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電磁鐵的應(yīng)用范文第1篇

關(guān)鍵詞 磁法勘探；鐵礦；應(yīng)用

中圖分類號(hào)TD1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2014）122-0097-02

在20世紀(jì)六七十年代，我國在部分地區(qū)進(jìn)行了多次尋找富饒鐵礦為重點(diǎn)的計(jì)劃，在當(dāng)時(shí)取得了一批重要的成果，但是由于當(dāng)時(shí)條件和技術(shù)的限制，無法進(jìn)行更深層次的探查。如今隨著我國科技的不斷進(jìn)步，我國提出及時(shí)對(duì)相關(guān)礦區(qū)進(jìn)行勘察驗(yàn)證對(duì)于緩解我國礦石行業(yè)的嚴(yán)峻形勢(shì)、擴(kuò)大我國鐵資源有著十分重要的戰(zhàn)略意義。我國科研人員通過對(duì)鐵礦勘察進(jìn)行各種方法的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磁法是重要且有效的方法，通過對(duì)磁法勘探給出的資料進(jìn)行各方面的分析探究，也是尋找鐵礦的重要依據(jù)。

磁法勘探又稱磁力勘探（簡稱磁法）。磁法勘探可在地面（地面磁法）空中（航空磁法）海洋（海洋磁法），地面鉆孔中（井中磁法）和衛(wèi)星磁測(cè)進(jìn)行。可以在地面找專業(yè)人員設(shè)立起測(cè)網(wǎng)設(shè)備，然后通過磁力儀來對(duì)出現(xiàn)磁異?，F(xiàn)象的位置進(jìn)行研究并分析其分布特點(diǎn)，在分析后通常采取等值線圖的方法對(duì)其異常值進(jìn)行修正并記錄，但是在這個(gè)過程中極易出現(xiàn)較大的誤差，因此工作人員在測(cè)量過程中要盡可能避免易導(dǎo)致事物發(fā)生的問題。由于在測(cè)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種不可忽視的誤差，所有結(jié)果都要進(jìn)行嚴(yán)格的修正后才能得到真正的異常值。

1 磁法勘測(cè)的特點(diǎn)

磁法勘探通過對(duì)相關(guān)實(shí)物的觀察，研究，由自然界的種種礦物質(zhì)或者其他能勘探的對(duì)象所造成的磁異常而進(jìn)行系統(tǒng)化理化的深化的研究。對(duì)于普通的的鐵礦勘探中來說具備了有以優(yōu)點(diǎn)：1）效率較高。鐵礦中的礦石大多數(shù)都是有磁性的，這些磁性的存在往往會(huì)對(duì)及其的運(yùn)作產(chǎn)生一定干擾，使測(cè)量結(jié)果跟實(shí)際情況存在不小出入存在極大偏差，不過通過這種磁法勘探能有效的甄別出不同地方的的磁性區(qū)別，并劃定鐵礦磁性物質(zhì)的投射區(qū)間。所以磁法勘探技術(shù)是勘探物探找礦中最為有效的手段；2）實(shí)用。因?yàn)殍F礦存在地點(diǎn)不同，環(huán)境條件惡劣與否、礦物多少?zèng)]有人可以預(yù)知，在使用其他物探工作鋪設(shè)電線、電極等設(shè)施時(shí)會(huì)受到很大的環(huán)境條件限制，當(dāng)無法滿足時(shí)就無法進(jìn)行進(jìn)一步的勘探工作，相比之下磁法勘探在施工過程中受環(huán)境、客觀條件限制較少；3）高效便捷。過去人們進(jìn)行勘探時(shí)需要攜帶的各種工具既繁重精確度又不夠，磁法勘探中便捷的儀器使用和手持衛(wèi)星定位儀的使用，極大的提高了工作效率。同時(shí)可以與計(jì)算機(jī)連接輸出測(cè)量數(shù)據(jù)，免去了人工操作計(jì)算的誤差。⑷經(jīng)濟(jì)。使用磁法勘探的成果進(jìn)行推斷解釋，即可基本探明鐵礦體的空間賦存狀態(tài)，不需要?jiǎng)e的更多復(fù)雜的測(cè)量和計(jì)算，更不需要耗費(fèi)更多的儀器和時(shí)間。

在其發(fā)展的最初時(shí)期，就依照著鐵礦中會(huì)存在較強(qiáng)磁性的特點(diǎn)來尋找大型以及中型是磁鐵礦床。其采用的對(duì)于磁力進(jìn)行勘測(cè)的設(shè)備有機(jī)械式磁力儀-磁秤，主要測(cè)量原理是等同于一個(gè)固定的來對(duì)某位設(shè)置的地面場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)；電子磁力儀-磁通門磁力儀，由于其自身具備著許多機(jī)械式設(shè)備沒有的特點(diǎn)因而備受測(cè)量工作者的歡迎，在沒有外加磁場(chǎng)存在的情況下設(shè)備中感應(yīng)的交變磁場(chǎng)在正反兩個(gè)半周期內(nèi)是對(duì)稱的若存在一個(gè)沿元件軸的外加磁場(chǎng)則元件在一個(gè)半周期內(nèi)比在另一個(gè)半周期內(nèi)將更快地達(dá)到飽和狀態(tài)因而引起的磁通量不能互相抵消?？梢愿鶕?jù)這一原理來進(jìn)行對(duì)外加磁場(chǎng)大小的測(cè)量，但其主要被應(yīng)用于地測(cè)和航測(cè)中。除此之外，質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀也是逐漸被廣泛應(yīng)用的一種磁測(cè)設(shè)備，常被應(yīng)用于航測(cè)以及海測(cè)。

2 磁法勘探在鐵礦勘察中的應(yīng)用

1）在某大型礦區(qū)設(shè)置八個(gè)長期觀測(cè)站。并且以1：3000的比例尺進(jìn)行布網(wǎng)，應(yīng)用工作區(qū)測(cè)量，電子追蹤技術(shù)通過電腦得到準(zhǔn)確的三維立體圖庫。經(jīng)過檢測(cè)共使用了布測(cè)線80條。每個(gè)要80cm，共用磁法勘探點(diǎn)3000個(gè)。使用的儀器是當(dāng)今最先進(jìn)的磁力儀器。并最終通過微人機(jī)交互反演和磁化三維反演模型兩種方法聯(lián)合應(yīng)用于鐵礦實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的解釋獲得了很好的效果；

2）北方某地區(qū)有大型鎳礦、中型銅礦，試驗(yàn)中在該礦山ZK17孔進(jìn)行了地―井瞬變電磁法的測(cè)量。 首先在該孔零方位進(jìn)行了觀測(cè)。結(jié)果在井深150m附近發(fā)現(xiàn)一個(gè)范圍較大、幅值較高的異常，通過計(jì)算和分析最終認(rèn)為該異常是由于ZK17孔井旁厚板狀導(dǎo)體而引起的。 后來經(jīng)過驗(yàn)證，找到了近20m厚的硫化物銅鎳礦體；

3）在某磁礦區(qū)異常中心地段采用對(duì)測(cè)線中段作加密點(diǎn)距地磁總強(qiáng)度磁測(cè)，并在一個(gè)工作日內(nèi)在不同時(shí)間采取同樣時(shí)長的數(shù)據(jù)，在使用ΔT平面等值線圖對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并經(jīng)過反演最終通過本次磁測(cè)的后期數(shù)據(jù)的處理以及采礦前后勘測(cè)剖面的對(duì)比推斷出磁鐵礦脈向下延伸較大；

4）在某硼礦化磁鐵礦采用GPS坐標(biāo)定點(diǎn)、使用高精度質(zhì)子核旋磁力儀進(jìn)行勘測(cè)活動(dòng)，在測(cè)量過程中對(duì)日變測(cè)量對(duì)測(cè)值進(jìn)行修正后進(jìn)行全面評(píng)價(jià)和分析得到最終數(shù)據(jù)結(jié)果。然后綜合異常區(qū)域剖面圖和等值線平面圖進(jìn)行分析，并對(duì)異常突出的區(qū)域進(jìn)行布鉆孔驗(yàn)證，通過鉆孔所取巖芯與異常推斷結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，最終結(jié)果表示此法在該礦區(qū)試用的總體效果很好。

3 結(jié)論

綜上來看，如今隨著開采的力度加強(qiáng)，礦產(chǎn)資源日益減少，但對(duì)于對(duì)礦產(chǎn)日益擴(kuò)大的資源需求，就要求礦產(chǎn)在開發(fā)時(shí)的方法需要改進(jìn)，對(duì)資源的合理開發(fā)利用越來越重要。磁法勘探作為一種最早使用的物探方法，在地質(zhì)領(lǐng)域中不斷發(fā)展和完善，在礦產(chǎn)勘測(cè)方面起著重大作用，隨著儀器的發(fā)展解決地質(zhì)問題的深度和廣度不斷提高。鐵礦資源是我國重要的資源之一，磁法勘測(cè)在我國占據(jù)重要位置，但其中還存在不足，需要相關(guān)科研人員根據(jù)我國實(shí)際情況和條件，進(jìn)行更深層次的研究，使磁法勘測(cè)技術(shù)更為簡便，能更好的為我們服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

電磁鐵的應(yīng)用范文第2篇

【關(guān)鍵詞】電磁(EMAT)無損探傷；鋼鐵；特點(diǎn)；應(yīng)用前景

隨著我國工業(yè)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，在鋼鐵行業(yè)中，對(duì)鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量問題也越加重視。電磁（EMAT）無損探傷技術(shù)的推出，成為了鋼鐵行業(yè)檢測(cè)鋼鐵產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量的重要手段，由于它的檢測(cè)速度快，并且精確度很高等優(yōu)勢(shì)，因此成為我國在鋼鐵行業(yè)的首選檢測(cè)方式。電磁（EMAT）無損探傷技術(shù)的成功應(yīng)用，使它在鋼鐵行業(yè)中擁有更好的發(fā)展前景。

1.電磁（EMAT）無損探傷

電磁超聲波換能器就是電磁（EMAT）無損探傷，這種技術(shù)屬于新的超聲波發(fā)射與接收的一種裝置，主要是采用電磁效應(yīng)進(jìn)行超聲波的發(fā)射與接收。電磁（EMAT）無損探傷通過電磁趨膚層內(nèi)穩(wěn)恒磁場(chǎng)中產(chǎn)生的超聲波源在線圈中感應(yīng)電壓，并接收電壓信號(hào)送往信號(hào)處理中，經(jīng)過放大和過濾后送往波形數(shù)字化電路，采用計(jì)算機(jī)測(cè)量到達(dá)的時(shí)間和振幅，然后將鋼板的厚度進(jìn)行計(jì)算，并在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行不間斷的重復(fù)掃描顯示。因?yàn)殡姶牛‥MAT）無損探傷技術(shù)不需要耦合介質(zhì)或接觸有關(guān)的檢測(cè)材料，就能夠?qū)⒊暡ㄟM(jìn)行發(fā)射與接收，所以，它屬于一種非常好的非接觸超聲波發(fā)射與接收的系統(tǒng)，但是這種技術(shù)必須要擁有可以產(chǎn)生電磁波的材料才能夠被實(shí)際應(yīng)用。

電磁（EMAT）無損探傷根據(jù)不同的聲阻抗介質(zhì)進(jìn)行脈沖反射，其主要的缺陷主要有白點(diǎn)和氣泡、分層和夾雜，以及內(nèi)裂和縮松等。當(dāng)鋼板表面的電磁波遇到傳播缺陷問題時(shí)，就會(huì)自動(dòng)形成缺陷反射波，然后由接收裝置接收，并以波形圖的方式在回波器中顯示，根據(jù)回波器中的顯示可以判斷出缺陷的不同大小和位置。電磁（EMAT）無損探傷的類型由穩(wěn)恒磁場(chǎng)的方向和脈沖電流的頻率，以及金屬線圈的形狀來決定。通過不同的磁場(chǎng)與線圈組合的模式，電磁（EMAT）無損探傷所產(chǎn)生的波有兩種：其一，縱波和橫波；其二，表面波和板波。由于以往的壓電超聲波換能器必須利用水等耦合介質(zhì)無法進(jìn)行橫波的傳播，因此，只可以利用縱波進(jìn)行無損探傷檢測(cè)，而電磁（EMAT）無損探傷不僅可以采用縱波，還可以采用橫波進(jìn)行檢測(cè)。如下圖所示：

1.電磁鐵；2.電磁場(chǎng)；3.感應(yīng)電流；4.缺陷；

5.超聲檢測(cè)波；6.缺陷反射波；7.洛侖茲力；

8.電磁線圈；9.脈沖發(fā)射器；10.脈沖接收器

2.電磁(EMAT)無損探傷的特點(diǎn)

首先，電磁(EMAT)無損探傷能夠在各種溫度環(huán)境下工作，并且不需要耦合介質(zhì)和非接觸的檢測(cè)。電磁(EMAT)無損探傷能夠適應(yīng)鋼板-40℃到650℃的范圍，而以往的無損探傷只能適應(yīng)0℃到100℃的范圍。由于以往的無損探傷裝置的耦合介質(zhì)是水，因此，一旦鋼板溫度達(dá)到100℃以后，就會(huì)在表面上產(chǎn)生氣泡，從而對(duì)耦合的效果造成很大的影響。而電磁(EMAT)無損探傷由于探傷裝置的位置非常靈活，并且擁有非接觸性，通過指數(shù)就能夠?qū)椛涞臏囟冗M(jìn)行減弱。以往無損探傷所使用的耦合介質(zhì)不僅造成了水資源的浪費(fèi)，還容易在鋼板的表面形成影響外觀的銹蝕等問題。因?yàn)殡姶?EMAT)無損探傷的工作直接就可以在鋼板表面的趨膚層進(jìn)行，非接觸就能完成工作，所以不會(huì)存在維護(hù)問題，也不需要耦合介質(zhì)。

其次，電磁(EMAT)無損探傷的速度非?？欤⑶揖哂泻軓?qiáng)的抗干擾性，超聲波所傳播的距離很遠(yuǎn)。與以往的探傷速度相比，電磁(EMAT)無損探傷的速度要比以往的速度高出1倍之多，達(dá)到2m/s。電磁(EMAT)無損探傷可以按照電磁效應(yīng)確保超聲波的發(fā)射與接收，能夠消除鋼表面或噪音等因素帶來的干擾，并均勻的形成電磁超聲波的波場(chǎng)，加快檢測(cè)的靈敏度和提高傳播的距離。

最后，電磁(EMAT)無損探傷能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出缺陷，并且對(duì)試件表面沒有任何過高的要求。由于鋼鐵表面上有許多折疊或是重皮等地方不易檢測(cè)出缺陷，但是電磁(EMAT)無損探傷就能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出缺陷。無需對(duì)試件表面進(jìn)行特殊的清理，也能夠通過非接觸試件發(fā)射與接收返回的超聲波。

3.電磁(EMAT)無損探傷技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用前景

電磁（EMAT）無損探傷在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用有很多，如測(cè)厚，探傷等等，是工業(yè)應(yīng)用中的重要方面。主要是要采用體波和SV波進(jìn)行超聲波的檢測(cè)。在試件中的傳播時(shí)延通過檢測(cè)超聲波就能夠?qū)⒃嚰暮穸葯z測(cè)出來。以往的測(cè)厚會(huì)受到耦合介質(zhì)的影響，但是由于電磁(EMAT)無損探傷是采用的垂直橫波，因此，要比以往的壓電換能器高出很多。電磁（EMAT）無損探傷在測(cè)厚方面典型的應(yīng)用就是無縫鋼管的檢測(cè)。在鋼鐵行業(yè)中鋼壁厚的均勻程度是評(píng)定鋼質(zhì)量的重要指標(biāo)，應(yīng)用電磁超聲技術(shù)，可以通過測(cè)量鋼管上不同位置的壁厚，得知其均勻程度，從而提供了一種可靠地控制產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)手段。

當(dāng)然，金屬探傷也是無損檢測(cè)領(lǐng)域中個(gè)一個(gè)重要組成部分，通過觀察缺陷的回波和物體底面的回波，電磁超聲技術(shù)可以確定物體中缺陷的位置和大小。與傳統(tǒng)的PET探傷技術(shù)相比，電磁（EMAT）無損探傷有著許多明顯的優(yōu)點(diǎn)，例如不需要耦合介質(zhì)，適用溫度范圍更廣，探傷速度快，抗干擾性強(qiáng)等。

我國最早應(yīng)用電磁（EMAT）無損探傷是針對(duì)金屬探傷的研究。經(jīng)過大功率脈沖信號(hào)的發(fā)射，在鋼板中產(chǎn)生Lamb波檢測(cè)缺陷。而且該技術(shù)的檢測(cè)是利用兩個(gè)線圈來進(jìn)行盲目的消除。

工業(yè)的快速發(fā)展，使市場(chǎng)對(duì)鋼鐵行業(yè)的需求更加強(qiáng)烈。在鋼鐵行業(yè)中，其重要的衡量金屬薄板組織性能的指標(biāo)值是γ值，是金屬薄板在單向拉伸時(shí)，試樣寬度和厚度方向的真應(yīng)變，也就是板抵抗厚度和破裂的能力。例如：從鋼板不同的方向檢測(cè)超聲波的速度，然后通過超聲波的速度計(jì)算出彈性模量N，并根據(jù)N值和γ值算出γ值。隨著這項(xiàng)研究逐漸成熟，并加快了此技術(shù)的發(fā)展，使電磁（EMAT）無損探傷更加廣泛的應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)中。

總而言之，由于電磁（EMAT）無損探傷在我國的鋼鐵行業(yè)無損檢測(cè)中得到廣泛的應(yīng)用。不僅在測(cè)量溫度和耦合介質(zhì)等方面得到了改變，還提高了檢測(cè)的精度，對(duì)鋼鐵內(nèi)部的缺陷或是厚度都能夠進(jìn)行全面的檢測(cè)。盡管電磁超聲波技術(shù)在檢測(cè)方面有很大的進(jìn)步，但是怎樣將電磁（EMAT）無損探傷更好的利用到鋼鐵行業(yè)中，還需更加努力的研究。

【參考文獻(xiàn)】

［1］孫明君．全自動(dòng)超聲波探傷機(jī)在中厚板生產(chǎn)中的應(yīng)用[A]．2009年全國中厚板生產(chǎn)技術(shù)研討會(huì)論文集[C]．2009．

［2］于寧;鋼管電磁超聲探傷數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究[D]．沈陽工業(yè)大學(xué)，2009．

電磁鐵的應(yīng)用范文第3篇

【關(guān)鍵詞】電磁鐵;脈沖性反力;仿真分析;動(dòng)態(tài)特性

Abstract：In this paper，aimed at a pulsed reaction force，three different types electromagnet were dynamically simulated by using Ansoft software，calculated the dynamic characteristics of the electromagnetic attractive force，displacement and speed under the same condition.And to be compared and analyzed to arrive at the most suitable electromagnet with the condition reaction force，so as to achieve efficient and material saving purpose.

Key words：electromagnet;pulsed reaction force;simulation analysis;dynamic characteristics

1.引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，低壓開關(guān)電器的用量日益增加，對(duì)其性能的要求越來越高。電磁系統(tǒng)作為低壓開關(guān)電器的重要組成部分，其特性直接影響電器整體的性能。常見的電磁機(jī)構(gòu)反力是呈階段性遞減的趨勢(shì)，反力特性曲線。但有些具有特殊用途設(shè)備的開關(guān)電磁機(jī)構(gòu)反力是具有脈沖性的，如瞬時(shí)脫扣機(jī)構(gòu)和具有起重性質(zhì)的負(fù)載反力特性等[1]，其反力特性為中間行程大，兩邊行程小，曲線如圖1所示。如何設(shè)計(jì)選擇合理的電磁系統(tǒng)，使其與脈沖性反力合理配合，達(dá)到開關(guān)的穩(wěn)定、可靠閉合是目前相關(guān)用戶的主要關(guān)注和需求點(diǎn)。本文采用U型、E型和螺管式三種不同形狀的電磁鐵分別作為相關(guān)開關(guān)的電磁系統(tǒng)部分，通過利用工程軟件Ansoft2D對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析與對(duì)比[2]。最終選出合閘速度快，可靠性高，節(jié)省材料的電磁鐵作為相關(guān)電器開關(guān)的電磁系統(tǒng)部分的元件。

圖1 具有脈沖性的反力特性曲線圖

2.電磁鐵的靜態(tài)吸力特性分析

電磁鐵的基本工作原理是根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而在動(dòng)鐵心和靜鐵心之間產(chǎn)生電磁吸力使動(dòng)鐵心動(dòng)作達(dá)到控制開關(guān)轉(zhuǎn)換的要求[3-4]。

電磁鐵麥克斯韋吸力公式如下所示：

（1）

式中：F為電磁吸力，為氣隙磁通，為氣隙面積，為氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度，為空氣磁導(dǎo)系數(shù)。

由公式（1）可知，電磁吸力的大小與動(dòng)、靜鐵心的接觸面積有關(guān)。所以在相同材料和激勵(lì)下，選擇合理的電磁鐵結(jié)構(gòu)就顯得十分重要。

電磁鐵的結(jié)構(gòu)分類較多。本文針對(duì)同尺寸的U型、E型和螺管式三種結(jié)構(gòu)電磁鐵作為分析和比較的對(duì)象。

通過對(duì)行程中各個(gè)階段的電磁力計(jì)算，可得到如圖2所示的靜態(tài)吸力特性曲線圖。

圖2 靜態(tài)吸力特性曲線圖

將三種結(jié)構(gòu)的電磁鐵與反力特性相比較可知，雖然兩者在行程中有小于反力的部分，但由于吸力大于反力的行程大，動(dòng)鐵心可以依靠慣性沖過反力大于吸力的一段行程，并吸合到底，既可以快速閉合電路，又可以減輕機(jī)械沖擊。

3.動(dòng)態(tài)特性仿真與對(duì)比分析

本文采用Maxwell Ansoft2D電磁場(chǎng)瞬態(tài)求解器對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析[5]，電源部分為220V交流電經(jīng)過整流、濾波后給電容充電，充電后的電容通過放電為激勵(lì)線圈回路提供激勵(lì)電流。電磁鐵行程約為12mm，并選取動(dòng)鐵心吸合位移和吸合速度等動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行對(duì)比分析。

圖3 動(dòng)鐵心位移特性曲線

圖3所示為動(dòng)鐵心位移特性曲線，從圖中可以看出，U型和E型兩種形狀的電磁鐵的動(dòng)鐵心在約7.5ms處達(dá)到吸合位置，并且E型要比U型略快一些，但效果不明顯。而螺管式電磁鐵的吸合時(shí)間約為10ms，相對(duì)來說吸合速度要慢很多。

圖4所示為動(dòng)鐵心的速度特性曲線，從圖中可看出，在達(dá)到吸合位置之前U型和E型的瞬時(shí)速度相近，且二者遠(yuǎn)大于螺管式。E型略大于U型，但效果不明顯。然而，當(dāng)?shù)竭_(dá)吸合位置的瞬間，E型的速度要遠(yuǎn)大于U型，所以相同尺寸和材料下其動(dòng)鐵心的沖量要遠(yuǎn)大于U型，這樣會(huì)導(dǎo)致動(dòng)靜鐵心在吸合時(shí)鐵心之間的碰撞增大，縮短電磁系統(tǒng)的機(jī)械壽命。

圖4 動(dòng)鐵心速度特性曲線

4.結(jié)論

本文利用Ansoft2D對(duì)三種不同形狀的電磁鐵進(jìn)行有限元仿真分析，得到了各自的電磁吸力特性、位移特性和速度特性。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，得出以下結(jié)論：（1）所得特性中，U型和E型的電磁鐵均相似，且遠(yuǎn)優(yōu)于螺管式電磁鐵。（2）從電壽命角度看，U型要優(yōu)于E型。（3）從生產(chǎn)工藝角度看，U型要優(yōu)于E型。

以上結(jié)論為開關(guān)電器的研制生產(chǎn)可提供一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[3]曹云東.電器學(xué)原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

電磁鐵的應(yīng)用范文第4篇

【關(guān)鍵詞】STC12C5A60S2；電磁鐵；角度傳感器；語音播報(bào)

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體方案論證

電磁控制運(yùn)動(dòng)裝置由單片機(jī)控制模塊、角度測(cè)量模塊、電磁驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊、觸摸屏輸入模塊、語音模塊、聲光報(bào)警模塊組成。

1.2 各模塊方案選擇

1.2.1 控制器模塊才

考慮使用彩色液晶顯示，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)大，處理數(shù)度快等實(shí)際情況，選擇STC12C5A60S2單片機(jī)。內(nèi)部自帶高達(dá)60K FLASH ROM，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8-12倍。

1.2.2 電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊

使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電磁鐵，并且驅(qū)動(dòng)電流方向可以改變，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；直接用單片機(jī)的I/O口提供信號(hào)；而且電路簡單，使用比較方便。

1.2.3 顯示模塊

方案一：采用LCD12864屏。128*64點(diǎn)陣，可以顯示數(shù)字、中英文字符和圖案，但只能顯示8*6個(gè)漢字，且單色，圖案分辨率較低，不能進(jìn)行觸摸屏輸入。

方案二：采用TFT彩屏是薄膜晶體管型液晶顯示屏，它的每一個(gè)象素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)的這樣不僅提高了顯示屏的響應(yīng)速度，同時(shí)可以精確控制顯示色階，所以TFT液晶的色彩更逼真。而且TFT觸摸屏可以進(jìn)行觸摸屏輸入，以此可以減少按鍵的設(shè)計(jì)，節(jié)約資源，界面清晰。

綜合考慮，選擇了TFT LCD彩屏顯示。

1.2.4 語音提示模塊

為了對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行語音播報(bào)，我們選擇了SYN6288語音合成芯片。這種芯片具有清晰、自然、準(zhǔn)確的中文語音合成效果；通過異步串口接收待合成的文本，實(shí)現(xiàn)文本到語音的轉(zhuǎn)換。文本識(shí)別智能、語音合成效果和智能識(shí)別效果非常優(yōu)越。還具有體積小、硬件接口簡單、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)。

1.2.5 角度測(cè)量模塊

使用三角加速度傳感器MMA8451。MMA8452Q是一款具有14位分辨率的智能低功耗、三軸、電容式微機(jī)械加速度傳感器。具有豐富嵌入式功能，可以節(jié)省整體功耗，解除主處理器不斷輪詢數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)。該器件可被配置成利用任意組合可配置嵌入式的功能生成慣性喚醒中斷信號(hào)，帶有靈活的用戶可編程選項(xiàng)，可以配置多達(dá)兩個(gè)中斷引腳，在靜止?fàn)顟B(tài)保持低功耗模式。可同時(shí)測(cè)量角度和加速度。

1.2.6 按鍵輸入模塊

本設(shè)計(jì)使用TFT彩色觸摸屏做觸屏輸入。TFT彩色觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)觸摸屏輸入功能，使系統(tǒng)更加智能化，同時(shí)減少了電路的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步減少干擾。觸摸屏已經(jīng)成為發(fā)展的趨勢(shì)。

1.2.7 電源模塊

考慮到安全方面需要有保護(hù)電路，選擇采用線性電源為本系統(tǒng)提供電源，電磁鐵的額定電壓是12V。

1.2.8 系統(tǒng)模塊的最終方案

（1）控制模塊：采用STC12C5A60S2作為CPU核心控制芯片；

（2）電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊：采用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電磁鐵，實(shí)現(xiàn)電磁鐵磁場(chǎng)的改變；

（3）顯示模塊：采用TFT LCD彩屏顯示；

（4）語音模塊：采用SYN6288語音芯片進(jìn)行播報(bào)；

（5）角度測(cè)量模塊：采用三角加速度傳感器MMA8451；

（6）按鍵輸入模塊：采用TFT觸摸屏同時(shí)進(jìn)行顯示和觸摸屏按鍵輸入。

2.理論分析與計(jì)算

2.1 電磁控制運(yùn)動(dòng)裝置理論分析與計(jì)算

2.1.1 電磁控制裝置支架的制作與分析

我們自己設(shè)計(jì)并手工制作了一套裝置，采用廢棄木板做整個(gè)裝置的底座支架，用來安裝單片機(jī)控制系統(tǒng)，語音播報(bào)模塊，喇叭、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路、電磁鐵，以及擺桿及擺桿支架。擺桿支架采用軸承做旋轉(zhuǎn)軸，以此減小轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力，使擺桿更好控制。同時(shí)角度傳感器加裝在擺桿軸上，可以更加準(zhǔn)確的測(cè)量擺桿的偏角。

2.1.2 擺桿擺動(dòng)角度分析

將三角加速度MMA8451傳感器，放置于擺桿軸上，跟隨擺桿一起擺動(dòng)，用于測(cè)量擺桿的擺動(dòng)角度。

水平放置時(shí)，在測(cè)量范圍不超過±60o時(shí)，一個(gè)雙軸加速度傳感器可以用來測(cè)量兩個(gè)方向的角度。本系統(tǒng)測(cè)量只需要10―45度，所以完全夠用，所以選擇了水平放置三角加速度傳感器。

2.1.3 擺桿擺動(dòng)周期分析

擺桿周期要求設(shè)置為0.5s-2s，步進(jìn)值為0.5s。單片機(jī)通過PWM調(diào)制，控制電磁鐵排斥的電流大小，同時(shí)采集三角加速度傳感器的角度信號(hào)，通過PID調(diào)節(jié)控制從靜止點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)，到第二次經(jīng)過靜止點(diǎn)的周期為0.5s、1s、1.5s、2s四種，周期可以預(yù)置。精度準(zhǔn)確。

設(shè)置擺桿擺動(dòng)時(shí)的周期，然后電磁鐵給擺桿的磁鐵一定的排斥力，當(dāng)擺桿穩(wěn)定時(shí)，通過角度傳感器判斷最大擺角時(shí)，所用時(shí)間，如果所用時(shí)間比設(shè)置時(shí)間長，那就減小排斥力，使速度加快，如果所用時(shí)間比設(shè)置時(shí)間短，那就增大排斥力，使速度減小。以此來實(shí)現(xiàn)周期的測(cè)量。

2.1.4 電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊分析

電磁鐵額定電壓值為12V，可以采用普通的大功率三極管作為電磁鐵的驅(qū)動(dòng)電路，但是三極管的極性不能改變，只可以給電磁鐵提供一個(gè)方向的電流，不滿足電磁鐵磁性必須改變的條件。所以采用了用在電機(jī)上面的L298N作為電磁鐵的驅(qū)動(dòng)模塊。

L298N實(shí)質(zhì)就是H橋驅(qū)動(dòng)電路，電路簡單，驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)電磁鐵驅(qū)動(dòng)電流方向的改變，同時(shí)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的方向改變也可以改變電磁鐵的吸力和排斥力的大小。

2.1.5 彩色液晶和觸摸屏模塊分析

彩色液晶顯示屏采用TFT，與普通的LCD12864液晶屏相比，不光可以實(shí)現(xiàn)彩色顯示功能，同時(shí)可以作為觸摸屏輸入使用，減少了按鍵輸入的麻煩。使得此裝置更加智能化，功能更優(yōu)化。

3.系統(tǒng)電路與程序設(shè)計(jì)

3.1 硬件電路部分

3.1.1 整個(gè)裝置

手工設(shè)計(jì)并自制電磁控制運(yùn)動(dòng)裝置的硬件架構(gòu)，省卻了出去購買的資本。

3.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)STC12C5A60S2為主控模塊，控制電磁鐵的電流方向和大小，使得擺桿上面的磁鐵在電磁力的作用下左右擺動(dòng)，同時(shí)軟件檢測(cè)三角加速度傳感器反饋的角度信號(hào)，通過PWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)電磁鐵通過電流的大小，進(jìn)而改變電磁鐵的吸力和排斥力，從而改變擺桿擺動(dòng)的幅度和周期。程序采用PID算法，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，實(shí)時(shí)性非常高。

3.1.3 電磁鐵驅(qū)動(dòng)模塊電路

我們采用L298N芯片對(duì)電磁鐵進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，用單片機(jī)的P1.0、P1.1口作為控制信號(hào)的輸出端，通過輸出脈沖信號(hào)控制電磁鐵的電流的方向和大小。

3.1.4 角度傳感器模塊電路

將角度傳感器固定于軸上，使得角度傳感器和擺桿一起擺動(dòng)，單片機(jī)實(shí)時(shí)采集角度傳感器的信號(hào)，以此作為檢測(cè)擺桿擺動(dòng)幅度和周期的標(biāo)準(zhǔn)三角加速度傳感器。

3.1.5 TFT彩色液晶和觸摸屏電路

本設(shè)計(jì)采用TFT彩色液晶和觸摸屏電路，同時(shí)用于顯示和觸摸屏輸入，改善了一般設(shè)計(jì)中同時(shí)使用LCD12864和按鍵作為輸入的浪費(fèi)資源的狀況。使得系統(tǒng)更加時(shí)尚和智能化。

3.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)軟件部分實(shí)現(xiàn)了以STC12C5A60S2為主控單元，通過PWM輸出脈寬調(diào)制信號(hào)，控制電磁鐵的電流的大小，同時(shí)采集三角加速度傳感器的角度信號(hào)，進(jìn)而控制擺桿的擺動(dòng)幅度和周期。同時(shí)控制電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)電磁鐵電流的流向，控制電磁鐵磁力的方向，是吸力還是斥力。單片機(jī)程序PID調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了擺桿的幅度和周期的測(cè)量。

4.系統(tǒng)測(cè)試方案與測(cè)試條件

4.1 使用的儀器儀表

量角器、秒表

4.2 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，本系統(tǒng)的調(diào)試共分為三大部分：硬件調(diào)試，軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊設(shè)計(jì)法，所以方便對(duì)各電路模塊功能進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試。

4.3 測(cè)試數(shù)據(jù)

（1）響應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)分析

測(cè)試條件是：按下啟動(dòng)鍵，擺桿從靜止點(diǎn)開始，到擺桿固定擺動(dòng)穩(wěn)定四個(gè)周期的時(shí)間。表4-1所示。

（2）停止時(shí)間測(cè)試

測(cè)試條件：按下停止鍵，擺桿響應(yīng)停止命令，到完全停止，所用時(shí)間。測(cè)試結(jié)果如表4-2所示。

（3）絕對(duì)誤差測(cè)試

測(cè)試條件：擺桿在設(shè)定固定角度30度角時(shí)，測(cè)試結(jié)果如表4-3所示。

（4）周期測(cè)試

測(cè)試條件：擺桿在設(shè)定固定周期1s時(shí)，測(cè)試結(jié)果如表4-4所示。

（5）預(yù)置幅值和周期測(cè)試

測(cè)試條件：通過觸摸屏預(yù)置擺桿幅值和周期，測(cè)試結(jié)果如表4-5所示。

4.4 測(cè)試結(jié)果與分析

經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)的嚴(yán)格測(cè)試，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)題目所要求的基本功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)和制作要求。

參考文獻(xiàn)

電磁鐵的應(yīng)用范文第5篇

一、讓科學(xué)課動(dòng)起來

這個(gè)“動(dòng)”字，在這里指的是生動(dòng)。我們所使用的科學(xué)教材，是從學(xué)生身心發(fā)展特點(diǎn)和生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，根據(jù)有利于學(xué)生親歷學(xué)習(xí)過程；有利于實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域?qū)W習(xí)目標(biāo)；有利于培養(yǎng)學(xué)生情感態(tài)度和價(jià)值觀的原則，精選科學(xué)知識(shí)和技能，重視社會(huì)普遍關(guān)注的顯示內(nèi)容，以及具有綜合性和關(guān)聯(lián)性的內(nèi)容，充分體現(xiàn)了科學(xué)來源于生活又應(yīng)用于生活的思想理念。因此，在小學(xué)科學(xué)課的教學(xué)中，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)情境，開展生動(dòng)的科學(xué)課堂，使學(xué)生能夠迅速地融入課堂教學(xué)中來，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的欲望。引導(dǎo)學(xué)生去探索、去發(fā)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)真正意義上的探究性學(xué)習(xí)。

例如，在教學(xué)《地震》一課時(shí)，我充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，來創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣。首先，談話導(dǎo)入：同學(xué)們，你們喜歡旅游嗎？喜歡旅游的同學(xué)請(qǐng)舉手。哦，有這么多同學(xué)呀。老師也很喜歡旅游，2007年我去了美麗的汶川，還拍了好多照片，我們一起來欣賞。（課件展示美麗的汶川圖片）怎么樣？同學(xué)們，這里的風(fēng)景美不美？學(xué)生紛紛說出自己的感受，真是美不勝收，宛若人間仙境，這么美的地方我真想再去看一看。于是，2008年我又故地重游，也拍了一些照片（課件展示地震后的汶川圖片），看著這些照片，你們什么心情？（學(xué)生又紛紛表達(dá)了自己的心情）你們知道為什么變成這樣了呢？根據(jù)學(xué)生的回答，教師隨機(jī)板書：地震。在我們生活的地球上，幾乎每天都在發(fā)生大大小小不同程度的地震。地震是目前人類社會(huì)無法抗拒的自然災(zāi)害之一，給人們的生活造成了嚴(yán)重的危害。那么，關(guān)于“地震”，你想了解哪些知識(shí)呢？學(xué)生紛紛回答……

前后兩組照片，形成了鮮明的對(duì)比，使學(xué)生感受到了視覺上的沖擊以及心靈上的震撼，促使學(xué)生迫切想要了解關(guān)于地震的一些知識(shí)，從而達(dá)到了激發(fā)興趣的目的。

二、讓科學(xué)課活起來

這個(gè)“活”字，指的就是探究活動(dòng)。探究既是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，又是科學(xué)學(xué)習(xí)的方式。親身經(jīng)歷以探究為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的主要途徑?？茖W(xué)課程應(yīng)向?qū)W生提供充分的科學(xué)探究機(jī)會(huì)，使他們?cè)谙窨茖W(xué)家那樣進(jìn)行科學(xué)探究的過程中，體驗(yàn)學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，增長科學(xué)探究能力，獲取科學(xué)知識(shí)，形成尊重事實(shí)、善于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài)度，了解科學(xué)發(fā)展的歷史。

觀察、實(shí)驗(yàn)是科學(xué)教學(xué)的主要過程，也是學(xué)生科學(xué)探究的主要環(huán)節(jié)。學(xué)生通過對(duì)材料的擺弄、操作和觀察可以獲得豐富的客觀現(xiàn)象，為進(jìn)一步探究科學(xué)的結(jié)論奠定基礎(chǔ)。提出問題是科學(xué)認(rèn)識(shí)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，只有提出問題，才能形成假設(shè)，進(jìn)而驗(yàn)證假設(shè)得出結(jié)論。

例如，教學(xué)《電鈴響叮當(dāng)》一課，在學(xué)生研究電磁鐵的磁力這個(gè)問題時(shí)，我鼓勵(lì)學(xué)生從不同的角度、不同層面去觀察、思考，去尋找問題的答案，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。首先，我設(shè)計(jì)了一場(chǎng)比賽：讓學(xué)生在制作電磁鐵的基礎(chǔ)上，比一比哪個(gè)小組的電磁鐵吸起小鐵釘?shù)膫€(gè)數(shù)最多，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)電磁鐵的磁力大小不同。進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生提出研究的問題：電磁鐵的磁力大小與哪些因素有關(guān)？我鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行猜測(cè)：先提示學(xué)生從電磁鐵的結(jié)構(gòu)入手，推測(cè)電磁鐵的磁力大小與什么有關(guān)。多數(shù)學(xué)生都能想到：電磁鐵的磁力大小與電流的大小和線圈的匝數(shù)有關(guān)?？赡茈娏髟酱?，磁力越大；也可能電流越大，磁力越??；可能線圈的匝數(shù)越多，磁力越大；也可能線圈的匝數(shù)越多，磁力越小。然后，我再鼓勵(lì)學(xué)生從猜想入手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，要采取對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并記錄。然后學(xué)生在小組內(nèi)交流評(píng)價(jià)各自的實(shí)驗(yàn)方案，并對(duì)自己的方案進(jìn)行修改完善，再根據(jù)方案選擇合適的材料和工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證自己的猜想是否正確。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，組織學(xué)生在全班交流各自的方法和結(jié)果，使學(xué)生體會(huì)到成功的快樂，滿足學(xué)生心理的需要。在交流的基礎(chǔ)上，師生共同歸納結(jié)論：電磁鐵磁力的大小與電流的大小和線圈的匝數(shù)有關(guān)：電流越大，磁力越大；線圈匝數(shù)越多，磁力越大。最后鼓勵(lì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)制作磁力更強(qiáng)的電磁鐵，比一比誰制作的電磁鐵吸起的鐵釘個(gè)數(shù)最多，并解釋其中的原因。這樣又掀起了學(xué)生思維的新浪潮，使他們從多方面提出了自己的想法，并通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的猜想。這個(gè)探究過程集動(dòng)腦、動(dòng)口、動(dòng)手于一體，體現(xiàn)了“玩中學(xué)”的觀點(diǎn)。

在教學(xué)過程中，我充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，把學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)教給學(xué)生，讓學(xué)生自己去想、自己去做、自己去發(fā)現(xiàn)和探索。讓學(xué)生在獨(dú)立探究的過程中去充分地體驗(yàn)科學(xué)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷，在體驗(yàn)中使學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)得到發(fā)展，體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

三、讓科學(xué)課美起來

科學(xué)課的課堂教學(xué)最直接、使用率最高的就是口頭評(píng)價(jià)，而這種評(píng)價(jià)的語言必須是發(fā)自內(nèi)心的、充滿激勵(lì)的，能夠使學(xué)生感受到教師的支持與贊美。課堂上，教師要充分尊重學(xué)生，及時(shí)評(píng)價(jià)學(xué)生的意見或研究成果，讓學(xué)生始終處于主體地位，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)自己或別人的想法及研究結(jié)果進(jìn)行大膽評(píng)價(jià)，在評(píng)價(jià)中深化學(xué)生的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的評(píng)價(jià)能力，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)開放的學(xué)習(xí)空間和思維空間。只有這樣，才能讓學(xué)生在寬松環(huán)境中獨(dú)立思考，自主探究，大膽想象。教師應(yīng)用發(fā)展的眼光看待每一個(gè)學(xué)生，關(guān)注學(xué)生的進(jìn)步、提高和發(fā)展，更多地關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出的精彩個(gè)性與潛能，關(guān)注學(xué)生解決問題的靈活性與創(chuàng)造性，以及在學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出的非凡創(chuàng)造力及優(yōu)秀的學(xué)習(xí)品質(zhì)。