CN212458773U - 一种测量转动惯量的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种测量转动惯量的实验装置，包括光电门机构、扭摆机构及显示机构；其扭摆机构的载物盘包括底座、四个连杆、四个弧形挡板、环形拉簧，四个弧形挡板通过四个连杆均匀地与底座铰接，弧形挡板均设有安装环形拉簧的凹槽；环形拉簧的弹力带动弧形挡板向底座的方向收缩；其扭摆机构的转轴底端面设有环形磁铁，其扭摆机构的弹簧支架上设有与环形磁铁相配合的磁编码器电路板。本实用新型公开的一种测量转动惯量的实验装置，解决了实验过程中转轴转动角度不统一，导致实验结果偏差，载物盘的固定方式导致待测物体形状及大小受限、及待测物体与转轴不同轴等问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及物理实验装置，尤其涉及一种测量转动惯量的实验装置。
背景技术
目前，在转动惯量测量的物理实验中，常见的实验设备为采用扭摆法的检测装置，该装置在转轴上装有一根薄片状的涡卷弹簧，用于产生恢复力矩，并在轴的上方可以装载物盘及待测物体。转轴与支座间装有轴承，以降低摩擦力矩。其实验原理为，将物体在水平面内转过一定的角度后，在涡卷弹簧恢复力矩的作用下物体就可绕垂直轴作往返扭转运动，弹簧的扭转常数K为已知，实验时只要测得物体的摆动周期，便可以确定物体的转动惯量1：
I＝KT2/4π2。
在上述实验中存在以下问题：
第一，转轴转过的一定角度被要求为约90°，并进行多次测量求取平均值，这就要求每次转过的角度是相同的，而现有实验装置中，仅公开有通过刻度测量转动角度的装置，通过刻度读书存在测量误差，影响测量精度；
第二，载物盘是通过一侧螺钉固定并夹紧待测物体，待测物体的形状及大小受到限制，并且在安装过程中，可能出现与转轴不同轴的情况。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种测量转动惯量的实验装置，旨在解决实验过程中转轴转动角度不统一，导致实验结果偏差，载物盘的固定方式导致待测物体形状及大小受限、及待测物体与转轴不同轴等问题。
本实用新型采取以下技术方案实现上述目的：
一种测量转动惯量的实验装置，包括光电门机构、扭摆机构及显示机构；所述光电门机构包括第一支杆、与第一支杆底端固定连接的第一底座、与第一支杆杆体可滑动连接的光电门；所述扭摆机构包括第二支杆、与第二支杆底端固定连接的第二底座、与第二支杆顶端固定连接的弹簧支架、涡卷弹簧、载物盘、转轴；其中，所述转轴底端与弹簧支架通过轴承转动连接，转轴的顶端通过螺纹与载物盘可拆卸连接，涡卷弹簧的一端固定于弹簧支架上、另一端固定于转轴上；所述载物盘包括底座、四个连杆、四个弧形挡板、环形拉簧，所述四个弧形挡板通过四个连杆均匀地与底座铰接，所述连杆的一端通过第一铰接螺钉与底座底面连接、另一端通过第二铰接螺钉与弧形挡板连接；所述弧形挡板均设有安装环形拉簧的凹槽；所述环形拉簧的弹力带动弧形挡板向底座的方向收缩；所述底座的外环固设有与光电门配合的螺杆；所述转轴的底端面设有环形磁铁，弹簧支架上设有与环形磁铁相配合的磁编码器电路板；所述显示机构与光电门、磁编码器电路板电信号连接。
本技术方案中，首先，通过带有环形拉簧的挡板固定并夹紧待测物体，一方面，能够通过拉伸环形拉簧来装载不同形状及大小的待测物体，另一方面，通过拉伸环形拉簧、再同轴放置待测物体、最后通过环形拉簧的回弹力固定并夹紧待测物体，能够保证待测物体与转轴同轴；其次，采用能够读取转动角度的磁编码器电路板对转轴每次的转动角度进行精确测量，减小实验过程中的误差。
其进一步的技术方案为，第一底座、第二底座均设有呈三边形分布的调平螺钉。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过改进测量转动惯量的实验装置，采用带有环形拉簧的挡板固定并夹紧待测物体，一方面，能够通过拉伸环形拉簧来装载不同形状及大小的待测物体，另一方面，通过拉伸环形拉簧、再同轴放置待测物体、最后通过环形拉簧的回弹力固定并夹紧待测物体，能够保证待测物体与转轴同轴；其次，采用能够读取转动角度的磁编码器电路板对转轴每次的转动角度进行精确测量，减小实验过程中的误差。
附图说明
图1为：本实用新型所述一种测量转动惯量的实验装置的结构图。
图2为：本实用新型所述一种测量转动惯量的实验装置的载物盘打开结构图。
图3为：本实用新型所述一种测量转动惯量的实验装置的载物盘收缩结构图。
图中：1、光电门机构；2、扭摆机构；3、显示机构；10、光电门；11、第一支杆；12、第一底座；13、第一调平螺钉；20、载物盘；21、转轴；22、涡卷弹簧；23、弹簧支架；24、第二支杆；25、第二底座；26、第二调平螺钉；4、轴承；5、环形磁铁；6、编码器。
具体实施方式
如图1至图3所示，本实施方式提供一种测量转动惯量的实验装置，包括光电门机构1、扭摆机构2及显示机构3；
该光电门机构1包括第一支杆11、与第一支杆11底端固定连接的第一底座12、与第一支杆11杆体可滑动连接的光电门10；
该扭摆机构2包括第二支杆24、与第二支杆24底端固定连接的第二底座25、与第二支杆24顶端固定连接的弹簧支架23、涡卷弹簧22、载物盘20、转轴21；其中，转轴21底端与弹簧支架23通过轴承4转动连接，转轴21的顶端通过螺纹与载物盘20可拆卸连接，涡卷弹簧22的一端固定于弹簧支架23上、另一端固定于转轴21上；载物盘20包括底座201、四个连杆202、四个弧形挡板203、环形拉簧204，四个弧形挡板202通过四个连杆202均匀地与底座201铰接，连杆202的一端通过第一铰接螺钉与底座201底面连接、另一端通过第二铰接螺钉与弧形挡板203连接；所述弧形挡板203均设有安装环形拉簧204的凹槽；所述环形拉簧204的弹力带动弧形挡板203向底座201的方向收缩；所述底座201的外环固设有与光电门10配合的螺杆27；转轴21的底端面设有环形磁铁5，弹簧支架23上设有与环形磁铁5相配合的磁编码器电路板6；所述显示机构3与光电门10、磁编码器电路板6电信号连接。
具体的连接方式为，光电门10套设在第一支杆11外环、并通过锁紧螺钉进行固定；弹簧支架23为一侧开口的框架结构，转轴21底端竖直贯穿弹簧支架23的顶部框架、并深入底部框架内部，转轴21的底端通过轴承4与弹簧支架23的底部框架转动连接，弹簧支架23的底部框架设有固定连接轴承4外环的孔洞，轴承4内环与转轴21的外环固定连接；涡卷弹簧23位于内部的一端与转轴固连、外部的一端与弹簧支架23的侧部框架固连，涡卷弹簧的弹力能够带动转轴21往复转动；转轴21的底端固设环形磁铁5，弹簧支架23的底部框架内部固设与环形磁铁5配合的磁编码器电路板6；上述固设、固连的具体连接方式可以采用胶黏、焊接等方式实现；本实施方式中，磁编码器电路板6采用德国集成电路制造商iC-Haus公司生产的iC-MA3霍尔角度传感器芯片310，该芯片能够输出转角的Sin/Cos值，并在读数显示屏上示出，其检测精度为15角秒，因此，能够从现实机构3上读取每次转动的角度信息，确保多次转动的角度相同。
本实施方式中，通过带有环形拉簧204的弧形挡板203固定并夹紧待测物体，一方面，能够通过拉伸环形拉簧204来装载不同形状及大小的待测物体，另一方面，通过拉伸环形拉簧204、再同轴放置待测物体、最后通过环形拉簧204的回弹力固定并夹紧待测物体，能够保证待测物体与转轴21(或底座201)同轴；其次，采用能够读取转动角度的磁编码器电路板6对转轴21每次的转动角度进行精确测量，减小实验过程中的误差；扭摆法测量转动惯量的实验原理及过程为现有技术，在此不进行赘述。
另一实施方式，在上述实施方式基础上，第一底座12设有呈三边形分布的第一调平螺钉13，第二底座25均设有呈三边形分布的第二调平螺钉26，分别用于调节光电门机构1、扭摆机构2处于水平状态。
本实用新型公开了一种测量转动惯量的实验装置，通过改进实验装置，通过带有环形拉簧204的弧形挡板203固定并夹紧待测物体，一方面，能够通过拉伸环形拉簧204来装载不同形状及大小的待测物体，另一方面，通过拉伸环形拉簧204、再同轴放置待测物体、最后通过环形拉簧204的回弹力固定并夹紧待测物体，能够保证待测物体与转轴21(或底座201)同轴；其次，采用能够读取转动角度的磁编码器电路板6对转轴21每次的转动角度进行精确测量，减小实验过程中的误差。
Claims (2)
1.一种测量转动惯量的实验装置，其特征在于，包括光电门机构、扭摆机构及显示机构；所述光电门机构包括第一支杆、与第一支杆底端固定连接的第一底座、与第一支杆杆体可滑动连接的光电门；
所述扭摆机构包括第二支杆、与第二支杆底端固定连接的第二底座、与第二支杆顶端固定连接的弹簧支架、涡卷弹簧、载物盘、转轴；其中，所述转轴底端与弹簧支架通过轴承转动连接，转轴的顶端通过螺纹与载物盘可拆卸连接，涡卷弹簧的一端固定于弹簧支架上、另一端固定于转轴上；
所述载物盘包括底座、四个连杆、四个弧形挡板、环形拉簧，所述四个弧形挡板通过四个连杆均匀地与底座铰接，所述连杆的一端通过第一铰接螺钉与底座底面连接、另一端通过第二铰接螺钉与弧形挡板连接；所述弧形挡板均设有安装环形拉簧的凹槽；所述环形拉簧的弹力带动弧形挡板向底座的方向收缩；所述底座的外环固设有与光电门配合的螺杆；所述转轴的底端面设有环形磁铁，弹簧支架上设有与环形磁铁相配合的磁编码器电路板；
所述显示机构与光电门、磁编码器电路板电信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种测量转动惯量的实验装置，其特征在于，所述第一底座、第二底座均设有呈三边形分布的调平螺钉。
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| CN114593868B (zh) * | 2022-02-10 | 2023-09-19 | 上海机电工程研究所 | 自适应高精度转动惯量测量装置 |
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