CN214252339U - 一种非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，包括铝管，铝管上端设有磁铁放置口，铝管远离磁铁放置口的下端设有支撑架，铝管一侧贴附有PCB测试板，PCB测试板上设有多组测量单元。本实用新型的有益效果：将复杂的磁矩测量转变为一种由传感器来间接测量的简便方法，采用发光二极管来观测内部磁体的运动规律，并通过单片机和显示器实现下落磁体速度的实时显示和来测量最终速度，研究分析了不同内径时磁体的下落情况和最终速度，并对实验结果进行了仿真分析，适用于科普教学于实验研究。
Description
技术领域
本实用新型涉及教学实验技术领域，具体为一种非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置。
背景技术
磁铁在非铁磁金属管中下落规律不同于一般的物体，它开始时受重力作用，加速下落，很快就会受到一个跟重力相反力，使它的加速度变小，但仍然加速，最后会达到匀速运动，就像空中下落的雨滴和冰雹。
现有的测试装置中，包含五种测试方方案，且分别为：
方案1：在铝管上等间距打孔安装光电门，磁铁通过光电门时即可接收到信号，但在铝管上打孔会破坏其磁场分布；
方案2：在铝管顶部安装一个红外测距传感器，释放磁铁，当传感器的光线发射到磁铁上时会发生反射就会产生信号，但金属管对红外的屏蔽作用较强；
方案3：将方案2中的红外测距传感器换成激光测距传感器，但由于激光的发射和反射之间存在夹角，而磁体下落过程中会发生翻转，激光打偏测的就会是到管壁的距离；
方案4：在铝管内放一根光滑且薄壁的塑料管，管上等间距绕上漆包线，一起放入铜管内，将漆包线串联或并联用于检测磁铁通过时产生的信号，但该方案中磁铁在塑料管中下落时，磁铁和铝管产生方向相反的磁场，而两者产生的磁场均作用于线圈，会发生抵消作用，使得检测到的线圈上的电流极小或几乎没有；
方案5：在铝管外侧等间距安装干簧管，干簧管的特点是：无操作时，其内两片簧片不接触，磁铁靠近时，两片簧片相互吸引并闭合，利用干簧管这个磁控开关，来检测磁铁何时通过，但干簧管有物理反应时间，会影响测量结果的准确性。
以上方案均存在一定的问题，导致测试数据不稳定，影响教学质量。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，包括铝管，所述铝管上端设有磁铁放置口，所述铝管远离所述磁铁放置口的下端设有支撑架，所述铝管一侧贴附有PCB测试板，所述PCB测试板上设有多组测量单元。
优选的，所述磁铁放置口为透明塑胶材质。
优选的，所述支撑架为三角形支撑架，且所述支撑架与所述铝管连接处设有相固定连接的固定环。
优选的，所述支撑架下端设置的三根支撑脚均为不锈钢材质。
优选的，多组所述测量单元由霍尔元件与发光二极管组成。
优选的，所述霍尔元件与所述发光二极管相并联，并与直流电源、分压电阻串联成回路。
优选的，所述分压电阻两端通过导线接入STM最小系统，连接HMI屏幕用于显示测量数据。
有益效果
本实用新型所提供的非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，将复杂的磁矩测量转变为一种由传感器来间接测量的简便方法，采用发光二极管来观测内部磁体的运动规律，并通过单片机和显示器实现下落磁体速度的实时显示和来测量最终速度，研究分析了不同内径时磁体的下落情况和最终速度，并对实验结果进行了仿真分析，适用于科普教学于实验研究。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的测量单元结构示意图；
图3为本实用新型的系统结构框架示意图。
附图标记
1-铝管，2-磁铁放置口，3-PCB测试板，4-测量单元，5-固定环，6-支撑架，7-霍尔元件，8-发光二极管。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
实施例
如图1-3所示，一种非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，包括铝管1，铝管1上端设有磁铁放置口2，铝管1远离磁铁放置口2的下端设有支撑架6，铝管1一侧贴附有PCB测试板3，PCB测试板3上设有多组测量单元4。
优选的，磁铁放置口2为透明塑胶材质。
优选的，支撑架6为三角形支撑架，且支撑架6与铝管1连接处设有相固定连接的固定环5。
优选的，支撑架6下端设置的三根支撑脚均为不锈钢材质。
优选的，多组测量单元4由霍尔元件7与发光二极管8组成。
优选的，霍尔元件7与发光二极管8相并联，并与直流电源、分压电阻串联成回路。
优选的，分压电阻两端通过导线接入STM32最小系统，连接HMI屏幕用于显示测量数据。
霍尔元件是一种半导体磁电器件，它是利用霍尔效应来进行工作的。在工作时，输出一个低电平信号，在有磁体通过时，输出一个高电平信号。通过该信号的判断，即可检测到下落磁体的具体位置；
磁体在金属管中下落，金属管切割磁体的磁感线产生感应电动势，从而产生感应电流，感应电流产生的二次磁场阻碍金属管中磁场的变化，即阻碍磁体下落，磁体在管中缓慢下落。随着磁体下落速度的加快，感应电流增大，产生的阻碍磁体下落的安培力也增大，当此力大到和重力平衡时，磁体将以一终结速度做匀速直线运动；
矩形截面磁铁的截面长为a，高为b，质量为m，外边非铁磁金属板板厚度为d(若两侧的厚度不同，磁体下落将不会是平动)，电导率为σ。设磁体磁极处形成的磁感应强度为B，磁体下落相对于长度为a的导体在磁场B这中下落，速度为v，则该导体上产生的电动势为Bav，根据涡电流的分布情况看，磁场区域外部的导体电阻可以忽略，所以涡电流流动区域的电阻R以磁场区域内为主，且：
于是电流为：
若磁体一端所受安培力为F，则磁体两端合力为：
F＝2BaI＝2B2σabdv
合力方向向上，取向下为正方向，根据牛顿第二定律有下落磁体的动力学方程为：
铝管上从起点到尾部安装细的PCB板，其上焊接一组霍尔元件与发光二极管，记为一组测量单元，测量单元之间相互并联再与直流电源、分压电阻串联成回路，分压电阻两端通过导线接入STM32最小系统，连接HMI屏幕用于显示测量数据。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型性的保护范围之内的实用新型内容。
Claims (7)
1.一种非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，包括铝管（1），其特征在于：所述铝管（1）上端设有磁铁放置口（2），所述铝管（1）远离所述磁铁放置口（2）的下端设有支撑架（6），所述铝管（1）一侧贴附有PCB测试板（3），所述PCB测试板（3）上设有多组测量单元（4）。
2.根据权利要求1所述的非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，其特征在于：所述磁铁放置口（2）为透明塑胶材质。
3.根据权利要求1所述的非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，其特征在于：所述支撑架（6）为三角形支撑架，且所述支撑架（6）与所述铝管（1）连接处设有相固定连接的固定环（5）。
4.根据权利要求3所述的非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，其特征在于：所述支撑架（6）下端设置的三根支撑脚均为不锈钢材质。
5.根据权利要求1所述的非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，其特征在于：多组所述测量单元（4）由霍尔元件（7）与发光二极管（8）组成。
6.根据权利要求5所述的非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，其特征在于：所述霍尔元件（7）与所述发光二极管（8）相并联，并与直流电源、分压电阻串联成回路。
7.根据权利要求6所述的非铁磁金属管电导率和磁场的测量装置，其特征在于：所述分压电阻两端通过导线接入STM32最小系统，连接HMI屏幕用于显示测量数据。
Priority Applications (1)
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2020
- 2020-12-29 CN CN202023241714.1U patent/CN214252339U/zh not_active Expired - Fee Related
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