磁致伸縮與霍爾效應綜合實驗儀的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種測量、教學演示儀器，尤其是一種磁致伸縮與霍爾效應綜合 實驗儀。
【背景技術】
[0002] 磁致伸縮材料是重要的能量和信息功能材料，對磁致伸縮材料進行研宄，最基礎 也是最關鍵的工作就是對靜態磁致伸縮材料性能的測量。然而，目前磁致伸縮測試儀器普 遍存在體積較大，價格高等缺點，很難帶入本科生課堂進行測量和演示教學。而在高校物理 課堂教學中，磁致伸縮效應又是電磁學中重要的知識，在這方面的測量、教學演示儀器始終 處于空缺狀態。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型所解決的技術問題是，克服上述現有技術中存在的不足，提供一種磁 致伸縮與霍爾效應綜合實驗儀。
[0004] 本實用新型磁致伸縮與霍爾效應綜合實驗儀，由霍爾效應模塊、磁致伸縮測量模 塊、數據顯示模塊和數據采集與處理模塊組成，
[0005] 所述霍爾效應模塊由霍爾元件通過元件支架放在垂直它的直流電磁鐵產生的磁 場內，直流電磁鐵的勵磁電路設置一組雙擲開關，通過雙擲開關改變勵磁電流方向使磁場 方向改變；
[0006] 所述磁致伸縮測量模塊包括樣品室和應變片，所述直流電磁鐵的縫隙設置樣品 室，樣品室內設置應變片；
[0007] 數據顯示模塊由6電壓表、IS/IM電流表、磁致伸縮數顯式表、I S/IM選擇按鈕、I M調 節旋鈕和13調節旋鈕組成，6電壓表和I s/iM電流表分別設置于勵磁電路，磁致伸縮數顯式 表設置于測量磁致伸縮的橋式電路、I S/IM選擇按鈕、I M調節旋鈕和13調節旋鈕分別與I s/ Im數顯表控制電路、勵磁電路中調節恒流源大小的變阻器、工作電流電路中調節恒流源大 小的變阻器連接；代表伸縮量的電壓信號通過應變片采集；
[0008] 所述數據采集與處理模塊包括依次連接的電壓放大電路、A/D轉換電路和通訊電 路，代表伸縮量的電壓信號通過數據采集與處理模塊采集；電壓放大電路將代表伸縮量的 電壓信號和霍爾電壓進行放大供采集卡采集；A/D轉換電路和通訊電路把模擬量電信號轉 換為數字數字信號。
[0009] 本實用新型設計分為四個模塊，分別為霍爾效應模塊、磁致伸縮測量模塊、數據顯 示模塊和數據采集與處理模塊。通過將模塊緊湊排布，對面板進行合理設計，實現儀器的小 型化。
[0010] 霍爾效應模塊與磁致伸縮測量模塊共用直流電磁鐵。直流電磁鐵縫隙還設計了樣 品室，減小了以往任意垂直放置樣品所導致的測量誤差。
[0011] 磁致伸縮測量模塊運用電阻應變法（如圖3所示），其特點是靈敏度高，測量范圍 廣，頻率響應快，以及機械滯后小。通過測量應變片電阻的變化，可間接計算出磁致伸縮系 數λ。
[0012] 霍爾效應模塊可用于學生霍爾效應實驗亦可通過連接數據采集與處理模塊和PC 機，在PC機上顯示B- Im曲線和B-X曲線。
[0013] 數據顯示模塊主要由&電壓表、IS/IM電流表、磁致伸縮數顯式表、I S/IM選擇按鈕、 Im調節旋鈕和Is調節旋鈕組成。該模塊可以顯示霍爾電壓KH、I S/IM、磁致伸縮數，并能夠調 節和轉換15和I M。
[0014] 數據采集與處理模塊主要包括電壓放大電路、A/D轉換電路和通訊電路。電壓放 大電路將代表伸縮量的電壓信號和霍爾電壓進行放大供采集卡采集。A/D轉換電路和通訊 電路把模擬量轉換為數字。可通過RS232與上位PC機進行數據通訊、函數計算、曲線繪制 及演示。
[0015] 本實用新型在利用霍爾效應測量磁場實驗儀的基礎上，采用電阻應變計法，設計 直流磁場、磁致伸縮測量和數據采集與顯示等模塊。本實用新型測量精度高、結構緊湊、制 造成本低、操作簡單、演示清晰，可用于材料磁性能的測試，同時適用于本科生課堂教學演 示，還可作為物理實驗教學儀器供學生自行操作。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型原理框圖；
[0017] 圖2是本實用新型面板布局圖；
[0018] 圖3是本實用新型磁場測量原理圖。
【具體實施方式】
[0019] 以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。應當理解，此處所 描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0020] 如圖1所示，本實用新型磁致伸縮與霍爾效應綜合實驗儀，由霍爾效應模塊、磁致 伸縮測量模塊、數據顯示模塊和數據采集與處理模塊組成，
[0021] 所述霍爾效應模塊由霍爾元件通過元件支架放在垂直它的直流電磁鐵產生的磁 場內，直流電磁鐵的勵磁電路設置一組雙擲開關，通過雙擲開關改變勵磁電流方向使磁場 方向改變；
[0022] 所述磁致伸縮測量模塊包括樣品室和應變片，所述直流電磁鐵的縫隙設置樣品 室，樣品室內設置應變片；
[0023] 數據顯示模塊由&電壓表、IS/IM電流表、磁致伸縮數顯式表、IS/I M選擇按鈕、I M調 節旋鈕和13調節旋鈕組成，6電壓表和I s/iM電流表分別設置于勵磁電路，磁致伸縮數顯式 表設置于測量磁致伸縮的橋式電路、I S/IM選擇按鈕、I M調節旋鈕和13調節旋鈕分別與I s/ Im數顯表控制電路、勵磁電路中調節恒流源大小的變阻器、工作電流電路中調節恒流源大 小的變阻器連接；代表伸縮量的電壓信號通過應變片采集；
[0024] 所述數據采集與處理模塊包括依次連接的電壓放大電路、A/D轉換電路和通訊電 路，代表伸縮量的電壓信號通過數據采集與處理模塊采集；電壓放大電路將代表伸縮量的 電壓信號和霍爾電壓進行放大供采集卡采集；A/D轉換電路和通訊電路把模擬量電信號轉 換為數字數字信號。
[0025] 本實用新型面板如圖2所示，圖中：VH電壓表1、樣品室2、I S/IM電流表3、I s調節 旋鈕4、IS/IM選擇旋鈕5、I M調節旋鈕6、磁致伸縮數顯表7、I/II通道調零旋鈕8、k值調節 旋鈕9、校準/測量選擇旋鈕10、通道選擇旋鈕11、直流電磁鐵12、通道II 13、通道 I 14、IS/VH/IM接線柱（Is為樣品工作電流，I M為勵磁電流，Vh為霍爾電壓）15、霍爾元件支 架16、雙擲開關17。
[0026] 本實用新型的磁場測量原理如圖3所示，圖中：合金樣品18、應變片19、霍爾 元件20、直流電磁鐵12 ;將霍爾元件20垂直Z軸放置于直流電磁鐵12中，在Z軸方向加一 均勻磁場B，當穩恒電流I沿X軸方向通過霍爾元件時，在垂直于電流和磁場的Y軸方向上， 存在一個電位差V h，理論與實驗證明，大小正比于電流強度I和磁感應強度B的乘積， 即VH=KIB。如果已知霍爾元件靈敏度K，通過電壓表1和電流表2分別讀出霍爾電壓％和 工作電流I，則可通過公式
【主權項】
1. 一種磁致伸縮與霍爾效應綜合實驗儀，其特征是，由霍爾效應模塊、磁致伸縮測量 模塊、數據顯示模塊和數據采集與處理模塊組成， 所述霍爾效應模塊由霍爾元件通過元件支架放在垂直它的直流電磁鐵產生的磁場內， 直流電磁鐵的勵磁電路設置一組雙擲開關，通過雙擲開關改變勵磁電流方向使磁場方向改 變； 所述磁致伸縮測量模塊包括樣品室和應變片，所述直流電磁鐵的縫隙設置樣品室，樣 品室內設置應變片； 數據顯示模塊由6電壓表、I s/iM電流表、磁致伸縮數顯式表、I s/iM選擇按鈕、IM調節旋 鈕和13調節旋鈕組成，6電壓表和I s/iM電流表分別設置于勵磁電路，磁致伸縮數顯式表設 置于測量磁致伸縮的橋式電路、IS/IM選擇按鈕、I M調節旋鈕和I 3調節旋鈕分別與I S/IM數 顯表控制電路、勵磁電路中調節恒流源大小的變阻器、工作電流電路中調節恒流源大小的 變阻器連接；代表伸縮量的電壓信號通過應變片采集； 所述數據采集與處理模塊包括依次連接的電壓放大電路、A/D轉換電路和通訊電路，代 表伸縮量的電壓信號通過數據采集與處理模塊采集；電壓放大電路將代表伸縮量的電壓信 號和霍爾電壓進行放大供采集卡采集；A/D轉換電路和通訊電路把模擬量電信號轉換為數 字數字信號。
2. 根據權利要求1所述的磁致伸縮與霍爾效應綜合實驗儀，其特征是，所述霍爾效應 模塊和磁致伸縮測量模塊設置于同一控制面板上。
【專利摘要】本實用新型公開了一種磁致伸縮與霍爾效應綜合實驗儀。本實用新型由霍爾效應模塊、磁致伸縮測量模塊、數據顯示模塊和數據采集與處理模塊組成，所述霍爾效應模塊由霍爾元件通過元件支架放在垂直它的直流電磁鐵產生的磁場內，所述磁致伸縮測量模塊包括樣品室和應變片，所述直流電磁鐵的縫隙設置樣品室，樣品室內設置應變片，所述數據采集與處理模塊包括依次連接的電壓放大電路、A/D轉換電路和通訊電路。本實用新型測量精度高、結構緊湊、制造成本低、操作簡單、演示清晰，可用于材料磁性能的測試。
【IPC分類】G09B23-18
【公開號】CN204557898
【申請號】CN201520259747
【發明人】劉躍, 周嚴, 黃書彬, 馬巧云, 黃峻健, 孫婷婷, 岳柯
【申請人】天津商業大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月27日