Загрузка...
     
Международная научно-практическая
конференция интегративного характера
«КОНГРЕСС МАГИСТРАНТОВ»
Международная научно-практическая конференция интегративного характера  «КОНГРЕСС МАГИСТРАНТОВ» состоится --- октября ---  года. (даты могут корректироваться  в пределах обозначенных)

Сегодня - --.--.20--, зарегистрировано участников - 0
Подано работ - 0
Допущено к публичной защите - 0

Кахраманов И.С. Определение полюсов слабонамагниченных предметов.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
«ЮНОСТЬ, НАУКА, КУЛЬТУРА – 2013»


Секция: Инноватика, альтернативные источники энергии (гелиотехника, термоэнергетика, ресурсо-сберегающие технологии)

Исследовательская работа

на тему:

"ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЮСОВ СЛАБОНАМАГНИЧЕННЫХ ПРЕДМЕТОВ"


Автор: Кахраманов Ильгам Салех-оглы,

ЦД(Ю)ТТ«Городской» г. Липецка,

ученик 9класса


Руководитель: Самохин Юрий Петрович,

Педагог дополнительного образования,

руководитель

лаборатории радиотехнического конструирования,

ЦД(Ю)ТТ «Городской» г. Липецка


Россия, г. Липецк, 2013г.

Аннотация

Наша Земля-огромный постоянный магнит, полюсы которого лежат в приполярных областях. В районе магнитных полюсов вектор напряженности естественного магнитного поля перпендикулярен земной поверхности, а на Экваторе параллелен ей. В наших широтах угол между этим вектором и поверхностью земли составляет около 40˚-60˚, напряженность естественного магнитного поля приблизительно 50 А/м. Существует множество приборов измерителей от простых (магнитные стрелки, например компас) до сложных (магнитометры).

Мною была разработана и изготовлена действующая модель несложного датчика магнитного поля, названная “Определение полюсов слабо намагниченных предметов”, который найдет применение, как для познавательных целей, так и для решения различных прикладных задач. Он может быть использован в различных системах охраны, сигнализации и регистрации-везде, где требуется обнаружить перемещение ферримагнитных предметов относительно датчика, либо перемещение его самого в магнитном поле Земли, или в поле, специально созданном постоянными магнитами.

Схема настолько удачна и чувствительна, что предложенным прибором легко определяются полюса любого стального инструмента. Доходчиво и наглядно можно продемонстрировать прибор на уроках физики, в теме, касаемой магнитных полей и индуктивности. Предложенная модель малогабаритна, потребляет немного электрической энергии, и не сложна по конструкции в случае повторения.

План исследования

Проблема

Возможно ли определение полярности слабо намагниченных материалов доступными методами?

Гипотеза

Разработать устройство, помогающее не только определить полярность слабо намагниченных, но и имеющее широкое применение при выполнении прикладных и исследовательских работ.


План

  1. Анализ и изучение работ приборов измеряющих напряженность магнитных полей.

  2. Изучение схем магнитных датчиков.

  3. Разработка высокочувствительного усилителя-преобразователя магнитных полей.

  4. Разработка схем дополнительных возможностей предлагаемого устройства.

  5. Разработка печатных плат.

  6. Испытания и доводка в реальных условиях.

Описание

Магнетизм относится к числу основных, фундаментальных явлений природы. Магнитные свойства веществ могут быть поставлены в один ряд с электрическим зарядом. Магнетизм, так же как и электричество, был замечен человеком несколько тысячелетий назад. Разумеется, этот новый вид “притягивающих сил” в те времена не сумели объяснить, но свойства вещества, обладающие магнитными свойствами, назвали “магнетизмом”.

Загадочная способность веществ притягивать железо была обнаружена на месторождении руды вблизи города Магнезии (один из древнейших городов Малой Азии). Люди столкнулись со способностью руды притягивать железо. Так и пошло слово “магнит”.

Определить полюса магнита можно с помощью другого магнита (у которого известны северный и южный полюса), например стрелка компаса. Но как быть, если магнитные свойства предмета или инструмента очень слабы. А по тем или иным причинам необходимо определить напряженность магнитного поля этого предмета и его полярность. Возникает такая необходимость в медицине, в промышленности, в различных исследованиях.

Электричество из магнетизма впервые получил английский физик Майкл Фарадей, доказавший, что оно может возникнуть только при движении проводника в магнитном поле, причем полярность зависит от того, как ориентирована продольная ось магнитопровода (по полю или против него).

Для разработки данного изделия в качестве первичного датчика используется катушка, перемещающаяся в магнитном поле. Но полученное при этом микро мощное напряжение настолько мало (всего несколько десятков мкВ), что требует специального подхода для дальнейшего преобразования. После длительных проб и ошибок была выбрана для этих целей микросхема К561ЛН2, внутри которой находятся 6 логических элементов “НЕ”.

Между входом и выходом первого логического элемента включена измерительная катушка, которая служит элементом отрицательной обратной связи для перевода этого логического элемента в линейный режим работы. Возникшая при перемещении электродвижущая сила на концах катушки усиливается этим элементом. Конденсатор С2 (см. приложение №2), установленный на выходе этого элемента отсекает колебания частотой выше 5Гц. На последующих трех логических элементах, так же переведенных в линейный режим работы, собраны усилители медленно изменяющего напряжения, причем коэффициент усиления элемента 1.3 можно изменять в широких пределах. Полученный сигнал запускает одновибратор на элементах 1.5 и 1.6 в той же микросхеме, который нужен для создания импульса индикации, причем регулируемого по длительности от 0,2сек до 4сек в зависимости от режима работы предлагаемого устройства. Микросхема получает питаниеот 9 вольтового источника через сопротивление 1мОм, то есть потребляемый ток находится в пределах 10 мкА. Это не мало важно, особенно когда устройство работает в режиме сторожа.

Полученный импульс нужной длительности приходит на усилитель, выполненный на двух транзисторах (кТ315 и кТ814), нагрузкой которого является сверхяркий светодиод—индикатор наличия магнитного поля.

Для определения полюсов слабо намагниченных материалов нажимаем кнопку❸ (см. приложение №5).Далее, оперируя регулятором чувствительности и производя, левые и правые поступательные движения (либо вверх, вниз; зависит от исследуемого объекта) легко определяются полюса, на таких предметах как ланцет, пинцет, зажим, отвертка, и даже небольших предметах, таких как иголка или шило, не говоря уже о магнитах с неопределенными полюсами. Предлагаемое устройство легко определяет и естественные полюса земли. Если нанести шкалу на регулятор чувствительности, то с определенной точностью можно определять и напряженность магнитного поля у любого ферримагнитного предмета.

Было решено расширить возможности предлагаемого устройства, так как разработанная схема получила большую чувствительность. Разработал и изготовил блок коммутации (см. приложение №1;№1.1), который переводит устройство в различные режимы работы.

При нажатии кнопки ❷ на передней панели (см. приложение №5) устройство работает в режиме сторожа. В этом режиме одновибратор усилителя (см. приложение №2) увеличивает импульс срабатывания до 4сек благодаря увеличению номинала резистора R2 до величины 3мОм. А параллельно основному светодиодному индикатору подключается дополнительная схема (см. приложение №3) звуко -, светогенератора, которая выполнена на двух транзисторах типа КТ315 и работает как мультивибратор с частотой переключения 0,5Гц. В таком режиме устройство может производить охрану любого ферримагнитного предмета величиной от 1см2 на расстоянии до 1 метра.

При нажатии кнопки ❶ (см. приложение №5) устройство переходит в режим работы счетчика ферримагнитных материалов. В этом режиме длительность импульсаодновибраторауменьшается до 0,2сек и снимается с коллектора основного светодиодного индикатора (см. приложение №2) и подается на двухразрядный счетчик, выполненный на двух микросхемах К176ИЕ4 (см. приложение №4), нагруженных семисегментными светодиодными индикаторами типа АЛС324Б1 (с общим анодом). Для согласования входа счетчика с импульсами, поступающими со светодиодного индикатора, служит один логический элемент “НЕ” микросхемы К561ЛН2 (см. приложение №4). При нажатии кнопки ❶ одновременно подается и питание на счетчик.

Счетчик способен посчитать до 99 предметов со скоростью не более 5 предметов в секунду. Схема разработана с возможностью расширения указанных параметров.

Отключение и включение устройства производится специальной кнопкой, расположенной на передней панели (см. приложение №5). Кроме того контур (катушка) устройства съемный, то есть имеется возможность поднимать катушку открытого типа при демонстрациях различных опытах, связанных с магнетизмом, на уроках физики. Прибор малогабаритен, удобен в работе, легко повторяем и с минимальным потреблением электрической энергии. Выполнен на печатных платах (см. приложение №6).


Использованная литература

1.Чистяков Н.И. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. М: Радио и связь, 1990г.

2. Журнал «Радио», №№ 2000-2012гг.

3. Журнал «Радиоконструктор», №№ 2002-2012гг.

4.Афанасьев Ю. Феррозонды. – Л.: Энергия, 1969г.

5.Сидоров И. и др. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники: Справочник. – М.: Радио и связь, 1989г.


ФГБОУ ВО «Липецкий государственный педагогический университет имени П.П. Семенова-Тян-Шанского»