[發明專利]光電計時器的時間補償裝置

有效

• 申請號: 201410254757.3
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN103985294A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 陳廷
• 申請（專利權）人: 曾飛
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請是申請日為2012年12月3日、申請號為2012105058673、發明名稱為“一種光電計時器的時間補償裝置和方法”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種用于力學的教具，具體的說涉及的是一種用于自由落體計時器時間補償的裝置。

背景技術

有關自由落體的實驗，測量時間的方法和裝置已經非常先進，有一種比較普及而且比較精確的光電計時裝置是這樣的：用電磁鐵吸引一個重物，這個重物應當是軟磁性材料（所謂軟磁性材料，是指：在磁場作用下，該材料具有磁性，磁場消失，該材料磁性也消失。比如：鐵），斷開電磁鐵線圈電流的同時開始計時，重物通過下方的光電門（也叫做槽形光耦）時，被光電門感知到信號，通過外圍設備（或者稱為外圍電路），可以獲得該過程（從斷開電磁鐵線圈到重物達到光電門）的時間，然后，就把這個時間作為重物運動的時間，外圍設備還可以顯示（輸出）這個時間。

并且，重物下落的距離是易于測量的，再利用運動學的公式，可以得到該過程的加速度。

事實上，某地區重力加速度的數值是容易在相關手冊上查找得到的，并且可以得到非常精確的重力加速度數值。

換句話說，重物下落的時間，是可以由力學公式，尤其是其中運動學的公式計算得到的，但是，下落時間的試驗值和理論值總是有誤差，有的誤差是有規律可循的。例如：

現代的電子技術可以把時間記錄的非常精確，以至于對運動稍有影響的因素都會被反映出來。電磁鐵斷電后的很短時間、很短距離內，電磁鐵和重物之間仍然有吸引的作用，這個吸引包括電磁鐵剩磁對重物的吸引力，還包括重物的剩磁對電磁鐵鐵芯的吸引力，僅考慮該因素，該因素會導致重物實際下落的時間比理論時間稍長。這就導致利用該數據用來后續計算的誤差較大。

重物同時還受空氣阻力的作用，這種影響和很多因素有關，其中一個因素是重物的速度，速度越大，阻力就越大。但是，在下落的前30cm，空氣阻力的影響非常小，在下落1米以后的高度，速度增大，阻力的影響可以被光電計時器測量出來，但是，這種影響是力學教學中希望測得的，因為該數據對后續學習有比較重要的作用。

當時間可以被記錄的非常精確時，一點點的時間因素都要被充分考慮。

綜上，這種光電計時器存在著計時時長和理論時長不一致的問題，主要原因是電磁鐵和重物之間存在引力、重物受到空氣阻力。空氣阻力造成的影響是教學中希望被測量到的，電磁鐵和重物之間的引力則是干擾因素，該干擾因素是希望能夠被消除的因素。

發明內容

為了彌補現有裝置的不足，本發明提出一種光電計時器的時間補償裝置和方法，本發明可以補償光電計時器上因為剩磁造成的計時誤差，以使實驗更接近于理想狀態。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于固定時差的光電計時器時間補償方法，其特征是：

第一步：獲得試驗地點的重力加速度數值，

第二步：理論計算重物從電磁鐵釋放，下落高度為h₁應該用時為t₁，h₁的數值優選5cm---10cm，

第三步：實際測量重物從電磁鐵釋放，下落高度為h₁實際用時為t₂，

第四步：計算出t₂-t₁的結果，將此結果作為因剩磁造成的影響時間，

第五步：基于第四步的計算結果，調整外圍電路，達到這樣的目的：測量重物從電磁鐵釋放，下落高度為h₂的實際用時為t₃，外圍電路顯示的時間為t₄，且t_4??=?t_3??-?t_2??+?t₁。

為了補償光電計時器上剩磁造成的計時誤差，以致實驗更接近于理想狀態，本發明解決其技術問題所采用的技術方案還可以是：

一種光電計時器的時間補償裝置，包括電磁鐵，電磁鐵由鐵芯和鐵芯外部繞著的線圈構成，其特征是：彈簧的上端連接鐵芯，彈簧的下端連接一個軟磁性材料制成的板，板的下部有一個由電磁鐵吸引的軟磁性材料制成的重物。

為了更好的起到時間補償的效果，鐵芯下部的中心位置開口，并且開口向鐵芯上端延伸，彈簧連接在鐵芯開口的內部，并且在內部的上端。

為了進一步優化時間補償的效果，鐵芯下部的中心位置開口，并且開口向鐵芯上端延伸，鐵芯上端還包括一個有內絲的開口，鐵芯還包括一個與內絲配套的螺桿旋轉在內絲內，彈簧連接在螺桿下端。