。如果已知霍爾元件靈敏度K，通過電壓表1和電流表2分別讀出霍爾電壓％和 工作電流I，則可通過公式
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種磁致伸縮與霍爾效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征是，由霍爾效應(yīng)模塊、磁致伸縮測(cè)量 模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)采集與處理模塊組成， 所述霍爾效應(yīng)模塊由霍爾元件通過元件支架放在垂直它的直流電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)， 直流電磁鐵的勵(lì)磁電路設(shè)置一組雙擲開關(guān)，通過雙擲開關(guān)改變勵(lì)磁電流方向使磁場(chǎng)方向改 變； 所述磁致伸縮測(cè)量模塊包括樣品室和應(yīng)變片，所述直流電磁鐵的縫隙設(shè)置樣品室，樣 品室內(nèi)設(shè)置應(yīng)變片； 數(shù)據(jù)顯示模塊由6電壓表、I s/iM電流表、磁致伸縮數(shù)顯式表、I s/iM選擇按鈕、IM調(diào)節(jié)旋 鈕和13調(diào)節(jié)旋鈕組成，6電壓表和I s/iM電流表分別設(shè)置于勵(lì)磁電路，磁致伸縮數(shù)顯式表設(shè) 置于測(cè)量磁致伸縮的橋式電路、IS/IM選擇按鈕、I M調(diào)節(jié)旋鈕和I 3調(diào)節(jié)旋鈕分別與I S/IM數(shù) 顯表控制電路、勵(lì)磁電路中調(diào)節(jié)恒流源大小的變阻器、工作電流電路中調(diào)節(jié)恒流源大小的 變阻器連接；代表伸縮量的電壓信號(hào)通過應(yīng)變片采集； 所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊包括依次連接的電壓放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電路，代 表伸縮量的電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集與處理模塊采集；電壓放大電路將代表伸縮量的電壓信 號(hào)和霍爾電壓進(jìn)行放大供采集卡采集；A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電路把模擬量電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字?jǐn)?shù)字信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮與霍爾效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀，其特征是，所述霍爾效應(yīng) 模塊和磁致伸縮測(cè)量模塊設(shè)置于同一控制面板上。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種磁致伸縮與霍爾效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀。本實(shí)用新型由霍爾效應(yīng)模塊、磁致伸縮測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)采集與處理模塊組成，所述霍爾效應(yīng)模塊由霍爾元件通過元件支架放在垂直它的直流電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)，所述磁致伸縮測(cè)量模塊包括樣品室和應(yīng)變片，所述直流電磁鐵的縫隙設(shè)置樣品室，樣品室內(nèi)設(shè)置應(yīng)變片，所述數(shù)據(jù)采集與處理模塊包括依次連接的電壓放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電路。本實(shí)用新型測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低、操作簡(jiǎn)單、演示清晰，可用于材料磁性能的測(cè)試。
【IPC分類】G09B23-18
【公開號(hào)】CN204557898
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520259747
【發(fā)明人】劉躍, 周嚴(yán), 黃書彬, 馬巧云, 黃峻健, 孫婷婷, 岳柯
【申請(qǐng)人】天津商業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月27日