梁子俊 百科知识 电火花打点计时器(物理实验计时仪器工作原理分析)

电火花打点计时器(物理实验计时仪器工作原理分析)

电火花打点计时器是物理实验中常用的一种计时仪器,其基本原理是每隔相同的时间在一条纸带上打出一个点。对于国内家庭照明用电来说,交流电的频率是50赫兹,电火花打点计时器直接使用照明用电,220伏交流电源供电,在交流电每个周期产生一次火花放电,在纸带上打点。因此电火花打点计时器打点频率与交流电的频率相同,也是50赫兹,交流电周期是0.02秒,所以电火花打点计时器也是每隔0.02秒打一次点,纸带上相邻两个点的时间间隔是0.02秒。

从电火花打点计时器高清拆解图,分析构造,详细解读电路工作原理

上图是物理实验室中使用很多年的打点计时器,稍微有些物理知识的就能看出来,这实际是一台电火花打点计时器,仪器标签是错误的。电火花打点计时器使用时,接通220伏交流电源,打点周期与交流电源周期相同,每个周期发生一次高压火花放电。纸带放在墨粉盘和放电极之间,高压电击穿纸带,在放电极和墨粉盘之间产生火花放电,在纸带上留下黑色点迹。此处墨粉盘作用有两个,其一导电,其二火花放电时在纸带上留下点迹。特别注意使用时,纸带放在墨粉盘下面(这里使用时经常放错顺序,纸带上点迹不清楚)。

从电火花打点计时器高清拆解图,分析构造,详细解读电路工作原理

下面我们进行拆解,看一下内部结构,分析一下工作原理。从底部卸下螺丝,拆开外壳,可以看到内部构造:电路板连接着一个匝数很少的线圈,小线圈绕在磁棒上,小线圈外部嵌套着一个匝数很多,分段绕制的大线圈,显然这是一个升压线圈(也可以理解为变压器)。小线圈匝数少,漆包线线径较粗,是初级线圈;大线圈绕制在一个塑料框架上,用塑料隔板隔开分段绕制,漆包线线径较细,匝数很多,是次级线圈。升压后次级线圈电压很高,可达数万伏,绝缘塑料隔开分段绕制防止击穿漆包线绝缘层放电。

从电火花打点计时器高清拆解图,分析构造,详细解读电路工作原理

绕制次级线圈的漆包线很细,线圈两端固定在外壳两个插孔上,并通过另外两根更粗的漆包线连接到放墨粉盘的转轴上和放电极上。我们把线圈单独拆下来仔细看一下其构造,仔细看一下线圈绕制方法以及在防止高压放电方面的具体做法。如下图所示,次级线圈一段一段的用厚厚的塑料隔板隔开,这样做的目的是防止漆包线间电压差过大,击穿漆包线表面的绝缘层放电。如果不加隔板整体绕制,就需要更复杂的绝缘措施,绕完一层线圈后加上绝缘布或绝缘纸后才再绕制一层。

从电火花打点计时器高清拆解图,分析构造,详细解读电路工作原理

上图中,两根绝缘套管连着的是初级线圈,初级线圈嵌套在次级线圈内部,初级线圈外面包裹着绝缘纸。把初级线圈拿出后,可以看到初级线圈匝数很少,只在磁棒上绕了一层。初级线圈连着电路板,次级线圈与电路板没有任何电路连接。电路板电子元件较少,看起来比较简单,六个二极管1N4007,四个色环电阻,阻值通过色环可以很简单的读出,另外还有一个稳压管,一个电容器,一个单向可控硅。如下图所示。

从电火花打点计时器高清拆解图,分析构造,详细解读电路工作原理

根据电路板,顺着背面敷铜线路走向,在白纸上绘出电路图。我们根据电路图简单分析一下,电路原理。在交流电正半周期,电源通过D1、R2、D3给电容器C1充电,电容器极板电压上正下负。在交流电的负半周期,电源经过D4、R3、R4、稳压管和D1等形成回路,并触发单向可控硅导通,C1上电荷经过初级线圈、D6和可控硅形成的回路形成脉冲电流,电流迅速减小到达可控硅维持电流后,可控硅关断。初级线圈脉冲电流形成的变化磁场在次级线圈上感应出高压电,高压电通过放电电极和墨粉盘,在距离最小处击穿纸带形成火花放电,在纸带上留下点迹,一个周期结束。交流电进入下一个周期,周而复始再次充电放电,充放电周期与电源周期相同。因此对于50赫兹的交流电来说,打点周期是0.02秒。

从电火花打点计时器高清拆解图,分析构造,详细解读电路工作原理

以上就是对物理实验中电火花打点计时器结构及工作原理的简单介绍,通过拆解一台实际使用中的打点计时器进行分析,希望通过高清拆解图,大家能了解其基本构造。通过绘制的电路图,能看清电路构造,通过我的简单分析,能深刻了解打点计时器打点周期与交流电源周期相同。

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