CN207637376U - 安培力秤 - Google Patents

Abstract

本实用新型安培力秤公开了一种安培力大小定量测定仪器，其包括一电磁铁单元、一测量线圈单元、一测力单元、一磁感应强度测量单元和一杠杆稳定控制单元，该电磁铁单元能产生可调磁场，且电磁铁上固定一角度盘，用于显示电流与磁场的夹角；该测量线圈固定在测力单元的杠杆上，其测力单元包括一带有刻度的杠杆、一砝码、一高精度水准泡和两个平衡螺母。测量前，砝码置于零刻度线，并调平杠杆，然后给电磁铁和线圈通入某一固定方向的电流。测量线圈将受到向下的安培力，移动砝码位置使杠杆重新水平，砝码相对于零刻度的距离与线圈受到的安培力大小成正比。所以砝码相对于零刻度的距离表征安培力大小，将刻度标注为对应的安培力，就可以直接读出力的大小。

Description

安培力秤

技术领域

本实用新型涉及一种安培力大小定量测定仪器

背景技术

安培力现有的测量方法主要有以下几种：(1)利用单摆原理或线圈受安培力后转动，测量线圈受力后偏转的角度，得到角度与安培力的关系。(2)利用电子秤、电子天平或天平测量安培力。(3)利用力的传感器测量安培力。

现有的实验装置绝大多数都只能定性的演示安培力的大小，而不能量研究。有的虽然是定量的研究，但仍然不能直接得到安培力的大小，且很多仪器的精度不高，实验效果不理想。虽然使用高精度的力传感器能直接测出安培力的大小，但需要接数据采集器或电脑，且由于价格较高，很多学校都没有配备。在已有的测量方案或者测量仪器中，都只能得到磁感应强度B、电流I、导线长度L、磁感应强度和电流夹角的正玄sinθ四个量中某两个或者三个量与安培力之间的关系，还没有能把决定安培力大小(F＝BILsinθ) 的四个量一次性测定的仪器，且都需要连接其他设备辅助。

实用新型内容

本实用新型安培力秤的目的是提供一种安培力定量测定仪器，以解决上述问题。

安培力秤包括一电磁铁单元、一测量线圈单元、一测力单元、一磁感应强度测量单元和一杠杆稳定控制单元。

安培力秤的电磁铁单元产生的磁场大小可以通过磁场强度调节旋钮调节，并能通过磁感应强度测量单元显示，可以定量探究安培力大小与磁场强度的关系。

该电磁铁单元进一步包括一角度盘，且电磁铁和角度盘能一起绕竖直轴转动，可以显示电流与磁场的夹角，用于定量探究安培力的大小与电流和磁场的夹角的关系。

该测量线圈固定在测力单元的杠杆上，且测量线圈留有抽头，接通不同的抽头，线圈在磁场中的匝数不同(即长度不同)，从而可以定量探究安培力大小与导线在磁场中的长度的关系。若接入电路的抽头不变，改变线圈中的电流，且线圈中的电流通过数字电流表显示，即可定量探究安培力的大小与电流的关系。

测量线圈在磁场中受到的安培力大小通过测力单元测出；其测力单元进一步包括一带有刻度的杠杆(刻度可以直接显示力的大小，最小刻度为0.002N，可半刻度估读)、一砝码、一高精度水准泡(显示杠杆是否水平)和两个平衡螺母。测量线圈不受安培力时，把砝码置于零刻度位置，并将杠杆调水平，然后给电磁铁和测量线圈通入某一固定方向的电流。测量线圈将受到向下的安培力，移动砝码位置使杠杆重新水平，砝码相对于零刻度线移动的距离与测量线圈受到的安培力大小成正比。所以砝码相对于零刻度的距离表征安培力大小，将刻度标注为对应的安培力，就可以直接读出力的大小。

安培力秤的杠杆灵敏度很高，为了便于操作，所以该试验器还包括一杠杆稳定控制单元，该单元进一步包括一带凹槽的夹子和一控制夹子开合的旋钮。夹子处于常开状态，当需要移动砝码时，可顺时针旋转夹子开合旋钮使夹子夹紧杠杆，调好砝码位置后轻轻松开旋钮，夹子自动打开。该控制单元既可以降低操作难度，也可以使杠杆快速平衡。

只需将安培力秤的电源插头接入220V交流电即可工作，无需再接其他辅助设备，提高了仪器的集成度。

安培力秤的取材容易，成本较低，精度高，分辨率为0.001N。且巧妙的利用了学生熟悉的杠杆原理，让学生深刻的体会到只要愿意思考，把所学知识运用于实践并不是一件很难的事情，激发学生学习科学知识的热情。

附图说明

图为本实用新型安培力秤的整体结构示意图

安培力秤的主要元件符号说明

符号	符号对应的元件	符号	符号对应的元件	符号	符号对应的元件
						1	电磁铁	10	刻度	19	测量线圈电流开关
2	角度盘	11	夹子盒	20	电磁铁电流开关
						3	测量线圈	12	夹子	21	磁场强度调节旋钮
4	平衡螺母	13	高精度水准泡	22	磁感应强度测量探头保护盒
						5	杠杆	14	夹子开合旋钮	23	磁感应强度测量探头
6	吊环	15	磁感应强度显器	24	电源插头
						7	线圈抽头	16	磁感应强度显器开关
8	支架	17	测量线圈电流表
						9	砝码	18	测量线圈电流调节旋钮

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型

具体实施方式

安培力秤使用220V交流电，只需将安培力秤的整体结构示意图中的电源插头(24)插入220V交流电插座即可。

安培力秤的整体结构示意图中：电磁铁(1)包括U型铁芯和励磁线圈，且励磁线圈的电流由开关 (20)和旋钮(21)控制，旋钮(21)可调节励磁线圈电流的大小，从而改变电磁铁(1)的磁场强弱，该磁场的强弱通过磁感应强度显示器(15)显示。电磁铁(1)上还固定有一角度盘(2)，二者可以一起绕竖直轴转动，用于指示磁场与电流的夹角。

安培力秤的整体结构示意图中：测量线圈(3)上端固定在杠杆(5)上，下端的一部分伸入到电磁铁(1)中；当测量线圈(3)和电磁铁(1)中都通有固定方向电流时，且磁场与线圈下端水平部分夹角不为零时，测量线圈(3)下端的水平部分会受到向下的安培力；测量线圈(3)留有五个抽头(7)，每两个相邻的抽头有20匝线圈，将不同的抽头接入电路，可改变线圈在磁场中的长度。并且测量线圈与开关(19)、旋钮(18)和测量线圈电流表(17)串联，旋钮(18)可调节测量线圈(3)中的电流大小，并通过测量线圈电流表(17)显示。

安培力秤的整体结构示意图中：支架(8)、杠杆(5)、平螺母(4)、吊环(6)、砝码(9)、刻度 (10)和高精度水准泡(13)组成测力单元。测量前，测量线圈(3)中不通电，砝码置于0刻度位置、调节杠杆上的平衡螺母并借助高精度水准泡(13)调平杠杆。然后给电磁铁(1)和测量线圈(3)通入某一固定方向的电流。线圈将受到向下的安培力，移动砝码(9)的位置使杠杆重新水平，砝码(9)相对于零刻度的距离与测量线圈(3)受到的安培力大小成正比。所以砝码(9)相对于零刻度的距离表征安培力大小，将刻度标注为对应的安培力，就可以直接读出力的大小。杠杆上的最小刻度为0.002N，可半刻度估读。

安培力秤的整体结构示意图中：夹子(12)、夹子盒(11)和夹子开合旋钮(14)组成杠杆稳定控制单元。夹子(12)处于常开状态，当需要移动砝码(9)时，可顺时针旋转夹子开合旋钮(14)使夹子 (12)夹紧杠杆，调好砝码位置后轻轻松开旋钮，夹子自动打开。该控制单元既可以降低操作难度，也可以使杠杆快速平衡。

安培力秤的整体结构示意图中：磁感应强度测量单元由磁感应强度测量探头保护盒(22)、磁感应强度测量探头(23)和磁感应强度显示器(15)构成。需要测量磁场大小时，打开磁感应强度显示器开关 (16)，并向前推动磁感应强度测量探头(23)，将其推入磁场，磁感应强度显示器(15)随即显示当前磁场的磁感应强度。不需要测量时，将磁感应强度测量探头(23)退回到保护盒内。若是要探究安培力的大小与电流和磁场的夹角的关系时，需提前将磁感应强度测量探头(23)退回到保护盒内，以免转动电磁铁时损坏测量探头。

Claims (5)

1.一种安培力秤，包括一电磁铁单元、一测量线圈单元、一测力单元、一磁感应强度测量单元和一杠杆稳定控制单元，其特征在于：所述电磁铁是在U型铁芯上绕制一励磁线圈，励磁线圈和控制励磁线圈电流的电路连接，U型铁芯的顶部固定有一角度盘，该角度盘和电磁铁可以一起绕竖直轴转动，所述测量线圈为矩形并留有抽头，该测量线圈上端固定在测力单元的杠杆上，测量线圈下端置于电磁铁产生的磁场中，所述测力单元的杠杆用吊环悬挂于支架上，杠杆上带有刻度，所述磁感应强度测量单元能显示电磁铁中的磁感应强度的大小，所述杠杆稳定控制单元，包括一带凹槽的夹子和一控制夹子开合的旋钮，夹子闭合时可以夹住杠杆。

2.如权利要求1所述的安培力秤，其特征在于：该电磁铁包括U型铁芯、励磁线圈和控制励磁线圈电流的电路，通过调节励磁线圈的电流可以改变电磁铁产生的磁场，该电磁铁单元进一步包括一角度盘，且电磁铁和角度盘能一起绕竖直轴转动，可以显示电流与磁场的夹角。

3.如权利要求1所述的安培力秤，其特征在于：该测量线圈单元中的测量线圈固定在测力单元的杠杆上，且测量线圈留有抽头，接通不同的抽头，测量线圈在磁场中的匝数不同，测量线圈与数字电流表串联，数字电流表用于显示测量线圈中的电流。

4.如权利要求1所述的安培力秤，其特征在于：该测力单元包括带刻度的杠杆、支架、吊环、平衡螺母、20g砝码和高精度水准泡，且最小刻度为0.002N。

5.如权利要求1所述的安培力秤，其特征在于：该杠杆稳定控制单元包括一带凹槽的夹子和一控制夹子开合的旋钮，夹子处于常开状态，当顺时针旋转夹子开合旋钮时，夹子闭合，松开旋钮夹子自动打开。