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CN113409662A - 一种多功能元器件测试装置 - Google Patents

一种多功能元器件测试装置 Download PDF

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CN113409662A
CN113409662A CN202110682609.1A CN202110682609A CN113409662A CN 113409662 A CN113409662 A CN 113409662A CN 202110682609 A CN202110682609 A CN 202110682609A CN 113409662 A CN113409662 A CN 113409662A
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Abstract

本发明提供了一种多功能元器件测试装置，包括工作面板、第一供电电源、交直流转换机构、第二供电电源、日字型或E字型变压器以及电阻箱；工作面板上设置有第一电压表、第一电流表、第二电压表以及第二电流表，通过第二供电电源供电；日字型或E字型变压器中间的铁芯上缠绕有L1线圈，左侧的铁芯上缠绕有L2线圈，右侧的铁芯上缠绕有L3线圈；L1线圈用于与电源变压器的输出端电连接，L2线圈用于与被测器件电连接，L3线圈用于与电阻箱电连接联。本发明能有效解决现有电气教学实验器材内容不够丰富，功能较为单一，结合力不强，检测不便捷的问题。

Description

一种多功能元器件测试装置
技术领域
本发明涉及物理教具技术领域，尤其涉及一种多功能元器件测试装置。
背景技术
目前高中物理教学方式较为单一，在物理课堂上，教师一般都是运用讲授法来讲解这一部分的内容，很少也很难运用实验来模拟，教师会在黑板上书写很多的物理公式来对学生进行教学和加强训练，繁多的公式占用较多课堂时间，学生缺少实际练习，使得课堂教学枯燥无味，影响教学时间和教学质量。
另外，现有的用于电气教学的实验器材内容不够丰富，功能较为单一，结合力不强，检测不便捷的情况。
于是，针对现有教学中的缺失予以研究改良，提一种多功能元器件测试装置，不仅可以向学生展示二极管的正向特性和灯泡的伏安特性，还可以获知电阻阻值以及稳压二极管的稳压值。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供了一种多功能元器件测试装置，能有效解决现有电气教学实验器材内容不够丰富，功能较为单一，结合力不强，检测不便捷的问题。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种多功能元器件测试装置，包括工作面板、第一供电电源、交直流转换机构、第二供电电源、日字型或E字型变压器以及电阻箱；所述第一供电电源包括多组抽头的电源变压器；所述工作面板上设置有第一电压表、第一电流表、第二电压表以及第二电流表；所述第一电压表、第一电流表、第二电压表和第二电流表与所述第二供电电源连接，通过所述第二供电电源供电；所述日字型或E字型变压器中间的铁芯上缠绕有L1线圈，左侧的铁芯上缠绕有L2线圈，右侧的铁芯上缠绕有L3线圈；所述L2线圈与所述L3线圈的匝数相等，所述L1线圈的匝数是所述L2线圈的两倍；所述L1线圈用于与所述电源变压器的输出端电连接，所述L2线圈用于与被测器件电连接，所述L3线圈用于与所述电阻箱电连接；所述L2线圈与所述被测器件之间设置有第一交直流转换机构，通过所述第一交直流转换机构将交流电转换成直流电输出给所述被测器件；所述第一电压表并联在所述第一交流电转换机构的输出端上，同时所述第一电流表设置在所述第一交流电转换机构的输出端与所述被测器件串联；所述L3线圈与所述电阻箱之间设置有第二交直流转换机构，通过所述第二交直流转换机构将交流电转换成直流电输出给所述电阻箱；所述第二电压表并联在所述第二交直流转换机构的输出端上，同时所述第二电流表设置在所述第二交直流转换机构的输出端与所述电阻箱串联。
进一步，根据本发明的多功能元器件测试装置，所述L1线圈上设置有三个抽头，分别是第一抽头、第二抽头与第三抽头，所述第一抽头到所述第三抽头的匝数是所述第一抽头到所述第二抽头的匝数的两倍；所述L1线圈通过所述第一抽头和第二抽头与所述电源变压器的输出端电连接或通过所述第一抽头和第三抽头与所述电源变压器的输出端电连接。
进一步，根据本发明的多功能元器件测试装置，所述L2线圈与L3线圈上均设置有两个抽头，所述L2线圈通过两个所述抽头与所述第一交直流转换机构的输入端连接；所述L3线圈通过两个所述抽头与所述第二交直流转换机构的输入端连接。
进一步，根据本发明的多功能元器件测试装置，所述第一供电电源还包括输出接线柱，两个所述输出接线柱用于与所述电源变压器的输出端连接；所述输出接线柱上可拆卸地连接导线。
进一步，根据本发明的多功能元器件测试装置，所述工作面板还设置有左接线柱、中间接线柱和右接线柱；两个所述左接线柱用于连接所述第一交直流转换机构的输出端；所述左接线柱上可拆卸地连接有导线，通过所述导线外接所述被测器件；三个所述中间接线柱用于连接所述L1线圈上的三个抽头；两个所述右接线柱用于连接所述第二交直流转换机构的输出端，所述右接线柱上可拆卸地连接有导线，通过所述导线外接所述电阻箱。
进一步，根据本发明的多功能元器件测试装置，所述第一交直流转换机构与所述第二交直流转换机构均为整流滤波器，所述整流滤波器包括整流电路和滤波电路。
进一步，根据本发明的多功能元器件测试装置，所述工作面板上设置有电源安装孔，所述第一供电电源固定在所述工作面板上并位于所述电源安装孔中，所述日字型或E字型变压器设置在所述第一供电电源的顶端，并位于所述工作面板后部；所述电阻箱固定在所述工作面板前部；所述第二供电电源固定在所述工作面板后部。
进一步，根据本发明的多功能元器件测试装置，所述第一供电电源为J1202高中学生电源。
进一步，根据本发明的多功能元器件测试装置，所述电阻箱替换为滑动变阻器。
进一步，根据本发明的多功能元器件测试装置，所述第一电压表、第一电流表、第二电压表以及第二电流表使用5135数显面板表。
本发明，能有效解决现有电气教学实验器材内容不够丰富，功能较为单一，结合力不强，检测不便捷的问题，同时制作简单、成本低廉、操作方便、测试精准。
附图说明
图1是日字型或E字型变压器两输出端接相同负载时的磁通示意图。
图2是日字型或E字型变压器一个输出端接负载另一个空载时的磁通示意图。
图3是日字型或E字型变压器两输出端接不同负载时的磁通示意图。
图4是本发明中实施例一的结构图。
图5是本发明中实施例一的电路图。
图6是本发明中实施例一的第二供电电源与第一电压表、第一电流表、第二电压表、第二电流表的电路图。
图中：
1工作面板，11第一电压表，12第一电流表、13第二电压表，14第二电流表，15左接线柱，16中间接线柱，17右接线柱，2第一供电电源，21电源变压器，22输出接线柱，3第一交直流转换机构，4第二交直流转换机构，5第二供电电源，6日字型或E字型变压器，61L1线圈，62L2线圈，63L3线圈，7电阻箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先对日字型或E字型变压器6的实验现象进行检测：日字型或E字型变压器6中间 的铁芯上缠绕有L1线圈61，左侧的铁芯上缠绕有L2线圈62，右侧的铁芯上缠绕有L3线圈63； L2线圈62与L3线圈63的匝数相等，L1线圈61的匝数是L2线圈62的匝数的两倍。对日字型或E 字型变压器6进行实验，从L1线圈61（中间绕组）输入交流电，其产生变化的磁通量会平分于 两边的铁芯，在L2线圈62、L3线圈63中产生相同的感应电压（当然匝数不同产生的感应电压 也不同），变比是原变比的二分之一。当L2线圈62、L3线圈63分别接上负载时，电阻大的感应 电压高，电阻小的感应电压低，但两边电流会保持一致，类似一串联电路；日字型或E字型变 压器6上磁通量的变化情况具体参见图1、图2、图3所示，并且其实验数据见下表一（输入交 流16V）。
组次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
负载1 空 0.5Ω 25Ω 5Ω 10Ω 15Ω 25Ω 15Ω 10Ω 10Ω
V1 4.80V 0.00V 0.00V 0.76V 1.66V 2.51V 3,72V 2.25V 1.50V 1.92V
A1 0mA 0mA 0mA 149mA 167mA 167mA 149mA 150mA 150mA 191mA
负载2 空 空 空 25Ω 15Ω 10Ω 5Ω 15Ω 20Ω 10Ω
V2 4.80V 9.40V 9.40V 3.72V 2.51V 1.66V 0.76V 2.25V 2.99V 1.92V
A2 0mA 0mA 0mA 149mA 167mA 167mA 149mA 150mA 150mA 191mA
表一
从表一中1、8两组数据中可以看出，在L2线圈62和L3线圈63（即两个输出端）上接相同负载或空载时，输入L1线圈61中的磁通量在两输出中平均分配，具体如图1所示；因此两输出端电压相等。
从表一中2、3两组数据中可以看出，在一个输出端（以L2线圈62为例）接负载时，接负载的次级线圈中有一很小的电流能生成反感电动势产生与原磁通量相反的磁通量，将原磁通量绝大部分排斥到空载的一边，具体如图2所示；因此空载一边的输出电压便是两输出端都是空载时的一倍；接有负载的输出端电压为0V。
从表一中4、5、6、7四组数据中可以看出，在L2线圈62和L3线圈63（即两个输出端）接不同负载时，两输出电流产生的反向磁通量就会不同（虽然电流一样），负载小的对原磁通量阻碍作用小，负载大的对原磁通量阻碍作用大，具体如图3所示；因此负载大的（电阻小）输出端电压低，负载小的（电阻大）输出端电压高。
从表一中第10组数据中可发现两边总负载增大，则两负载上的电流同时增大。
另外根据变压器的工作原理得知，输出电流对原磁通产生影响时，原线圈中会增加电流来抵消输出电流对原磁通的影响，使磁路中磁通达到原有的平衡（原磁通量不会改变，只是左右分配多少而已）。
实施例一
如图4、图5所示，一种多功能元器件测试装置，包括工作面板1、第一供电电源2、第一交直流转换机构3、第二交直流转换机构4、第二供电电源5、日字型或E字型变压器6以及电阻箱7；工作面板1上设置有电源安装孔，第一供电电源2固定在工作面板1上并位于电源安装孔中，日字型或E字型变压器6设置在第一供电电源2顶部，位于工作面板1后部；电阻箱7固定在工作面板1前部，方便使用；工作面板1上设置有第一电压表11、第一电流表12、第二电压表13、第二电流表14、两个左接线柱15、三个中间接线柱16以及两个右接线柱17。第一电压表11、第一电流表12、第二电压表13和第二电流表14分别与第二供电电源5连接，通过第二供电电源5供电，供电电路如图6所示；第二供电电源5可以固定在工作面板1的后部，即统一固定在工作面板1方便本装置的取拿和摆放，同时可以防止在使用中悬挂无固定容易损伤。第一供电电源2包括多组抽头的电源变压器21和输出接线柱22，两个输出接线柱22连接在电源变压器21的输出端；输出接线柱22上可拆卸地的连接有导线。日字型或E字型变压器6中间的铁芯上缠绕有L1线圈61，左侧的铁芯上缠绕有L2线圈62，右侧的铁芯上缠绕有L3线圈63；L2线圈62与L3线圈63的匝数相等，L1线圈61的匝数是L2线圈62的两倍。具体地，L1线圈61上设置有三个抽头，分别是第一抽头、第二抽头与第三抽头，第一抽头到第三抽头的匝数是第一抽头到第二抽头的匝数的两倍；本实施例中，L1线圈61的匝数是600匝，L2线圈62与L3线圈63的匝数是300匝。即可知，L1线圈61中的第一抽头到第三抽头的匝数是600匝，第一抽头到第二抽头的匝数是300匝。第一抽头与工作面板1上最左边的中间接线柱16连接，第二抽头与工作面板1上中间的中间接线柱16连接，第三抽头与工作面板1上最右边的中间接线柱16连接。第一供电电源2通过导线将一个输出接线柱22与连接第一抽头的中间接线柱16连接；通过导线将另一个输出接线柱22与连接第二抽头或第三抽头的中间接线柱16连接；即完成第一供电电源2与日字型或E字型变压器6的连接，通过第一供电电源2交流输出给日字型或E字型变压器6。L2线圈62上设置有两个抽头，L2线圈62通过两个抽头与第一交直流转换机构3的输入端连接；第一交直流转换机构3的输出端与两个左接线柱15连接；左接线柱15上可拆卸地连接有导线，并通过导线与外部的被测器件（负载）连接；同时第一电压表11并联在第一交直流转换机构3的输出端上，第一电流表12设置在第一交直流转换机构3的输出端与被测器件（负载）串联，第一交直流转换机构3用于将交流电转换成直流电输出给被测器件（负载）。L3线圈63上设置有两个抽头，L3线圈63通过两个抽头与第二交直流转换机构4的输入端连接；第二交直流转换机构4的输出端与两个右接线柱17连接；右接线柱17上可拆卸地连接有导线，并通过导线与电阻箱7（负载）连接；同时第二电压表13并联在第二交直流转换机构4的输出端上，第二电流表14设置在第二交直流转换机构4的输出端与电阻箱7（负载）串联，第二交直流转换机构4用于将交流电转换成直流电输出电阻箱7（负载）。本领域技术人员理解，被测器件与电阻箱7的位置可以进行互换；本装置可用于检测定值电阻的阻值和测试实验室小灯泡的伏安特性。
进一步地，第一交直流转换机构3与第二交直流转换机构4均为整流滤波器，整流滤波器包括整流电路和滤波电路。具体地，整流电路可以是桥式整流；滤波电路可以是滤波电容，滤波电容并联在桥式整流的输出端。
进一步地，第一供电电源2为J1202高中学生电源。
进一步地，第一电压表11、第一电流表12、第二电压表13以及第二电流表14使用5135高精度数显面板表。
本装置的测试方法如下：
1、测定值电阻：外接电源；通过第二供电电源5供电给第一电压表11、第一电流表12、第二电压表13以及第二电流表14；通过电源变压器21将第一供电电源2的交流输出电压调至最低；通过导线将一个接线柱22与工作面板1上连接L1线圈61第一抽头的中间接线柱16连接，通过导线将另一个接线柱22与工作面板1上连接L1线圈61第二抽头的中间接线柱16电连接（即300匝两端）；左接线柱15通过导线与定值电阻电连接，右接线柱17通过导线与电阻箱7电连接；（注意小功率电阻，电流控制在10mA左右；大功率电阻，电流控制在100mA左右）。此时调整电阻箱7的阻值，使得第一电压表11与第二电压表13显示数值相同，读出电阻箱7的电阻值就是定值电阻的阻值。电阻箱7为标准电阻箱，电阻箱7的精度越高，则本装置的精度越高。与利用惠斯登电桥测电阻来比较，此装置使用简单，且精度高。因为惠斯登电桥用的灵敏电流计存在机械阻力，而此装置是磁通量转移，没有任何阻力的存在。
2、测试实验室小灯泡的伏安特性：外接电源；通过第二供电电源5供电给第一电压表11、第一电流表12、第二电压表13以及第二电流表14；将第一供电电源2的交流输出电压调至10V，通过导线将一个接线柱22与工作面板1上连接L1线圈61第一抽头的中间接线柱16连接，通过导线将另一个接线柱22与工作面板1上连接L1线圈61第二抽头的中间接线柱16连接（即300匝两端）；然后通过导线将左接线柱15与实验室小灯泡电连接，通过导线将右接线柱17与电阻箱7电连接，电阻箱7为标准电阻箱，将阻值调至最大；接下来调整电阻箱7的阻值（从×1000开始）；当第一电流表12示数达到0.3000A时，停止调节。最后用获得的多组数据在平面坐标系中绘制出实验室小灯泡的特性。此实验得到的数据组次多，绘制的特性图更加标准。
实施例二
与实施例一不同的是，电阻箱7被替换为滑动变阻器；本装置可用于测试二极管的正向特性和稳压二极管的稳压值。电阻箱7和滑动变阻器（50Ω）可用实验室的。；本领域技术人员理解电阻箱7的替代物不限于滑动变阻器。
本装置的测试方法如下：
1、测试二极管的正向特性：外接电源；通过第二供电电源5供电给第一电压表11、第一电流表12、第二电压表13以及第二电流表14；通过电源变压器21将第一供电电源2的交流输出电压调至最低；通过导线将一个接线柱22与工作面板1上连接L1线圈61第一抽头的中间接线柱16连接，通过导线将另一个接线柱22与工作面板1上连接L1线圈61第三抽头的中间接线柱16连接（即600匝两端）；然后通过导线将左接线柱15与二极管电连接，通过导线将右接线柱17与滑动变阻器电连接；滑动变阻器调至最大值；此时接二极管的第一电压表11示数为0.320V，第一电流表12示数为0.0000A。接下来调整第一供电电源2的交流输出电压（由低到高），第一电压表11示数为0.451V，第一电流表12示数为0.0008A；第一电压表11示数为0.576V，第一电流表12示数为0.0109A；第一电压表11示数为0.647V，第一电流表12示数为0.0259A；第一电压表11示数为0.697V，第一电流表12示数为0.0418A。在此基础上将滑动变阻器阻值逐渐调小，根据需要读出多组数值，最后就能在平面坐标系中绘制出二极管的正向特性曲线。
2、测试稳压二极管的稳压值：外接电源；通过第二供电电源5供电给第一电压表11、第一电流表12、第二电压表13以及第二电流表14；通过电源变压器21将第一供电电源2的交流输出电压调至最低；通过导线将一个接线柱22与工作面板1上连接L1线圈61第一抽头的中间接线柱16连接，通过导线将另一个接线柱22与工作面板1上连接L1线圈61第二抽头的中间接线柱16连接（即300匝两端）；然后通过导线将左接线柱15与稳压二极管电连接，通过导线将右接线柱17与滑动变阻器电连接；后将滑动变阻器调至最大值；此时第一电压表11示数为1.057V，第一电流表12示数为0.0000A。接下来调整第一供电电源2的交流输出电压；当第一电流表12有示数时即停止调高电压，读出第一电压表11的示数，就是稳压二极管的稳压值。

Claims (10)

1.一种多功能元器件测试装置，其特征在于，包括工作面板、第一供电电源、交直流转换机构、第二供电电源、日字型或E字型变压器以及电阻箱；所述第一供电电源包括多组抽头的电源变压器；所述工作面板上设置有第一电压表、第一电流表、第二电压表以及第二电流表；所述第一电压表、第一电流表、第二电压表和第二电流表与所述第二供电电源连接，通过所述第二供电电源供电；所述日字型或E字型变压器中间的铁芯上缠绕有L1线圈，左侧的铁芯上缠绕有L2线圈，右侧的铁芯上缠绕有L3线圈；所述L2线圈与所述L3线圈的匝数相等，所述L1线圈的匝数是所述L2线圈的两倍；所述L1线圈用于与所述电源变压器的输出端电连接，所述L2线圈用于与被测器件电连接，所述L3线圈用于与所述电阻箱电连接；所述L2线圈与所述被测器件之间设置有第一交直流转换机构，通过所述第一交直流转换机构将交流电转换成直流电输出给所述被测器件；所述第一电压表并联在所述第一交直流转换机构的输出端上，同时所述第一电流表设置在所述第一交直流转换机构的输出端与所述被测器件串联；所述L3线圈与所述电阻箱之间设置有第二交直流转换机构，通过所述第二交直流转换机构将交流电转换成直流电输出给所述电阻箱；所述第二电压表并联在所述第二交直流转换机构的输出端上，同时所述第二电流表设置在所述第二交直流转换机构的输出端与所述电阻箱串联。
2.根据权利要求1所述的多功能的元器件测试装置，其特征在于：所述L1线圈上设置有三个抽头，分别是第一抽头、第二抽头与第三抽头，所述第一抽头到所述第三抽头的匝数是所述第一抽头到所述第二抽头的匝数的两倍；所述L1线圈通过所述第一抽头和第二抽头与所述电源变压器的输出端电连接或通过所述第一抽头和第三抽头与所述电源变压器的输出端电连接。
3.根据权利要求1所述的多功能的元器件测试装置，其特征在于：所述L2线圈与L3线圈上均设置有两个抽头，所述L2线圈通过两个所述抽头与所述第一交直流转换机构的输入端连接；所述L3线圈通过两个所述抽头与所述第二交直流转换机构的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的多功能的元器件测试装置，其特征在于：所述第一供电电源还包括输出接线柱，两个所述输出接线柱用于与所述电源变压器的输出端连接；所述输出接线柱上可拆卸地连接导线。
5.根据权利要求2所述的多功能的元器件测试装置，其特征在于：所述工作面板还设置有左接线柱、中间接线柱和右接线柱；两个所述左接线柱用于连接所述第一交直流转换机构的输出端；所述左接线柱上可拆卸地连接有导线，通过所述导线外接所述被测器件；三个所述中间接线柱用于连接所述L1线圈上的三个抽头；两个所述右接线柱用于连接所述第二交直流转换机构的输出端，所述右接线柱上可拆卸地连接有导线，通过所述导线外接所述电阻箱。
6.根据权利要求1所述的多功能的元器件测试装置，其特征在于：所述第一交直流转换机构与所述第二交直流转换机构均为整流滤波器，所述整流滤波器包括整流电路和滤波电路。
7.根据权利要求1所述的多功能的元器件测试装置，其特征在于：所述工作面板上设置有电源安装孔，所述第一供电电源固定在所述工作面板上并位于所述电源安装孔中，所述日字型或E字型变压器设置在所述第一供电电源的顶端，并位于所述工作面板后部；所述电阻箱固定在所述工作面板前部；所述第二供电电源固定在所述工作面板后部。
8.根据权利要求4所述的多功能的元器件测试装置，其特征在于：所述第一供电电源为J1202高中学生电源。
9.根据权利要求1所述的多功能的元器件测试装置，其特征在于：所述电阻箱可替换为滑动变阻器。
10.根据权利要求1所述的多功能的元器件测试装置，其特征在于：所述第一电压表、第一电流表、第二电压表以及第二电流表使用5135数显面板表。
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