[發明專利]可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置及其時間調節方法

在審

• 申請號: 202010567498.5
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111665707A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 劉杰;唐洪宇;劉海亮;石謙;謝曉康;李洪亞;李政;杜卓興;李運舟;楊浩宇;徐曜冬
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G04F1/06
• 分類號: G04F1/06
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

1.一種可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置，包括沙漏本體(1)，其特征在于：沙漏本體(1)的上下兩端均設有電磁鐵線圈(8)，沙漏本體(1)內裝有磁流體(3)，沙漏本體(1)與控制盒(2)連接，控制盒(2)內設置有控制電路，控制電路包括電源(5)，電源(5)與電阻調節器、電源開關和電磁鐵線圈(8)串聯設置。

2.根據權利要求1所述的可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置，其特征在于：電阻調節器為旋鈕式電阻調節器(7)，旋鈕式電阻調節器(7)用于調節電磁鐵線圈(8)的電流大小。

3.根據權利要求1所述的可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置，其特征在于：控制盒(2)內設有震動提示模塊(6)，震動提示模塊(6)與單片機電連接，單片機分別與兩個重力傳感器(4)電連接，兩個重力傳感器(4)分別設置在沙漏本體(1)兩端內壁處，重力傳感器(4)用于檢測磁流體(3)重量。

4.根據權利要求3所述的可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置，其特征在于：震動提示模塊(6)用于與電源(5)并聯設置。

5.根據權利要求1-4中任意一項所述的可調控時效的磁流體沙漏實驗裝置及其時間調節方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：沙漏本體(1)中的磁流體(3)處在一個恒定磁場中，其閉合環路積分僅與環路所鏈環的傳導電流I₀有關，可通過公式①計算出不同該磁性沙漏中電磁鐵在不同電流下的磁場強度；

∮_LH·dl＝∑I₀ ①

磁場強度

M＝χ_mH ③

式中χ_m為磁流體介質磁化率，M為磁化強度，μ₀是真空中的磁導率，I₀為環路所鏈環的傳導電流，μ為磁性微粒的磁導率；

步驟二：而在磁場中，磁性微粒受到的磁場力為：

式中，μ為磁性微粒的磁導率，為磁性微粒所在位置的磁場強度，ΔV為磁性微粒的體積，X_m為磁性微粒的磁化率；

設本發明的磁流體沙漏本體的高度為H，磁流體質量為m，設磁流體下落時間為T,則建立公式⑤

又公式可求得加速度a

則

步驟三：根據公式④可計算出該磁性沙漏中磁流體所受到的磁場力，從而進行磁流體的受力分析，進一步得出磁流體自身的加速度，再通過公式⑦，基于試驗的統計學原理獲得磁流體在不同電流形成的不同磁場下的下落時間，并繪制時間與磁場強度對應曲線；

利用統計學進行試驗：

1)、按照安裝說明，組裝電路元件，打開電源；

2)、改變控制電阻的阻值，打開開關，記錄磁流體下落時間，將該實驗重復多次，記錄實驗數據，填入表格；

步驟四：通過改變電阻調節器的電阻值，從而改變磁場電流，達到改變該電路磁場強度的作用，再進行多次實驗，記錄電阻調節器的電阻值與磁流體沙漏實驗裝置計時時間的對應關系。