基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置。滑塊小車設有與繞線式電阻尺電連接的彈片，并構成繞線式電阻尺輸出的動端，繞線式電阻尺位于滑軌的起點和終點設有繞線式電阻尺的定端，該動端和定端之間的電壓輸出通過所述AD模數轉換模塊輸出至所述控制電路；所述滑塊設有磁鐵組件，所述霍爾傳感器模塊沿滑軌長度方向間隔設置，并能夠沿所述滑軌長度方向調整位置，該霍爾傳感器模塊通過測量磁場變化分別判斷滑塊小車是否通過滑軌的相應位置。本實用新型專利技術提供了一種基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置，解決目前打點計時器無法實時測量運動物體的平均速度、瞬時速度的問題，并可適用于中學物理教學中的多項力學實驗需求。

【技術實現步驟摘要】
基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置
本技術涉及教學實驗儀器領域，特別是涉及一種基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置。
技術介紹
目前中學在運動學力學測量運動物體的速度、加速度和距離的實驗中，主要包括斜面小車、氣墊滑軌和打點計時器等相關實驗。用于實現這些力學實驗的教學實驗儀器，或多或少都存在一些不足，其中：斜面小車實驗中，采用秒表測時間，造成誤差過大。氣墊滑軌實驗，容易造成小孔堵塞、光電門歪斜等故障。打點計時器實驗中,難免會經常出現打點計時器打點針不能正常工作的故障、打點不清、雙點、拖尾巴等問題，導致只能用50Hz的單頻率打點，難于完成慢速的實驗；此外，小車在向裝有滑輪一側運動時，容易跑偏、撞擊滑輪而翻車或跨過滑輪被栓掛的鉤碼容易脫落滾失；實驗重復性差，誤差大等缺點。斜面傾角較小時出現打點密集造成測量誤差大甚至實驗失敗等現象，因此現行的打點計時器的測量方法在某些教材中用自由落體實驗替代斜面小車的實驗。其他動態測距方式常用的有超聲波測距、紅外測距、激光測距等方案。其中，經過脈寬、模擬電壓、串行、I^2C等多種方式的超聲波測距實驗，基本上出現的問題就是誤差大、線性不良或在某一個區域出現讀數錯誤、空氣擾動及動態重復性差等現象；紅外測距也出現線性不良及某一區域重復性不良及誤差大等現象；激光測距目前雖然說明書上標稱能夠達到1mm的精度，但價格昂貴，取樣時間達500ms等問題；還有光柵、容柵、磁柵等測距傳感器同樣也能夠達到測距目的，但這些傳感器與中學生認知較遠。故這些動態測距方式都較難直接應用于力學實驗的實施中。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有技術之不足，提供了一種基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置，解決目前打點計時器無法實時測量運動物體的平均速度、瞬時速度的問題，用打點圖取代紙帶打點、用屏幕刻度尺取代實物刻度尺，與霍爾傳感器結合可完成S-V圖實驗；同時集成斜面小車、力學軌道小車及氣墊導軌實驗的功能并可完成自由落體實驗。本技術解決其技術問題所采用的技術方案是：基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置，包括滑軌、滑塊小車、繞線式電阻尺、AD模數轉換模塊、控制電路和多個霍爾傳感器模塊；所述滑塊小車與所述滑軌滑動配合，所述滑軌設有傾角調節構件，該傾角調節構件用于調整滑軌的傾斜角度；所述繞線式電阻尺沿所述滑軌長度方向設置；所述滑塊小車設有與繞線式電阻尺電連接的彈片，并構成繞線式電阻尺模擬電壓輸出的動端，繞線電阻尺位于滑軌的起點和終點設有繞線式電阻尺的定端，該動端和定端之間的電壓輸出通過所述AD模數轉換模塊輸出至所述控制電路；所述滑塊設有磁鐵組件，所述二個霍爾傳感器沿滑軌長度方向間隔設置，并能夠沿所述滑軌長度方向調整位置，該二個霍爾傳感器通過測量磁場變化分別判斷滑塊小車是否通過滑軌的相應位置。作為一種優選，所述滑軌包括二個平行設置的光軸直線導軌，所述滑塊小車設有與該二個光軸直線導軌相嵌入配合的軸承滑塊結構。作為一種優選，所述滑塊小車的彈片通過一宮形環彈簧觸片與繞線式電阻尺電連接。作為一種優選，所述磁鐵組件為設置于滑塊小車側面的雙磁珠。作為一種優選，所述滑軌的起點一側設有電磁鐵，位于滑軌起點處的滑塊小車可通過該電磁鐵吸合固定，并通過所述控制電路控制控制該電磁鐵的導通或斷開。作為一種優選，還包括傾角傳感器，該傾角傳感器測量當前滑軌的傾斜角度。作為一種優選，還包括緩沖彈簧，該緩沖彈簧設置于滑軌的終點一側。作為一種優選，所述滑軌的一端還設有定滑輪。本技術的有益效果是：1、滑動變阻器應用的創新：使用繞線電阻制作繞線式電阻尺，巧妙地將電學實驗的電壓測量轉換為力學實驗的長度測量。2、滑動變阻器動端觸點的創新：用宮型環彈簧替代滑動變阻器的彈簧壓片，減小滑動摩擦力并不會產生跳點。3、運動機械結構的創新：將兩軸承滑塊用連接板連接，組成滑塊小車來替代斜面小車，避免物體運動時跑偏翻車等現象，并且滑塊小車可雙向運動及自由落體。4、多頻動態測量的創新：繞線式電阻尺與計算機或單片機編程軟件結合可以動態實現多頻率下的S-T圖及V-T圖。5、定距測量的創新：霍爾傳感器模塊與雙磁珠實現瞬時速度的測量，由N個霍爾傳感器模塊組成的測試點，結合繞線式電阻尺可實現定距測速，可實現電火花打點計時器無法形成的S-V圖。6、自由落體應用的創新：滑塊小車嵌入在滑軌3中并與定滑輪支架及底座支架組成T型機構，可進行自由落體實驗。7、反應度訓練的創新：本裝置可完成初中物理的斜面小車實驗并訓練學生的反應度實驗；可完成高中物理打點計時器實驗、氣墊導軌測瞬時速度實驗；可驗證牛頓第二定律實驗及能量守恒定律。以下結合附圖及實施例對本技術作進一步詳細說明；但本技術的基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置不局限于實施例。附圖說明圖1是本技術的電路控制模塊拓撲圖；圖2是本技術的滑塊小車的結構示意圖；圖3是本技術的整體結構示意圖。具體實施方式以下通過本技術的基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置的電氣結構和機械結構兩部分。1、電氣結構：參見圖1所示，本實驗裝置的電氣結構(控制電路4)設有AD模數轉換模塊、傾角傳感器、按鈕8、電源模塊、電磁鐵模塊7、霍爾傳感器組6、繞線式電阻尺1插線、計算機或單片機通訊接口。計算機或單片機通訊接口與AD模數轉換模塊連接，與AD模數轉換模塊與繞線式電阻尺1插線連接；計算機或單片機通訊接口與傾角傳感器連接，傾角傳感器模擬電壓輸出端口與AD模數轉換模塊模擬電壓輸入端口連接；計算機或單片機通訊接口與霍爾傳感器組連接，霍爾傳感器組由N>1的霍爾傳感器模塊6組成，雙磁珠經過霍爾傳感器芯片時產生兩個雙脈沖電平；計算機或單片機通訊接口與反應按鈕8連接；計算機或單片機通訊接口與電磁鐵模塊7連接，電磁鐵模塊7設有電磁鐵驅動電路，電磁鐵驅動電路與電磁鐵連接；電路控制模塊板還設有220V交流電電源模塊，電源模塊輸出一路穩定的5V電壓為電路控制4模塊的傳感器組供電，并輸出一路5V或12V的電壓為電磁鐵供電，避免電磁鐵工作時電流過大影響電路控制4模塊板上的傳感器工作。繞線式電阻尺1把機械位移轉換成模擬電壓的電氣信號，并且該信號與機械位移成正比；繞線電阻尺1的動端上的模擬電壓輸入至AD模數轉換模塊的輸入端，通過AD模數轉換模塊轉換為數字信號輸出至控制電路4的計算機或單片機通訊接口。繞線電阻尺1固定在底座5上。繞線電阻尺1的定端，將直徑0.1-1mm的帶絕緣的金屬絲纏繞在直徑為5mm-20mm，長度大于400mm的絕緣棒上，金屬絲兩端刮掉絕緣皮用固定夾固定在接線柱上，一端連接5V電源端，一端連接地端；在絕緣的金屬絲表面上用工具清出一條寬1-2mm的導電帶，作為動端(電刷)的接觸點；繞線電阻尺1的精度由金屬絲的直徑決定。繞線電阻尺1動端(電刷)的制作：選用彈性良好的宮型環彈簧作為繞線電阻尺1動端的觸片。繞線電阻尺1的導電帶11與宮型環彈簧23彈性接觸，宮型環彈簧23另一端連接彈片22，彈片22固定在滑塊小車2上，滑塊小車2與滑軌3連接，滑軌3與控制電路4的AD模數轉換模塊模擬電壓輸入端連接。AD模數轉換模塊是將模擬量轉換為數字量的電路。計算機或單片機通訊接口與控制電路4連接，控制電路4與AD模數轉換模塊通訊，AD模數轉換模塊模擬電壓的輸入口與繞線電阻本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置，其特征在于：包括滑軌、滑塊小車、繞線式電阻尺、AD模數轉換模塊、控制電路和多個霍爾傳感器模塊；所述滑塊小車與所述滑軌滑動配合，所述滑軌設有傾角調節構件，該傾角調節構件用于調整滑軌的傾斜角度；所述繞線式電阻尺沿所述滑軌長度方向設置；所述滑塊小車設有與繞線式電阻尺電連接的彈片，并構成繞線式電阻尺的動端，繞線電阻尺的定端設置于位于滑軌的起點和終點，該動端和定端之間的電壓輸出通過所述AD模數轉換模塊輸出至所述控制電路；所述滑塊設有磁鐵組件，所述多個霍爾傳感器模塊沿滑軌長度方向間隔設置，并能夠沿所述滑軌長度方向調整位置，該多個霍爾傳感器模塊通過測量磁場變化分別判斷滑塊小車是否通過滑軌的相應位置。

【技術特征摘要】
1.基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置，其特征在于：包括滑軌、滑塊小車、繞線式電阻尺、AD模數轉換模塊、控制電路和多個霍爾傳感器模塊；所述滑塊小車與所述滑軌滑動配合，所述滑軌設有傾角調節構件，該傾角調節構件用于調整滑軌的傾斜角度；所述繞線式電阻尺沿所述滑軌長度方向設置；所述滑塊小車設有與繞線式電阻尺電連接的彈片，并構成繞線式電阻尺的動端，繞線電阻尺的定端設置于位于滑軌的起點和終點，該動端和定端之間的電壓輸出通過所述AD模數轉換模塊輸出至所述控制電路；所述滑塊設有磁鐵組件，所述多個霍爾傳感器模塊沿滑軌長度方向間隔設置，并能夠沿所述滑軌長度方向調整位置，該多個霍爾傳感器模塊通過測量磁場變化分別判斷滑塊小車是否通過滑軌的相應位置。2.根據權利要求1所述的基于數字電阻尺的多功能力學實驗裝置，其特征在于：所述滑軌包括二個平行設置的光軸直線導軌和導軌支架，所述滑塊小車設有與該二個光軸直線導軌相嵌入配合的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉千方，
申請(專利權)人：劉千方，
類型：新型
國別省市：福建,35