[发明专利]摩擦力及摩擦系数实验与测量装置及测量方法

说明书

摩擦力及摩擦系数实验与测量装置的测量端包括摩擦承载板、超声波测速传感器、电机停止开关、底座、电路板、单片机、电阻应变式传感器、AD转换器、无线收发模块、直流电机、LED指示灯、滑轮和称重盘；电阻应变式传感器Ⅰ上设置有称重盘，电阻应变式传感器Ⅱ的一端设置有一个滑轮；在直流电机的输出轴上有一个卷线轮，无弹性线从卷线轮绕过滑轮后与被测物体连接；单片机利用PID算法调节电机驱动的PWM从而牵引被测物体匀速运动；显示控制端包括单片机、锂电池、液晶显示屏、无线收发模块、按键、蜂鸣器和LED指示灯，本发明测量快速、简单、直观、精确，既可以运用于物理实验教学，又可以用于专业的摩擦力及光滑度测定。

技术领域

本发明涉及一种摩擦力及摩擦系数测量装置，具体地说是一种摩擦力及摩擦系数实验与测量装置及测量方法。

背景技术

摩擦力的测量一直是物理实验设计的难点，物理实验中测量摩擦力的传统方法有斜面法和水平法。斜面法就是将被测物体放置在一个平台上，然后逐渐增加平台的倾斜角度，当被测物体由于重力开始下滑时，测量出倾斜角度，根据力的分解进行计算即可得到摩擦力和摩擦系数。水平法就是将被测物体水平放在水平的平台上，施加牵引力让被测物体匀速运动，此时的牵引力大小即为摩擦力的大小。

这两种方法均有各自的优点，斜面法则利用被测物体自身重力的分解力作为牵引力，缓慢抬升倾斜角度，具有设备简单，测量误差相对较小的优点；水平法直接测量被测物体的摩擦力，具有快速、直观的优点。但不得不承认它们也都有各自的缺点，斜面法是通过测量倾斜角度间接测量摩擦力及摩擦系数，首先作为实验演示时，不够直观，其次角度的精确测量难以实现，再者这种方法的分析、计算过于复杂，脱离了摩擦力实验的本质。所以在教学中很少采用这种方法，大多是采用水平法测量。但是水平法测量也存在着不足，最为突出的便是牵引力的提供，最原始的是手动牵引，即用手拉被测物体运动,但是人手提供的力不均衡，很难让物体沿水平方向做匀速运动。后来，人们也对摩擦力测量装置做了改进，用重物牵引或电动机牵引，这两种方法提供的牵引力是恒定的，但是由于我们是在测量摩擦力的大小，所以我们无法预知所提供的牵引力应该多大，这就造成了牵引力不等于摩擦力，故最终测量的结果也是错误的。此外，这种方法在测量时测力计是随着被测物体运动的，这就造成了读数的不便，而且大多测力计的精度不够，误差较大。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种测量快速、简单、直观、精确，既可以运用于物理实验教学，又可以作为专业的摩擦力及光滑度测定工具的摩擦力及摩擦系数实验与测量装置及测量方法。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种摩擦力及摩擦系数实验与测量装置，它包括测量端和显示控制端，

所述测量端包括摩擦承载板、超声波测速传感器、电机停止开关、底座以及设置在所述底座上的电路板、单片机、电阻应变式传感器、AD转换器、无线收发模块、直流电机、LED指示灯、滑轮和称重盘，所述电阻应变式传感器包括用于称重的电阻应变式传感器Ⅰ和用于测量电机牵引力的电阻应变式传感器Ⅱ，电阻应变式传感器Ⅰ和电阻应变式传感器Ⅱ分别经过所述AD 转换器与所述单片机连接；所述超声波测速传感器、电机停止开关、无线收发模块、LED指示灯分别与所述单片机连接，所述直流电机通过电机驱动与所述单片机连接；

所述电阻应变式传感器Ⅰ上设置有称重盘，所述电阻应变式传感器Ⅱ的一端固定在所述底座上，另一端固定连接一个滑轮座，在所述滑轮座上设置有一个滑轮；

在所述直流电机的输出轴上设置有一个工字型的卷线轮，一根无弹性线从所述卷线轮绕过位于卷线轮后方的所述滑轮后与所述摩擦承载板上的被测物体连接；所述单片机利用PID算法调节电机驱动的PWM从而牵引被测物体匀速运动；

所述超声波测速传感器用于测量被测物体的运动速度；

所述电机停止开关用于控制直流电机的停止；