一種趨膚效應演示實驗裝置製造方法
2023-06-05 16:06:41 4
一種趨膚效應演示實驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型屬於教學用演示實驗領域，具體為一種演示趨膚效應的實驗裝置。其包括：一捆導線束、一個交流信號源、一組電阻、一個發光二極體、一個交流電壓表和一個高頻信號線接口等；其中，導線束由大量並聯的直徑、長度相等的銅細導線（或漆包線）綑紮或粘合而成，宏觀上近似於一整根實心導線，作為被測物；交流信號源提供可調頻率的正弦交流信號，用於演示趨膚效應在不同頻率下的強弱程度；趨膚效應所表現出的導體內外層電流強弱的差別經由阻值相同的一組電阻轉化為電壓信號進行取樣，並通過發光二極體的亮度或交流電壓表的示數進行表示，亦或通過高頻信號線接口輸出至示波器等設備進行觀察。
【專利說明】一種趨膚效應演示實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於教學用演示實驗領域，具體涉及一種演示趨膚效應的實驗裝置，尤其是利用導線束替代單股實心導線的方法以演示趨膚效應的實驗裝置。
【背景技術】
[0002]交變電流通過導體時，由於感應作用引起導體截面上電流分布不均勻，越接近導體表面電流密度越大，這種現象稱「趨膚效應」。以圓形截面的導體為例，愈靠近導體中心處，受到外面磁力線產生的自感電動勢愈大；愈靠近表面處則不受其內部磁力線消長的影響，因而自感電動勢較小。目前普遍用於演示趨膚效應的實驗裝置多是中空結構，利用燈泡或交流電錶來演示或測量導體軸線與外壁在高頻與低頻情況下電流大小的不同。但該結構與現實中常用的圓形實心導線相去甚遠，無法用於表達實心導線截面上各處的電流情況。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在於提供了一種用於演示實心導線截面上、在趨膚效應影響下的電流情況的趨膚效應演示實驗裝置，該裝置利用以導線束近似單根導線方法，能夠定性地反應實心導線中的趨膚效應。
[0004]本實用新型所提供的趨膚效應演示實驗裝置，其主要包括導線束1、交流信號源
2、若干個手槍插座4、若干個電阻3、發光二極體5、交流電壓表6、高頻信號線接口 7和槍插頭8 ;其中，
[0005]所述導線束I包括若干個並聯的導線，每一根導線的末端分別與一個電阻3的一端相連接；所述手槍插座4設置在在導線束I的每一根導線與電阻3的連接處，用於導出每一個電阻3上的電壓信號；所述電阻3的另一端聚合後，聚合端通過一個交流信號源2，同導線束I的導線首端串聯起來形成一組迴路；所述電阻3的聚合端再分別同發光二極體5、交流電壓表6和高頻信號線接口 7的一端並聯連接；發光二極體5、交流電壓表6和高頻信號線接口 7的另一端分別連接一個槍插頭8。
[0006]本使用新型中，所述交流信號源2為O — 3MHz的正弦交流信號。
[0007]本使用新型中，所述發光二極體5的內阻大於電阻3的阻值。
[0008]本實用新型中，所述導線束I的導線直徑、長度相等，為銅細導線或漆包線。
[0009]本實用新型中，每一個電阻3的阻值相同，並從電阻端取樣信號。
[0010]本使用新型中，發光二極體通過手槍插頭與各手槍插座4相連接，使發光二極體可並聯於每一個電阻，此時發光二極體的亮度與該電阻上電壓幅度的大小正相關，從而可定性表徵通過該電阻的細導線的電流強度。同理，當交流電壓表的手槍插頭與手槍插座相連接時，交流電壓表指示的是相應電阻上的電壓大小；而當高頻信號線接口的手槍插頭與手槍插座4相連接時，則可以利用高頻信號線將相應電阻上的交流信號波形輸送到示波器等設備上以便觀察。
[0011]本使用新型中，導線束I由大量並聯的直徑、長度相等的銅細導線或漆包線綑紮或粘合而成，宏觀上近似於一整根實心導線，作為被測物；交流信號源提供可調頻率的正弦交流信號，用於演示趨膚效應在不同頻率下的強弱程度；趨膚效應所表現出的導體內外層電流強弱的差別經由阻值相同的一組電阻轉化為電壓信號進行取樣，並通過發光二極體的亮度或交流電壓表的示數進行表示，亦或通過高頻信號線接口輸出至示波器等設備進行觀察。
[0012]本實用新型中，利用發光二極體和交流電壓表觀測取樣所得的信號，且取樣所得的信號可以通過接口輸出至示波器等外部設備。
[0013]本實用新型中，交流信號源頻率可調。
[0014]本實用新型的基本原理如下:
[0015]借鑑數學中的有限元法，將大量並聯的直徑、長度相等的銅細導線(或漆包線)綑紮或粘合成一整束導線，並在宏觀上將其看作為一整根單股實心導線，其中每一根細導線的末端都可近似看作是實心導線截面上的一點。在每一根細導線(或漆包線)末端串聯一阻值相等的採樣電阻，那麼採樣電阻兩端的電壓即正比於通過細導線(或漆包線)的電流，亦即實心導線截面上某一點的電流。若在採樣電阻兩端並聯一個發光二極體，其亮度亦可反映通過這根細導線(或漆包線)的電流強度，從而用於演示。
[0016]本實用新型的有益效果是，利用導線束這種近似的方法實現了實心導線中趨膚效應的演示實驗，結構簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的裝置及線路圖。
[0018]圖2是本實用新型圖1中導線束I的截面圖，放大圖中表示導線束中每一根導線標註編號的規則。
[0019]圖中標號:I為導線束，2為交流信號源，3為電阻，4為手槍插座，5為發光二極體，6為交流電壓表，7為高頻信號線接口，8為手槍插頭。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型進一步說明。
[0021]在圖1中，導線束I由若干根等長等直徑的銅細導線(或漆包線)綑紮或粘合成束，所有導線並聯，每一根導線(或漆包線)的末端都分別與一同樣阻值的電阻3相連接，而後與可提供O — 3MHz的正弦交流信號的交流信號源2串聯起來形成一組迴路。在導線束I的每一根導線(或漆包線)與電阻3的連接處放置一個手槍插座4用於導出每一個電阻3上的電壓信號。發光二極體5的內阻遠大於電阻3的阻值，可通過手槍插頭8與各手槍插座4相連接，使發光二極體5可並聯於每一個電阻3,此時發光二極體5的亮度與該電阻3上電壓幅度的大小正相關，從而可定性表徵通過該電阻3的細導線(或漆包線)的電流強度。類似地，當手槍插頭9與手槍插座4相連接時，交流電壓表6指示的是相應電阻3上的電壓大小；而當手槍插頭10與手槍插座4相連接時，則可以利用高頻信號線將相應電阻3上的交流信號波形輸送到示波器等設備上以便觀察。
[0022]在圖2中，選取了導線束I橫截面中心的部分細導線(或漆包線)以說明其標號方式。細導線(或漆包線)的標號從導線束I最中心的一根開始，層層向外依次遞增，該標號可標記在圖1中與每一根相應導線串聯的電阻或手槍插座旁邊，以指示相應導線在導線束I中的位置。
【權利要求】
1.一種趨膚效應演示實驗裝置，其特徵在於主要包括導線束(I)、交流信號源(2)、若干個手槍插座(4)、若干個電阻(3)、發光二極體(5)、交流電壓表(6)、高頻信號線接口(7)和槍插頭(8);其中， 所述導線束(I)包括若干個並聯的導線，每一根導線的末端分別與一個電阻(3)的一端相連接；所述手槍插座(4)設置在在導線束(I)的每一根導線與電阻(3)的連接處，用於導出每一個電阻(3)上的電壓信號；所述電阻(3)的另一端聚合後，聚合端通過一個交流信號源(2)，同導線束(I)的導線首端串聯起來形成一組迴路；所述電阻(3)的聚合端再分別同發光二極體(5)、交流電壓表(6)和高頻信號線接口(7)的一端並聯連接；發光二極體(5)、交流電壓表(6)和高頻信號線接口(7)的另一端分別連接一個槍插頭(8)。
2.根據權利要求1所述的趨膚效應演示實驗裝置，其特徵在於所述交流信號源(2)為O—3MHz的正弦交流信號。
3.根據權利要求1所述的趨膚效應演示實驗裝置，其特徵在於所述發光二極體(5)的內阻大於電阻(3)的阻值。
4.根據權利要求1所述的趨膚效應演示實驗裝置，其特徵在於所述導線束(I)的導線直徑、長度相等，為銅細導線或漆包線。
5.根據權利要求1所述的趨膚效應演示實驗裝置，其特徵在於每一個電阻(3)的阻值相同。
【文檔編號】G09B23/18GK203931286SQ201420194581
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】胡順全, 鄭源明 申請人:上海復旦天欣科教儀器有限公司