CN201017506Y - 三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，它包括实验主机及与实验主机电连接的测试架，测试架包括底板，底板的一侧安装有两个互相平行的绕有亥姆霍兹线圈的支架，底板的另一侧安装有与亥姆霍兹线圈平行的Y向导轨，Y向导轨上跨接X向导轨，X向导轨上装有带有Z向导轨的左右滑块，Z向导轨上设有上下滑块，上下滑块上连接有沿亥姆霍兹线圈的轴线方向放置的金属管，金属管靠近亥姆霍兹线圈的一头安装有霍尔元件。本实用新型通过移动X向导轨、左右滑块、上下滑块改变霍尔元件在三维空间中的位置，从而可测量亥姆霍兹线圈三维空间的磁感应强度，确保获得全面的亥姆霍兹线圈的磁场分布规律。

Description

三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪

技术领域

本实用新型属于物理教学实验器材，尤其涉及一种三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪。

背景技术

亥姆霍兹线圈一般用于产生均匀磁场。在离线圈中心的某个空间内，具有较高的磁场均匀度。但传统的亥姆霍兹线圈磁场实验仪只设有二维的移动测量机构，所以只能用于亥姆霍兹线圈的某个平面内的磁场测量，无法在某个空间内全面地研究亥姆霍兹线圈的磁场分布规律，实验具有局限性。

发明内容

本实用新型主要解决原有亥姆霍兹线圈磁场实验仪只能用于亥姆霍兹线圈的二维磁场测量、无法全面地研究亥姆霍兹线圈的磁场分布规律的技术问题；提供一种能进行亥姆霍兹线圈的三维磁场测量、能全面地研究亥姆霍兹线圈的磁场分布规律的三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括实验主机及测试架，所述的测试架包括底板及设于底板上的两个互相平行的绕有亥姆霍兹线圈的支架、带有霍尔元件的二维移动装置，所述的二维移动装置上设有Z向导轨，Z向导轨上设有上下滑块，所述的霍尔元件设于上下滑块上。实验时，亥姆霍兹线圈、霍尔元件与实验主机电连接。上下滑块可沿着Z向导轨滑动，从而改变霍尔元件的垂直位置，而二维移动装置可以左右、前后移动，从而改变霍尔元件在同一平面里的位置。二维移动装置和Z向导轨构成三维移动装置，这样霍尔元件可在三维空间获得不同的位置，测出相应的磁感应强度，实现亥姆霍兹线圈三维空间的磁感应强度测量，获得全面的亥姆霍兹线圈的磁场分布规律。

作为优选，所述的两个支架位于底板的一侧，所述的二维移动装置位于底板的另一侧，所述的上下滑块上连接有沿亥姆霍兹线圈的轴线方向放置的金属管，所述的霍尔元件设于金属管靠近亥姆霍兹线圈的一头。使霍尔元件既可位于两线圈之间，也可位于两线圈之外，便于测量亥姆霍兹线圈轴线上各点的磁感应强度，进一步确保获得全面的磁场分布规律。

作为优选，所述的金属管、Z向导轨穿设于上下滑块中，上下滑块上通过螺纹连接有两个螺钉，两个螺钉的尾端分别顶住金属管的侧面、导轨的侧面。便于调节滑块的垂直位置以及金属管的水平位置，同时确保调节到所需位置后各部件牢固连接。

作为优选，与霍尔元件相连的导线从所述的金属管中穿出。与霍尔元件相连的导线的另一头要与实验主机连接，金属管起屏蔽作用，确保霍尔元件测得的磁感应强度不受干扰。

作为优选，所述的二维移动装置包括安装于底板上的一至三根与亥姆霍兹线圈平行的Y向导轨及设于Y向导轨上的X向导轨，X向导轨上设有左右滑块，所述的Z向导轨连接于左右滑块上。X向导轨可沿Y向导轨移动，左右滑块可沿X向导轨移动，移动X向导轨、左右滑块，就能使霍尔元件在同一平面内获得不同的位置。

作为优选，所述的X向导轨的左右两头通过螺纹连接有螺钉，两侧的Y向导轨中间设有卡槽，所述的螺钉尾部与卡槽卡接。拧松螺钉，移动X向导轨，确定霍尔元件的Y向位置，再拧紧螺钉。调节比较方便，位置确定后又不易偏移。

作为优选，所述的X向导轨的前后侧、上平面均设有凹槽；所述的左右滑块的截面呈倒置的“凹”形，其左右两个内侧面上沿水平方向分别设有两个滑轮，这四个滑轮分别顶住X向导轨的前后侧的凹槽的上平面；左右滑块的顶面也设有一个滑轮，该滑轮压在X向导轨的上平面的凹槽上。五个滑轮在X向导轨的前后侧、上平面的凹槽上滚动，带动左右滑块沿X向导轨移动，减少左右滑块移动时所受的摩擦力，使移动更顺利。

作为优选，所述的X向导轨、Y向导轨、Z向导轨上分别设有位置指示标尺。无需另外再使用尺子，就能快速从三个位置指示标尺上获得霍尔元件的三维空间坐标。

作为优选，所述的两个支架之间的底板上设有滑槽，其中的一个支架通过螺钉安装于滑槽上。拧松螺钉，沿滑槽移动支架，再拧紧。便于改变两个亥姆霍兹线圈的间距，从而测量两个通电圆线圈不同间距时的线圈轴线上各点的磁感应强度。

本实用新型的有益效果是：通过在Y向导轨上移动X向导轨、在X向导轨上移动左右滑块、在Z向导轨上移动上下滑块，可改变霍尔元件在三维空间中的位置，从而可测量亥姆霍兹线圈三维空间的磁感应强度；移动其中一个绕有亥姆霍兹线圈的支架，改变两线圈的间距，可测量两个通电圆线圈不同间距时的线圈轴线上各点的磁感应强度。确保获得全面的亥姆霍兹线圈的磁场分布规律，实验种类多样。

附图说明

图1是本实用新型中测试架的一种立体结构示意图。

图2是本实用新型中X向导轨和左右滑块的连接关系示意图。

图3是本实用新型中实验主机的前面板示意图。

图中1.底板，2.亥姆霍兹线圈，3.支架，4.霍尔元件，5.Z向导轨，6.上下滑块，7.金属管，8-1.螺钉，8-2.螺钉，9.导线，10.滑槽，11.Y向导轨，12.X向导轨，13.左右滑块，14.卡槽，15.凹槽，16.滑轮，20.30.40.三位半数显表，21.励磁电流输出端，22.32.电流调节旋钮，23.33.43.换向开关，31.霍尔工作电流输出端，41.霍尔电压输入端，42.调零旋钮。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，包括实验主机及与实验主机电连接的测试架。如图1、图2所示，测试架包括底板1，底板1的一侧安装有两个互相平行的绕有亥姆霍兹线圈2的支架3，底板的另一侧安装有三维移动装置。三维移动装置包括三根Y向导轨11、一根X向导轨12、一根Z向导轨5。Y向导轨11与亥姆霍兹线圈2平行。X向导轨跨接在Y向导轨上，X向导轨12的两头通过螺纹连接有螺钉8-2，左右两根Y向导轨11中间开有卡槽14，螺钉8-2尾部与卡槽14卡接。X向导轨12上设有左右滑块13，X向导轨12的前后侧、上平面均有凹槽15，左右滑块13的截面呈倒置的“凹”形，其左右两个内侧面上沿水平方向分别安装有两个滑轮16，这四个滑轮分别顶住X向导轨12的前后侧的凹槽的上平面；左右滑块13的顶面也安装有一个滑轮16，该滑轮压在X向导轨12的上平面的凹槽15上。左右滑块13上安装有Z向导轨5，Z向导轨5上穿有上下滑块6，上下滑块6上还穿有沿亥姆霍兹线圈2的轴线方向放置的金属管7，上下滑块6上通过螺纹连接有两个螺钉8-1，两个螺钉8-1的尾端分别顶住金属管7的侧面、Z向导轨5的侧面，金属管7的靠近亥姆霍兹线圈的一头安装有霍尔元件4，与霍尔元件4相连的导线9从金属管7中穿出。X向导轨12、Y向导轨11、Z向导轨5上分别标示了位置指示标尺。两个绕有亥姆霍兹线圈2的支架3之间的底板1上开有滑槽10，位于底板内侧的支架3通过螺钉安装于滑槽10上。

实验主机是个箱式装置，前面板分为三部分，如图3所示：

1、励磁电流输出：前面板右侧，三位半数显表20显示输出电流值，励磁电流输出端21接到测试架的亥姆霍兹线圈2，提供实验用的励磁电流，电流调节旋钮22调节输出电流值。

2、霍尔元件工作电流输出：前面板左侧，三位半数显表30显示输出电流值，霍尔工作电流输出端31接霍尔元件4，用于提供霍尔元件的工作电流，电流调节旋钮32调节输出电流值。

3、霍尔元件电压输入：前面板中部，三位半数显表40显示输入电压值，霍尔电压输入端41接霍尔元件4，用于测量霍尔元件的霍尔电压，调零旋钮42用于调节三位半数显表40的零位，使测量更精确。

与上述三部份对应的三档换向开关23、33、43分别对励磁电流、霍尔元件工作电流、霍尔元件电压进行正反向换向控制。

在Y向导轨上移动X向导轨，改变霍尔元件的Y向位置；在X向导轨上移动左右滑块，改变霍尔元件的X向位置；在Z向导轨上移动上下滑块，改变霍尔元件的Z向位置。另外，上下滑块中移动金属管，也可改变霍尔元件的X向位置，用于确保两线圈不同间距时，霍尔元件的零位始终处于两线圈中间。从而可方便地设定霍尔元件的三维位置，并得到相应的磁感应强度。由此实现亥姆霍兹线圈的三维磁场测量，便于全面地研究亥姆霍兹线圈的磁场分布规律。

使用本实用新型，可进行下列实验：测量单个通电圆线圈中磁感应强度、测量亥姆霍兹线圈轴线上各点的磁感应强度、测量亥姆霍兹线圈不同间距时线圈轴线上各点的磁感应强度、测量亥姆霍兹线圈轴线外各点的磁感应强度。

Claims (9)

1.一种三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，包括实验主机及与实验主机电连接的测试架，所述的测试架包括底板(1)及设于底板(1)上的两个互相平行的绕有亥姆霍兹线圈(2)的支架(3)、带有霍尔元件(4)的二维移动装置，其特征在于所述的二维移动装置上设有Z向导轨(5)，Z向导轨(5)上设有上下滑块(6)，所述的霍尔元件(4)设于上下滑块(6)上。

2.根据权利要求1所述的三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，其特征在于所述的两个支架(3)位于底板(1)的一侧，所述的二维移动装置位于底板(1)的另一侧，所述的上下滑块(6)上连接有沿亥姆霍兹线圈(2)的轴线方向放置的金属管(7)，所述的霍尔元件(4)设于金属管(7)靠近亥姆霍兹线圈(2)的一头。

3.根据权利要求2所述的三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，其特征在于所述的金属管(7)、Z向导轨(5)穿设于上下滑块(6)中，上下滑块(6)上通过螺纹连接有两个螺钉(8-1)，两个螺钉(8-1)的尾端分别顶住金属管(7)的侧面、Z向导轨(5)的侧面。

4.根据权利要求2所述的三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，其特征在于与所述的霍尔元件(4)相连的导线(9)从所述的金属管(7)中穿出。

5.根据权利要求1或2所述的三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，其特征在于所述的二维移动装置包括安装于底板(1)上的一至三根与亥姆霍兹线圈(2)平行的Y向导轨(11)及设于Y向导轨(11)上的X向导轨(12)，X向导轨(12)上设有左右滑块(13)，所述的Z向导轨(5)连接于左右滑块(13)上。

6.根据权利要求5所述的三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，其特征在于所述的X向导轨(12)的两头通过螺纹连接有螺钉(8-2)，两侧的Y向导轨(11)中间设有卡槽(14)，所述的螺钉(8-2)尾部与卡槽(14)卡接。

7.根据权利要求5所述的三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，其特征在于所述的X向导轨(12)的前后侧、上平面均设有凹槽(15)；所述的左右滑块(13)的截面呈倒置的“凹”形，其左右两个内侧面上沿水平方向分别设有两个滑轮(16)，这四个滑轮分别顶住X向导轨(12)的前后侧的凹槽的上平面；左右滑块(13)的顶面也设有一个滑轮(16)，该滑轮压在X向导轨(12)的上平面的凹槽(15)上。

8.根据权利要求1或2所述的三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，其特征在于所述的X向导轨(12)、Y向导轨(11)、Z向导轨(5)上分别设有位置指示标尺。

9.根据权利要求1或2所述的三维亥姆霍兹线圈磁场实验仪，其特征在于所述的两个支架(3)之间的底板(1)上设有滑槽(10)，其中的一个支架(3)通过螺钉安装于滑槽(10)上。

Images