电磁炉实验仪的制作方法
专利名称：电磁炉实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电磁炉实验仪，属于物理学、电磁学等相关课程的实验仪器技术领域。
背景技术：
在物理学习中，涡流和电磁感应是较难理解的概念，而在实际的生活中我们却广泛的应用了这些知识，其中电磁炉就是利用电磁感应原理将电能转换为热能的常用电器。 电磁炉在正常工作时，由整流电路将50Hz的交流电转换成频率为20-40kHz的高频电流，并通过扁平螺旋状的电磁线圈形成高频交变磁场，该磁场的磁场线穿透上方的微晶平板后， 在放在附近的金属物件上反复切割变化，最后在金属物体上，形成环状的电流(涡流)，而涡流的热效应会导致金属物体本身高速发热。这种振荡生热的加热方式，能减少热传递的中间环节，大大提高制热效率。现有的实验仪器，对电磁感应的研究通常只是其中的一个方面，不能真实的让学生感受到电磁感应和涡流的概念，本实用新型采用接近电磁炉的方式，结合了单片机控制、 电磁线圈、高功率管驱动与调制电路、不同的金属盘和不同的感应线圈来对电磁感应和涡流进行演示和测量，使学生能更好的理解和掌握电磁感应、涡流、感应电流等相关知识。适用于各级学校的物理和电磁学等课程的实验和演示。
实用新型内容本实用新型针对现有实验仪器的不足，提出结合了单片机控制IGBT功率管输出和电磁原理实验线圈的电磁炉实验仪。电磁炉实验仪由电磁炉实验仪主机、电磁原理实验线圈和各种金属盘组成；电磁炉实验仪主机上设置有四位数显功率计、透明微晶玻璃面板和功率调整及开关按钮，内部具有单片机控制电路、高功率管驱动与稳压电源电路；电磁原理实验线圈设置有四组不同半径和所绕圈数的感应线圈、外接电流表插孔、四组线圈的测量按键、电流测量按键和白炽电灯。本实用新型具有PWM脉宽调控电路，它是单片机对电磁电路的工作状态进行智能控制的通道，主要由电阻、电容组成积分电路完成。其工作原理就是把单片机输出的不同占空比的方波脉冲转化成相应的直流电压，并以此电压去控制后级IGBT功率管的输出。单片机通过控制PWM脉冲的宽与窄，控制送至振荡电路的加热功率控制电压，从而控制了 IGBT 功率管导通时间的长短，控制了加热功率的大小。本实用新型采用变压器式低压供电单元，此电路单元的作用是将220V市电转换成控制电路所需的交流低压，再经整流、滤波，并由稳压集成电路或分立元件组成的稳压电路稳压后，输出稳定的5V和18V，其中5V电压用于供给单片机和部分数字电路，并作为整机的基准电压；18V电压给LM339、IGBT功率管驱动、风扇供电。与通常家用电磁炉采用的开关电源相比，性能稳定可靠，电路结构简单，故障率低，更适合于学生实验使用。微处理器采用Microchip最近推出的PIC16F74，它是一款精简指令型(RISC)高性能的CPU，仅有35个单字节指令，其带有8路8位AD，双路PWM输出，3个定时/计数器，带 UART接口，195个字节RAM，4k X 14Bit的Flash存储器，保密性好，其指令速度在外部晶振 20MHz下，可达200ns的指令周期。本实用新型采用了 IGBT绝缘栅双极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和 MOS (绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电子器件，兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点。本实用新型采用透明微晶玻璃面板，具有方便观察实验仪主机内部结构和耐摔、
节能安全的优点。由于微晶玻璃具有纵向导热，横向不传热的特性，在使用的过程中，面板
的温度并不高，对其它部件几乎不存在热辐射现象，热损失极低。同时不易产生破裂或炸 m农。本实用新型所采用的金属盘为外沿凸起的浅盘形状，在实验中分别采用了铁、铝、 铜三种不同的金属材质。电磁原理实验线圈外框由透明的材质构成，内部设置有四组半径不同以及所绕圈数也不同的感应线圈，通过四组线圈的测量按键和外接电流表插孔可分别对四组线圈的感应电流进行测量，同时也可通过白炽电灯的明暗和变化进行直观的观察。
图1是电磁炉实验仪主机，其中的1是透明微晶玻璃面板，2是电磁线圈，3是四位数显功率计，4是功率增加调整按钮，5是功率减少调整按钮，6是开关按钮。图2是电磁原理实验线圈，其中的7是四组不同半径的感应线圈，8是白炽电灯，9 是电流测量按钮，10是四组线圈的测量按钮，11是外接电流表插孔。图3是金属盘图4是系统电路基本结构图图5是PWM脉宽调控电路。图6是IBGT功率管驱动电路。
具体实施方式
PWM脉宽调控电路输出端的直流电压变化与输入端的方波脉冲宽度有直接的关系，PWM脉冲越宽，C16上的积分电压越高，送到振荡电路的控制电压就越高，电磁线圈的功率就越大，反之越小。所以当要改变输出端的直流电压时，只要改变输入方波的脉冲宽度 (占空比)即可，而R33是高电平上拉电阻，C15则用来平滑输出的直流电压。对金属盘的表面温度的测量，可使用825T3型表面温度测量仪，测量的温度范围-50至+400°C，红外线温度精度为士 1°C，同样，也可在铁质、铜质、铝质的金属盘中盛入一定量的水，直观地感受各种不同情况下水温的变化和区别。IGBT管是一种电压激励场控型高压、高速大功率器件，导通时需在G极与地间加上十几伏的电压才能可靠地导通，截止时需为G极提供放电回路。IGBT管驱动电路如图6 所示，当LM339输出高电平时，Q3导通，Q4截止，+18V电压经Q3的c_e结及R39、R40流向 IGBT管G极，IGBT导通；当LM339输出低电平时，Q3截止，Q4导通，IGBT管G极中储存的电荷由R40及Q4的e-c结放电，为IGBT管的再次导通作好准备。[0021] 在使用电磁原理实验线圈进行实验时，除了可以结合不同半径的线圈进行测量， 同时也可对电磁原理实验线圈相对于微晶玻璃面板进行不同角度的倾斜，研究不同倾斜角对感应电流的影响和观察实验的现象。
权利要求1.一种电磁炉实验仪，其特征是电磁炉实验仪由电磁炉实验仪主机、电磁原理实验线圈和各种金属盘组成；电磁炉实验仪主机上设置有四位数显功率计、透明微晶玻璃面板和功率调整及开关按钮，内部具有单片机控制电路、高功率管驱动与稳压电源电路；电磁原理实验线圈设置有四组不同半径和所绕圈数的感应线圈、外接电流表插孔、四组线圈的测量按键、电流测量按键和白炽电灯。
2.根据权利要求1所述的电磁炉实验仪，其特征是在电磁炉实验仪主机内的单片机采用的芯片是PIC 16F74。
3.根据权利要求1所述的电磁炉实验仪，其特征是电磁炉实验仪单片机控制采用的是通过PWM脉宽调控电路去控制IGBT绝缘栅双极型功率管的输出。
4.根据权利要求1所述的电磁炉实验仪，其特征是电磁炉实验仪主机的电源电路采用的是变压器式低压供电单元。
5.根据权利要求1所述的电磁炉实验仪，其特征是电磁炉实验仪所采用的金属盘为外沿凸起的浅盘形状。
6.根据权利要求1所述的电磁炉实验仪，其特征是电磁原理实验线圈外框由透明的材质构成。
专利摘要本实用新型涉及一种电磁炉实验仪，电磁炉实验仪由电磁炉实验仪主机、电磁原理实验线圈和各种金属盘组成，电磁炉实验仪主机上设置有四位数显功率计和调整及开关按钮，电磁原理实验线圈设置有四组不同半径和所绕圈数的感应线圈、外接电流表插孔、四组线圈的测量按键、电流测量按键和电灯。本电磁炉实验仪采用接近电磁炉的方式，结合了单片机控制、电磁线圈、高功率管驱动与调制电路、不同的金属盘和不同的感应线圈来对电磁感应和涡流进行测量，使学生能更好的理解和掌握电磁感应、涡流、感应电流等相关知识，电磁炉实验仪结构合理，操作方便，稳定可靠，适用于各级学校的物理和电磁学等课程的教学实验和演示。
文档编号G09B23/18GK202102626SQ201120236918
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者汪建 申请人:四川农业大学, 汪建
技术领域：
本实用新型涉及一种电磁炉实验仪，属于物理学、电磁学等相关课程的实验仪器技术领域。
背景技术：
在物理学习中，涡流和电磁感应是较难理解的概念，而在实际的生活中我们却广泛的应用了这些知识，其中电磁炉就是利用电磁感应原理将电能转换为热能的常用电器。 电磁炉在正常工作时，由整流电路将50Hz的交流电转换成频率为20-40kHz的高频电流，并通过扁平螺旋状的电磁线圈形成高频交变磁场，该磁场的磁场线穿透上方的微晶平板后， 在放在附近的金属物件上反复切割变化，最后在金属物体上，形成环状的电流(涡流)，而涡流的热效应会导致金属物体本身高速发热。这种振荡生热的加热方式，能减少热传递的中间环节，大大提高制热效率。现有的实验仪器，对电磁感应的研究通常只是其中的一个方面，不能真实的让学生感受到电磁感应和涡流的概念，本实用新型采用接近电磁炉的方式，结合了单片机控制、 电磁线圈、高功率管驱动与调制电路、不同的金属盘和不同的感应线圈来对电磁感应和涡流进行演示和测量，使学生能更好的理解和掌握电磁感应、涡流、感应电流等相关知识。适用于各级学校的物理和电磁学等课程的实验和演示。
实用新型内容本实用新型针对现有实验仪器的不足，提出结合了单片机控制IGBT功率管输出和电磁原理实验线圈的电磁炉实验仪。电磁炉实验仪由电磁炉实验仪主机、电磁原理实验线圈和各种金属盘组成；电磁炉实验仪主机上设置有四位数显功率计、透明微晶玻璃面板和功率调整及开关按钮，内部具有单片机控制电路、高功率管驱动与稳压电源电路；电磁原理实验线圈设置有四组不同半径和所绕圈数的感应线圈、外接电流表插孔、四组线圈的测量按键、电流测量按键和白炽电灯。本实用新型具有PWM脉宽调控电路，它是单片机对电磁电路的工作状态进行智能控制的通道，主要由电阻、电容组成积分电路完成。其工作原理就是把单片机输出的不同占空比的方波脉冲转化成相应的直流电压，并以此电压去控制后级IGBT功率管的输出。单片机通过控制PWM脉冲的宽与窄，控制送至振荡电路的加热功率控制电压，从而控制了 IGBT 功率管导通时间的长短，控制了加热功率的大小。本实用新型采用变压器式低压供电单元，此电路单元的作用是将220V市电转换成控制电路所需的交流低压，再经整流、滤波，并由稳压集成电路或分立元件组成的稳压电路稳压后，输出稳定的5V和18V，其中5V电压用于供给单片机和部分数字电路，并作为整机的基准电压；18V电压给LM339、IGBT功率管驱动、风扇供电。与通常家用电磁炉采用的开关电源相比，性能稳定可靠，电路结构简单，故障率低，更适合于学生实验使用。微处理器采用Microchip最近推出的PIC16F74，它是一款精简指令型(RISC)高性能的CPU，仅有35个单字节指令，其带有8路8位AD，双路PWM输出，3个定时/计数器，带 UART接口，195个字节RAM，4k X 14Bit的Flash存储器，保密性好，其指令速度在外部晶振 20MHz下，可达200ns的指令周期。本实用新型采用了 IGBT绝缘栅双极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和 MOS (绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电子器件，兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点。本实用新型采用透明微晶玻璃面板，具有方便观察实验仪主机内部结构和耐摔、
节能安全的优点。由于微晶玻璃具有纵向导热，横向不传热的特性，在使用的过程中，面板
的温度并不高，对其它部件几乎不存在热辐射现象，热损失极低。同时不易产生破裂或炸 m农。本实用新型所采用的金属盘为外沿凸起的浅盘形状，在实验中分别采用了铁、铝、 铜三种不同的金属材质。电磁原理实验线圈外框由透明的材质构成，内部设置有四组半径不同以及所绕圈数也不同的感应线圈，通过四组线圈的测量按键和外接电流表插孔可分别对四组线圈的感应电流进行测量，同时也可通过白炽电灯的明暗和变化进行直观的观察。
图1是电磁炉实验仪主机，其中的1是透明微晶玻璃面板，2是电磁线圈，3是四位数显功率计，4是功率增加调整按钮，5是功率减少调整按钮，6是开关按钮。图2是电磁原理实验线圈，其中的7是四组不同半径的感应线圈，8是白炽电灯，9 是电流测量按钮，10是四组线圈的测量按钮，11是外接电流表插孔。图3是金属盘图4是系统电路基本结构图图5是PWM脉宽调控电路。图6是IBGT功率管驱动电路。
具体实施方式
PWM脉宽调控电路输出端的直流电压变化与输入端的方波脉冲宽度有直接的关系，PWM脉冲越宽，C16上的积分电压越高，送到振荡电路的控制电压就越高，电磁线圈的功率就越大，反之越小。所以当要改变输出端的直流电压时，只要改变输入方波的脉冲宽度 (占空比)即可，而R33是高电平上拉电阻，C15则用来平滑输出的直流电压。对金属盘的表面温度的测量，可使用825T3型表面温度测量仪，测量的温度范围-50至+400°C，红外线温度精度为士 1°C，同样，也可在铁质、铜质、铝质的金属盘中盛入一定量的水，直观地感受各种不同情况下水温的变化和区别。IGBT管是一种电压激励场控型高压、高速大功率器件，导通时需在G极与地间加上十几伏的电压才能可靠地导通，截止时需为G极提供放电回路。IGBT管驱动电路如图6 所示，当LM339输出高电平时，Q3导通，Q4截止，+18V电压经Q3的c_e结及R39、R40流向 IGBT管G极，IGBT导通；当LM339输出低电平时，Q3截止，Q4导通，IGBT管G极中储存的电荷由R40及Q4的e-c结放电，为IGBT管的再次导通作好准备。[0021] 在使用电磁原理实验线圈进行实验时，除了可以结合不同半径的线圈进行测量， 同时也可对电磁原理实验线圈相对于微晶玻璃面板进行不同角度的倾斜，研究不同倾斜角对感应电流的影响和观察实验的现象。
权利要求1.一种电磁炉实验仪，其特征是电磁炉实验仪由电磁炉实验仪主机、电磁原理实验线圈和各种金属盘组成；电磁炉实验仪主机上设置有四位数显功率计、透明微晶玻璃面板和功率调整及开关按钮，内部具有单片机控制电路、高功率管驱动与稳压电源电路；电磁原理实验线圈设置有四组不同半径和所绕圈数的感应线圈、外接电流表插孔、四组线圈的测量按键、电流测量按键和白炽电灯。
2.根据权利要求1所述的电磁炉实验仪，其特征是在电磁炉实验仪主机内的单片机采用的芯片是PIC 16F74。
3.根据权利要求1所述的电磁炉实验仪，其特征是电磁炉实验仪单片机控制采用的是通过PWM脉宽调控电路去控制IGBT绝缘栅双极型功率管的输出。
4.根据权利要求1所述的电磁炉实验仪，其特征是电磁炉实验仪主机的电源电路采用的是变压器式低压供电单元。
5.根据权利要求1所述的电磁炉实验仪，其特征是电磁炉实验仪所采用的金属盘为外沿凸起的浅盘形状。
6.根据权利要求1所述的电磁炉实验仪，其特征是电磁原理实验线圈外框由透明的材质构成。
专利摘要本实用新型涉及一种电磁炉实验仪，电磁炉实验仪由电磁炉实验仪主机、电磁原理实验线圈和各种金属盘组成，电磁炉实验仪主机上设置有四位数显功率计和调整及开关按钮，电磁原理实验线圈设置有四组不同半径和所绕圈数的感应线圈、外接电流表插孔、四组线圈的测量按键、电流测量按键和电灯。本电磁炉实验仪采用接近电磁炉的方式，结合了单片机控制、电磁线圈、高功率管驱动与调制电路、不同的金属盘和不同的感应线圈来对电磁感应和涡流进行测量，使学生能更好的理解和掌握电磁感应、涡流、感应电流等相关知识，电磁炉实验仪结构合理，操作方便，稳定可靠，适用于各级学校的物理和电磁学等课程的教学实验和演示。
文档编号G09B23/18GK202102626SQ201120236918
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者汪建 申请人:四川农业大学, 汪建
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