[发明专利]一种基于电磁力平衡的卡文迪许扭秤

说明书

一种基于电磁力平衡的卡文迪许扭秤,其包括工作台，吊架，检验组件，两个吸引质量块，以及两个磁力组件，所述检验组件包括弹性扭丝，连接杆，以及检验质量块。两个所述吸引质量块设置在所述工作台上并分别与两个所述检验质量块对应以与相应的检验质量块产生万有引力，且两个所述吸引质量分别位于两个所述检验质量块的两。每一个所述磁力组件包括电磁力发生器，以及电磁被动元件。所述电磁力发生器和所述电磁被动元件之间产生电磁力，万有引力和电磁力对所述弹性扭丝的扭矩大小相等，方向相反，所述弹性扭丝达到扭矩平衡，扭转角为零。本卡文迪许扭秤有利于提高了万有引力及万有引力常数G的测量准确度。

技术领域

本发明涉及物理实验器材技术领域，特别涉及一种基于电磁力平衡的卡文迪许扭秤。

背景技术

现有传统卡文迪许扭秤采用两个质量一样的小球分别放在扭秤的两端，扭秤中间用一根弹性扭丝系在支架上；两个质量一样的大球近距离相对于两个小球放置在固定工作台上，在万有引力作用，扭秤以弹性扭丝为中心微微偏转；弹性扭丝设置有小镜子，用准直的细光束照射镜子，细光束通过镜子反射到一测量标尺，根据细光束在标尺上的位置，可以得到扭秤的偏转角度，由此计算出万有引力及万有引力常数G。

但由于万有引力太弱，无法直接测量。传统卡文迪许扭秤，是通过测量扭秤偏转角计算得出万有引力，而弹性扭丝的弹性回转系数受到各种因素影响，如非线性、热弹性、时间漂移等，进而影响万有引力的精确测量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于电磁力平衡的卡文迪许扭秤，解决传统卡文迪许扭秤测量过程中，万有引力太弱，无法直接测量，同时消除了非线性、热弹性、时间漂移等对弹性扭丝弹性回转系数的影响，实现万有引力及万有引力常数G的精确测量。

一种基于电磁力平衡的卡文迪许扭秤，其包括一个工作台，一个设置在所述工作台上的吊架，一个吊设在所述吊架上的检验组件，两个分别设置在所述检验组件两侧的吸引质量块，以及两个分别设置在所述检验组件的两侧的磁力组件。所述检验组件包括一个吊设在所述吊架上的弹性扭丝，一个设置在所述弹性扭丝的自由端的连接杆，以及两个分别设置在所述连接杆两端的检验质量块。两个所述吸引质量块设置在所述工作台上并分别与两个所述检验质量块对应以与相应的检验质量块产生万有引力且两个所述吸引质量分别位于两个所述检验质量块的两侧。两个所述磁力组件分别与两个所述检验质量块对应，且设置在所述检验质量块的两侧。每一个所述磁力组件包括一个设置在所述工作台上的电磁力发生器，以及一个设置在所述检验质量块上的电磁被动元件。所述电磁力发生器和所述电磁被动元件之间产生电磁力。万有引力和电磁力对所述弹性扭丝的扭矩大小相等，方向相反，所述弹性扭丝达到扭矩平衡，扭转角为零。

进一步地，所述弹性扭丝由金属材料或由非金属材料制成。

进一步地，所述弹性扭丝截面是圆形或非圆形。

进一步地，所述弹性扭丝的自由端位于所述连接杆的中部。

进一步地，所述电磁力发生器的磁场由永磁体产生或由电子线圈产生。

进一步地，所述电磁被动元件由永磁材料或导磁材料制成。

进一步地，所述检验质量块为球形或者非球形。

进一步地，所述吸引质量块为球形或非球形。

与现有技术相比，本发明提供的基于电磁力平衡的卡文迪许扭秤具有两个分别设置在所述检验质量块的两侧的所述吸引质量块，以及分别与所述检验质量块相对应设置的磁力组件，通过电磁力对弹性扭丝产生电磁力扭矩，且当该电磁力扭矩与检验质量块与吸引质量块之间的万有引力的扭矩大小相等，方向相反时，弹性扭丝不扭转，扭秤保持平衡，从而将万有引力的测量转换为对电磁力的测量。同时，由于在测量过程中弹性扭丝只起到悬挂扭秤的作用，因此该弹性扭丝的非线性、热弹性、时间漂移等不利因素不会对万有引力的测量产生误差，从而提高了万有引力及万有引力常数G的测量准确度。

附图说明