[實用新型]一種趨膚效應演示實驗裝置

有效

• 申請號: 201420194581.2
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN203931286U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 胡順全;鄭源明
• 申請（專利權）人: 上海復旦天欣科教儀器有限公司
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本實用新型屬于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

交變電流通過導體時，由于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。目前普遍用于演示趨膚效應的實驗裝置多是中空結構，利用燈泡或交流電表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，無法用于表達實心導線截面上各處的電流情況。

發明內容

本實用新型的目的在于提供了一種用于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。

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、發光二極管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1包括若干個并聯的導線，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1的每一根導線與電阻3的連接處，用于導出每一個電阻3上的電壓信號；所述電阻3的另一端聚合后，聚合端通過一個交流信號源2，同導線束1的導線首端串聯起來形成一組回路；所述電阻3的聚合端再分別同發光二極管5、交流電壓表6和高頻信號線接口7的一端并聯連接；發光二極管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。

本使用新型中，所述交流信號源2為0—3MHz的正弦交流信號。

本使用新型中，所述發光二極管5的內阻大于電阻3的阻值。

本實用新型中，所述導線束1的導線直徑、長度相等，為銅細導線或漆包線。

本實用新型中，每一個電阻3的阻值相同，并從電阻端取樣信號。

本使用新型中，發光二極管通過手槍插頭與各手槍插座4相連接，使發光二極管可并聯于每一個電阻，此時發光二極管的亮度與該電阻上電壓幅度的大小正相關，從而可定性表征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。

本使用新型中，導線束1由大量并聯的直徑、長度相等的銅細導線或漆包線捆扎或粘合而成，宏觀上近似于一整根實心導線，作為被測物；交流信號源提供可調頻率的正弦交流信號，用于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，并通過發光二極管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。

本實用新型中，利用發光二極管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。

本實用新型中，交流信號源頻率可調。

本實用新型的基本原理如下：

借鑒數學中的有限元法，將大量并聯的直徑、長度相等的銅細導線（或漆包線）捆扎或粘合成一整束導線，并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采樣電阻，那么采樣電阻兩端的電壓即正比于通過細導線（或漆包線）的電流，亦即實心導線截面上某一點的電流。若在采樣電阻兩端并聯一個發光二極管，其亮度亦可反映通過這根細導線（或漆包線）的電流強度，從而用于演示。

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。

附圖說明

圖1是本實用新型的裝置及線路圖。

圖2是本實用新型圖1中導線束1的截面圖，放大圖中表示導線束中每一根導線標注編號的規則。

圖中標號：1為導線束，2為交流信號源，3為電阻，4為手槍插座，5為發光二極管，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

下面結合附圖對本實用新型進一步說明。