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文檔簡介
1、長度量的電測法(電感式位移測量)電磁學(xué)設(shè)計性實驗論文姓名:韓傲學(xué)號:2011012698專業(yè):物理學(xué)(師范)學(xué)院:物理學(xué)院長度量的電測法(電感式位移測量)物理學(xué)院 2011級 1班 韓傲 2011012698摘要:將麥克斯韋電橋的電感部分做成螺線管中插有磁棒的形式,通過抽動磁棒,改變電橋的平衡狀態(tài),再通過調(diào)節(jié)恢復(fù)平衡狀態(tài),求出此過程的電感該變量,從而求出磁棒的位移變化量。關(guān)鍵詞:麥克斯韋電橋、螺線管、磁棒、電橋平衡一、 實驗設(shè)計背景長度測量一般是采用機械方式得到的,如利用米尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測微儀、各種讀量顯微鏡和工具顯微鏡等,測量方法簡單而又直觀性強,但測量的精度是有限的。隨著長度的標(biāo)準(zhǔn)逐漸
2、由實物基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到非實物基準(zhǔn),在測量方法上,也同時產(chǎn)生了很多長度的電測法和長度的光測法,使得長度測量的精度有了很大的提高。長度電測法就是把長度的變化轉(zhuǎn)化成各種電學(xué)量來進行測量。根據(jù)變化的不同可分為各種不同的形式,如電阻式、電容式、電感式、感應(yīng)同步式、霍爾元件式、廣電位式和磁柵式等,各種不同形式的電測法,都有其各自的特性和一定的精度范圍。本實驗著重分析一下電感式位移測量的情況。其原理在工業(yè)控制、自動化系統(tǒng)及檢測方面都可以得到廣泛的應(yīng)用,并顯示其獨特的優(yōu)越性。二、實驗名稱長度量的電測法(電感式位移測量)三、實驗?zāi)康?.了解如何運用電測方法來得到微小的長度變化量2.學(xué)習(xí)麥克斯韋電橋,并且掌握調(diào)節(jié)其平衡
3、的方法。3.探究電容的線圈電感的變化L與鐵棒移動的位移l的關(guān)系。 4.擴大對交流電橋在實際應(yīng)用中的了解。四、實驗原理1麥克斯韋電橋GSR2R4R3C3RxLx電路圖:如果z1=Rx+jwlx z2=R2 z4=R4 (即R2和R4為純電阻)Z3=R3/ 就組成了麥克斯韋電橋根據(jù)電橋平衡的條件:Rx+jwLx=化簡得:Lx=R2R4C3 Rx= Q=R3wC33.螺線管圖中M為螺線管長線圈,線圈中插了一根磁棒,當(dāng)磁棒在螺線管中移動時,即引起線圈本身磁感量的變化 可得到:=0n02(r-1)scl其中0為真空磁導(dǎo)率,n0為單位長度的線圈匝數(shù),r為相對磁導(dǎo)率,sc為磁棒的截面積,l為長度的位移變化。
4、實驗中l(wèi)的測量值可通過交流電橋具體測出,由于式中的0、n0、r、sc各量都是常數(shù),所以電感和位移的變化在一定范圍內(nèi)是線性變化,這樣就有L=kml 其中km=0n02(r-1)sc本實驗中所用的電橋為麥克斯韋電橋。4.所用螺線管的規(guī)格5.實驗實物連接圖五、實驗儀器電阻箱、電容箱、低頻信號發(fā)生器、交流電表、導(dǎo)線及開關(guān)、螺線管、磁棒六、實驗內(nèi)容GSR2R4R3C3RxLx1.按照如圖所示的電路圖連接好電路,調(diào)節(jié)信號發(fā)生器使其輸出頻率為1KHZ,輸出電壓為10V。2將磁棒完全插入線圈中(或磁棒不插入線圈中),反復(fù)多次調(diào)節(jié)電阻箱R1、R3、R2、R4、C3,直至交流電橋平衡(在電表的最低檔位,指針不能再
5、靠近零刻度為止)。3微微變動磁棒在螺線管中的位置(插入或拉出),這時電橋脫離平衡狀態(tài),即可看到交流電表的指針有一個較大的變化。4再次反復(fù)調(diào)節(jié)電阻箱R1、R3、R2、R4、C3,記錄下這時的電阻箱的阻值和電容箱的電容值。5.重復(fù)上述調(diào)節(jié)測量過程,測出若干組電阻箱,電容箱的物理量數(shù)值,并記錄下來。七、實驗數(shù)據(jù)處理1.位置和電感線性關(guān)系的討論數(shù)據(jù)記錄磁棒的直徑:1.8225cm 1.6125cm 1.7225cm平均值:1.7192cm0=410(-7)N/A2 n0=11匝/mm Sc=(d/2)2位置(m)R3()C3(F)*10(-6)R2()R4()L(H)*10(-6)0.0153251.
6、30.8166100.2403.0132975.616190.0232100.8168100.4403.0133049.528230.02532020.816101403.0333216.120480.0322951.90.818101.03406.133561.135490.0352810.90.8179101.02409.233809.846370.0372785.10.819101.0441134010.973360.03827400.818101.0441334134.747360.03927000.8171101.0441534262.310360.0426400.8173101.0
7、4416.734411.082670.0412567.10.8171101.04419.434625.573410.04225270.817101.0442134753.415280.04324900.817101.04422.234852.47490.0442427.90.8162101.0442535049.26040.04523700.816101.04427.435238.548740.0462318.20.8157101.04429.735415.155540.0472280.20.8155101.04431.435546.548970.0482230.10.8155101.0443
8、3.635727.824830.04921940.8154101.04435.335863.503360.0521180.8148101.0443936141.725090.05120870.814101.0444136270.732960.05220500.8138101.04443.136434.496570.05320100.8135101.04445.436610.116220.05419700.8132101.0444836810.246140.0551924.60.8128101.0445137038.515710.0561878.70.812101.0445737494.3273
9、60.0571835.70.8117101.0445737480.474780.0581799.40.8106101.0446037675.391040.05917600.81101.0446337893.03120.0617100.8096101.0446037628.912640.0651522.60.8071101.02483.139388.709210.071365.60.8055101.0250040685.8050.0751237.50.8032101.02517.241965.227340.081131.50.802101.02534.143271.735160.0851038.
10、50.7986101.0255544774.387460.09953.50.7959101.0257646311.447171.磁棒在螺線管中位置和電感線性性分析:所以在0.035m到 0.058m之間線性好2.微小量的計算在線性好的區(qū)間內(nèi)進行三次微小的移動,求出兩次微小的移動量。組數(shù)R2()R3()R4()C3(F)L(H)第一組101.021900.64450.81330.036561第二組101.0216694630.80870.037824第三組101.021640.84650.8080.037955 km=0n02(r-1)sc=0.1872L1=0.001263H l1=0.000236m=0.2mmL2=0.000132H l2=0.69mm八、實驗結(jié)論1.螺線管內(nèi)磁棒的位置和對應(yīng)的電感量成線性關(guān)系
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