[发明专利]补偿光电计时器时间的机械装置

说明书

本申请是申请日为2012年12月3日、申请号为2012105058673、发明名称为“一种光电计时器的时间补偿装置和方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于力学的教具，具体的说涉及的是一种用于自由落体计时器时间补偿的装置。

背景技术

有关自由落体的实验，测量时间的方法和装置已经非常先进，有一种比较普及而且比较精确的光电计时装置是这样的：用电磁铁吸引一个重物，这个重物应当是软磁性材料（所谓软磁性材料，是指：在磁场作用下，该材料具有磁性，磁场消失，该材料磁性也消失。比如：铁），断开电磁铁线圈电流的同时开始计时，重物通过下方的光电门（也叫做槽形光耦）时，被光电门感知到信号，通过外围设备（或者称为外围电路），可以获得该过程（从断开电磁铁线圈到重物达到光电门）的时间，然后，就把这个时间作为重物运动的时间，外围设备还可以显示（输出）这个时间。

并且，重物下落的距离是易于测量的，再利用运动学的公式，可以得到该过程的加速度。

事实上，某地区重力加速度的数值是容易在相关手册上查找得到的，并且可以得到非常精确的重力加速度数值。

换句话说，重物下落的时间，是可以由力学公式，尤其是其中运动学的公式计算得到的，但是，下落时间的试验值和理论值总是有误差，有的误差是有规律可循的。例如：

现代的电子技术可以把时间记录的非常精确，以至于对运动稍有影响的因素都会被反映出来。电磁铁断电后的很短时间、很短距离内，电磁铁和重物之间仍然有吸引的作用，这个吸引包括电磁铁剩磁对重物的吸引力，还包括重物的剩磁对电磁铁铁芯的吸引力，仅考虑该因素，该因素会导致重物实际下落的时间比理论时间稍长。这就导致利用该数据用来后续计算的误差较大。

重物同时还受空气阻力的作用，这种影响和很多因素有关，其中一个因素是重物的速度，速度越大，阻力就越大。但是，在下落的前30cm，空气阻力的影响非常小，在下落1米以后的高度，速度增大，阻力的影响可以被光电计时器测量出来，但是，这种影响是力学教学中希望测得的，因为该数据对后续学习有比较重要的作用。

当时间可以被记录的非常精确时，一点点的时间因素都要被充分考虑。

综上，这种光电计时器存在着计时时长和理论时长不一致的问题，主要原因是电磁铁和重物之间存在引力、重物受到空气阻力。空气阻力造成的影响是教学中希望被测量到的，电磁铁和重物之间的引力则是干扰因素，该干扰因素是希望能够被消除的因素。

发明内容

为了弥补现有装置的不足，本发明提出一种光电计时器的时间补偿装置和方法，本发明可以补偿光电计时器上因为剩磁造成的计时误差，以使实验更接近于理想状态。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于固定时差的光电计时器时间补偿方法，其特征是：

第一步：获得试验地点的重力加速度数值，

第二步：理论计算重物从电磁铁释放，下落高度为h₁应该用时为t₁，h₁的数值优选5cm---10cm，

第三步：实际测量重物从电磁铁释放，下落高度为h₁实际用时为t₂，

第四步：计算出t₂-t₁的结果，将此结果作为因剩磁造成的影响时间，

第五步：基于第四步的计算结果，调整外围电路，达到这样的目的：测量重物从电磁铁释放，下落高度为h₂的实际用时为t₃，外围电路显示的时间为t₄，且t₄  = t₃  - t₂  + t₁。

为了补偿光电计时器上剩磁造成的计时误差，以致实验更接近于理想状态，本发明解决其技术问题所采用的技术方案还可以是：

一种光电计时器的时间补偿装置，包括电磁铁，电磁铁由铁芯和铁芯外部绕着的线圈构成，其特征是：弹簧的上端连接铁芯，弹簧的下端连接一个软磁性材料制成的板，板的下部有一个由电磁铁吸引的软磁性材料制成的重物。

为了更好的起到时间补偿的效果，铁芯下部的中心位置开口，并且开口向铁芯上端延伸，弹簧连接在铁芯开口的内部，并且在内部的上端。

为了进一步优化时间补偿的效果，铁芯下部的中心位置开口，并且开口向铁芯上端延伸，铁芯上端还包括一个有内丝的开口，铁芯还包括一个与内丝配套的螺杆旋转在内丝内，弹簧连接在螺杆下端。