CN105788416A - 一种磁性液体动态展示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化磁性液体动态展示装置，包括展示组件和磁动态组件，所述磁动态组件由机械传动系统、电磁铁、外部电路和电子控制系统组成，所述电磁铁固定于所述机械传动系统中，所述外部电路连接于机械传动系统的电机与电磁铁，外部电路通过电子控制系统控制电机的转动与电磁铁磁场的大小，所述展示组件为形成有一密闭空腔的透明部件，所述密闭空腔内填充有磁性液体，所述磁动态组件的磁场朝向展示组件，磁场驱使磁性液体定向排列而产生图案。该装置能够展现出磁性液体在单一磁场与复合磁场作用下的不同状态，能展示出纳米磁性液体的磁效应、悬浮特性及表面特性等特点。

Description

一种磁性液体动态展示装置

技术领域

本发明涉及用于科技展示与教学的展示装置，尤其涉及磁性液体动态展示装置。

背景技术

目前，世界上磁性液体应用广泛。磁性液体于20世纪60年代首先由英国研制成功，短短50年时间，磁性液体蓬勃发展，并应用于化工、机械、仪表、环保、医疗、导航、定位、密封等领域。磁性液体是一种对磁场敏感的新型的液体功能材料，其在外磁场作用下具有阻尼、传热和靶向性等特性，因此有很多仪器都是利用磁性液体对磁场敏感特性制成。作为一种极具潜力的新型智能材料，我国的普及度却很低。从青少年到大学生对磁性液体的认知程度都很低，所以磁性液体的科学普及是一件必要的事情。

目前的磁性液体展示平台分为两种：第一，密闭的只能显现一种形状磁性液体的展示平台；第二，可通过改变磁场进而改变磁性液体的形状的展示平台。两种展示平台都不能使磁性液体总体的空间位置发生变化，展示单一。

发明内容

针对上述磁性液体展示装置存在的问题，本发明提供一种磁性液体动态展示装置。本发明通过对磁场大小和位置的调节能使纳米磁性液体表现出不同的表征。

本发明的技术方案如下：

一种自动化磁性液体动态展示装置，包括展示组件和磁动态组件，所述磁动态组件由机械传动系统、电磁铁、外部电路和电子控制系统组成，所述电磁铁固定于所述机械传动系统中，所述外部电路连接于机械传动系统的电机与电磁铁，通过电子控制系统控制电机的转动与电磁铁磁场的大小，所述展示组件为形成有一密闭空腔的透明部件，所述密闭空腔内填充有磁性液体，所述磁动态组件的磁场朝向展示组件，磁场驱使磁性液体定向排列而产生图案。

进一步地，在上述技术方案中，所述电磁铁包括4枚电磁铁，以四点中心三角形电磁铁矩阵形式固定。优选地，所述4枚电磁铁形状、物性相同。

进一步地，在上述所有技术方案中，所述机械传动系统包括电机和由电机驱动的齿形同步带，所述电磁铁固定于电磁铁固定平台上，所述电磁铁固定平台固定于齿形同步带上，随着齿形同步带的移动而移动。

进一步地，在上述所有技术方案中，所述透明部件的材料为玻璃、塑料或树脂。

进一步地，在上述所有技术方案中，所述外部电路为可显示电压的稳压电路，输出0～12V的直流电压。

在本发明中，机械传动系统中，电磁铁固定平台固结于齿形同步带上，随着齿形同步带的移动而移动，实现电机带动电磁铁矩阵的目的，这样的设置可实现磁性液体倒流的实验。通过外部电路的设计来实现纳米磁性液体在磁场下“液体”(磁性液体)开花的实验。外部电路分为电压控制电路与电机转动控制电路两部分。电压控制电路通过改变电磁铁两端的电压来调节每一个电磁铁的磁场强度大小，电磁矩阵为四点中心三角形样式，通过调节电压控制电路连接的旋钮改变各个电磁铁两端的电压，进而控制各个电磁铁的磁场大小、磁场方向实现总磁场的多样性；通过调节电磁铁所加的电压大小改变电磁铁磁场强度的大小可使磁场大小通过计算得知，使磁场大小量化。通过跳频(电压大幅跳动，从0-12V)改变磁场强度大小来实现“液体”(磁性液体)跳动的实验。通过精准调控电压调控改变磁场强度，实现对纳米磁性液体定性定量的实验。

通过调节电磁铁所加的电压大小改变电磁铁磁场强度的大小可使磁场大小通过计算得知，使磁场大小量化。

根据上述技术方案，本发明的自动化磁性液体动态展示装置，能够展现出磁性液体在单一磁场与复合磁场作用下的不同状态，能展示出纳米磁性液体的磁效应、悬浮特性及表面特性等特点。通过调节各个电磁铁两端的电压对磁场的调节能使纳米磁性液体表现出不同的表征。能体现出磁场大小与纳米磁性液体尖峰状态与尖峰密度的关系。该装置可演示：“水”(磁性液体)倒流；在磁场下“液体”(磁性液体)开花；“液体”(磁性液体)跳动等神奇实验。该系列演示实验也可用来定性定量的做纳米磁性液体在磁场作用下分布状态的实验。在科普中能增加青少年对纳米磁性液体的认识，激发对纳米磁性液体的兴趣，普及这种新型材料-磁性液体，对于提高学生学习相关科学文化知识的热情有重要作用。

附图说明

图1为本发明的展示装置中机械传动系统的侧视图；

图2为本发明的展示装置中机械传动系统正视图；

图3为本发明的展示装置中磁铁矩阵的放置方式示意图；

图4为本发明的展示装置中电子控制系统的结构示意图；

图5为本发明的展示装置的外壳侧板的结构示意图；

图6为本发明的展示装置的底座上盖板的结构示意图；

图7为本发展示装置的结构示意图；

图8为本发明的展示装置效果图的前视图；

图9为本发明的展示装置效果图的侧视图，其中夹角α为54°；

标号说明：

1、固定架，2、碰触开关，3、固定架上的固定孔，4、光轴导轨，5、电机，6、齿形传动轮，7、齿形同步带，8、电磁铁固定平台，9、电磁铁矩阵，10、展示管，11、电磁铁1，12、电磁铁2，13、电磁铁3，14、电磁铁4，16、电磁铁1控制旋钮，17、电磁铁2控制旋钮，18、电磁铁3控制旋钮，18、电磁铁4控制旋钮，20、电机反转控制按钮，21、电机正转控制按钮，22、侧板，23、侧板上的固定孔，24、底座上盖板，25、凹槽，26、槽孔，27、底座，28、控制面板，29、电子显示屏幕，30、长板

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

下面参照附图说明本发明的自动化磁性液体动态展示装置。

本发明的自动化磁性液体动态展示装置，包括展示组件和磁动态组件，其特征在于，所述磁动态组件由机械传动系统、电磁铁、外部电路和电子控制系统组成，所述电磁铁固定于所述机械传动系统中，所述外部电路连接于机械传动系统的电机与电磁铁，外部电路通过电子控制系统控制电机的转动与电磁铁磁场的大小，所述展示组件为形成有一密闭空腔的透明部件，所述密闭空腔内填充有磁性液体，所述磁动态组件的磁场朝向展示组件，磁场驱使磁性液体定向排列而产生图案。

其中，所述电磁铁包括枚相同的电磁铁，以四点中心三角形电磁铁矩阵形式固定，该设计能表现100多种磁场形态，并且磁性液体于磁场中的形态更加美观。

所述机械传动系统包括电机和由电机驱动的齿形同步带，所述电磁铁固定于电磁铁固定平台上，所述电磁铁固定平台固结于齿形同步带上，随着齿形同步带的移动而移动。

所述透明部件的材料为玻璃、塑料或树脂。

优选地，所述机械传动系统可采用如下实施方式来实现：

如图1-9所示，将长形铁质板(即固定架)1两端钣起1～3cm，于两端钣起部分的相同位置上设置有通孔，两根光轴导轨4穿过长形板两端通孔平行设置在长形板两端之间，光轴导轨4两端开卡槽，穿过通孔后用卡簧固定于长形板两端。所述长形板两端设置有碰触开关2。

将电机5固定于上述长形铁制板的一端，其中电机的单输出轴电机输出轴穿过长形铁制板，穿出长形铁制板的电机输出轴上固定齿形传动轮6，长形铁制板1的另一端上固定有另一齿形传动轮6，齿形同步带7套在两个齿形传动轮6，通过电机5的驱动来转动。

亚克力电磁铁固定平台8固结于齿形同步带7上，并将亚克力电磁铁固定平台8套于光轴导轨4上，电磁铁固定在亚克力电磁铁固定平台8上，电磁铁摆放形状为四点中心三角形，形成电磁铁矩阵9，如图3所示。当电机5驱动齿形同步带7时，电磁铁固定平台8沿着光轴4移动，实现用齿型传动来改变电磁铁矩阵9的空间位置的目的，该方案简单并能实现精准操控。

长形铁质板1两端设置有碰触开关2，当亚克力电磁铁固定平台8移动到光轴导轨4的极限位置时，亚克力电磁铁固定平台8碰触碰触开关2，电机5停止运动，防止因操作失误对设备的损坏。

在优选的技术方案中，自动化磁性液体动态展示装置还包括底座27和外壳，将外部电路板、连接导线置于底座27内部，机械传动系统设置在底座27上方，底座上盖板24上设置有控制面板28和电子显示屏幕29，所述控制面板28包括可控制电机正反转的控制按钮20、21和电磁矩阵电磁铁两端电压的控制旋钮16、17、18、19。其中，如图6所示，通过按下控制按钮21可使电机正转(亚克力电磁铁固定于平台6上行)，通过按下控制按钮20可使电机反转(亚克力电磁铁固定平台6下行)，电磁矩阵电磁铁的控制旋钮16、17、18和19分别控制电磁铁13、12、11和14两端电压大小。通过控制各个电磁铁两端电压的大小控制电磁铁产生磁场的强弱。通过对各个电磁铁两端电压的测量显示在电子显示屏幕29上。连接导线包括连接外部电路板和机械传动系统里电机5的导线，连接电路板和电子显示屏幕29的导线，连接控制面板28和外部电路的导线。

所述外壳包覆机械传动系统，外壳通过两个侧板22和位于两个侧板22之间的一个长板30来包覆机械传动系统的两个侧面和背面，机械传动系统的前面(前方)固定有展示管(展示组件)10，内装有磁性液体。所述机械传动系统的磁矩阵电磁的磁场朝向展示组件10，磁场驱使磁性液体定向排列而产生图案。

所述展示组件10与底座水平面的夹角为54度，该设计使观赏更加舒适(图8)。

外壳包覆机械传动系统的优选的实施方式如下：长形铁质板1侧面设有固定孔3，用于与外壳侧板22的固定。侧板22带有固定孔23、23，如图5；通过固定孔将侧板22与长形铁质1板固结在一起。底座上盖板24设置有在长度方向上相互平行的一对凹槽25，两个侧板22的下沿各自插入凹槽25中，固定底座27与侧板22，底座上盖板24中央还设有槽孔26，用于通过连接导线。长板30位于两个侧板22之间，并与两个侧板22包覆机械传动系统的两个侧面和背面，机械传动系统的前面(前方)固定有展示组件10。图7为本发明展示装置的结构示意图；图8为本发明的展示装置效果图的前视图；图9为本发明的展示装置效果图的侧视图，其中夹角α为54°。

采用性能稳定的开关电源为设备供电：

开关电源通过简单的电路结构能够实现可调的直流稳压电源，输出直流电压可稳定在12V。

Claims (5)

1.一种自动化磁性液体动态展示装置，包括展示组件和磁动态组件，其特征在于，所述磁动态组件由机械传动系统、电磁铁、外部电路和电子控制系统组成，所述电磁铁固定于所述机械传动系统中，所述外部电路连接于机械传动系统的电机与电磁铁，外部电路通过电子控制系统控制电机的转动与电磁铁磁场的大小，所述展示组件为形成有一密闭空腔的透明部件，所述密闭空腔内填充有磁性液体，所述磁动态组件的磁场朝向展示组件，磁场驱使磁性液体定向排列而产生图案。

2.根据权利要求1所述的展示装置，其特征在于，所述电磁铁包括4枚电磁铁，以四点中心三角形电磁铁矩阵形式固定。

3.根据权利要求1或2所述的展示装置，其特征在于，所述机械传动系统包括电机和由电机驱动的齿形同步带，所述电磁铁固定于电磁铁固定平台上，所述电磁铁固定平台固定于齿形同步带上，随着齿形同步带的移动而移动。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透明部件的材料为玻璃、塑料或树脂。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述外部电路为可显示电压的稳压电路，输出12V的直流电压。