一種模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)裝置。它采用一個(gè)水槽，內(nèi)設(shè)兩個(gè)電極，水槽上方設(shè)置支架，支架上設(shè)置步進(jìn)電機(jī)及直線電機(jī)，分別通過接口與驅(qū)動(dòng)器及主控制器相連，直線電機(jī)與探針相連。設(shè)定待測等位線的電位，按下啟動(dòng)鍵，則步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)一定角度，然后直線電機(jī)帶動(dòng)探針移動(dòng)至該電位停下，記下該點(diǎn)極坐標(biāo)下的極徑及極角，依次使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)一周，測出不同方向上的等位點(diǎn)，就可測繪出一條等位線。同樣可測繪出其他等位線，最后根據(jù)電場線和等位線之間的正交關(guān)系就可作出電場線的分布圖。本實(shí)用新型介質(zhì)導(dǎo)電率容易控制，利用控制器控制驅(qū)動(dòng)器，帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)及直線電機(jī)移動(dòng)探針，定位準(zhǔn)確，操作方便。
【專利說明】一種模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)裝置，具體是涉及一種模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在研究靜電現(xiàn)象或電子束的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，需要確定帶電體周圍的電場分布情況。但是帶電體(有時(shí)稱電極)在空間形成的靜電場，除極簡單的情況外，大都不能求出其數(shù)學(xué)表達(dá)式，為了實(shí)用的目的，往往需要借助實(shí)驗(yàn)的方法來測定。但是，直接測定靜電場是很困難的，因?yàn)殪o電場沒有電流，測量儀器不能采用磁電式儀表，只能采用靜電式儀表，不僅設(shè)備復(fù)雜，而且由于把測試儀器引入靜電場后，由于靜電感應(yīng)和極化作用，原靜電場會(huì)產(chǎn)生顯著畸變，因此經(jīng)常采用一種間接的測定方法——模擬法來測定靜電場。所謂靜電場的模擬法，就是用某種其他形式的“場”(稱為模擬場)來代替(模擬)靜電場，從而能夠通過對模擬場的研究來代替對靜電場的研究。只要測定了模擬場的分布，靜電場的分布情況也就被測定了?？梢猿洚?dāng)“模擬場”的條件是該“場”所服從的分布規(guī)律(滿足的數(shù)學(xué)方程)與靜電場完全相似(數(shù)學(xué)形式完全相同)。只要滿足以下條件:(I)穩(wěn)恒電流場中的電極形狀與被模擬的靜電場的帶電體幾何形狀相同；(2)穩(wěn)恒電流場中的導(dǎo)電介質(zhì)是均勻介質(zhì)，即導(dǎo)電率處處相等，并遠(yuǎn)小于電極的電導(dǎo)率，以保證電流場中的電極可近似看作等位體；(3)模擬所用電極系統(tǒng)與被模擬電極系統(tǒng)的邊界條件相同，就可以采用穩(wěn)恒電流場來模擬靜電場，二者具有相同的電位分布。
[0003]在現(xiàn)代科學(xué)研究中，模擬法已經(jīng)成為一種常用的手段和方法。在實(shí)際工作中，靜電場的模擬法經(jīng)常用于電子管、示波管、顯像管及電子顯微鏡等多種電子束管內(nèi)部電極形狀的設(shè)計(jì)與研制。
[0004]模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中一個(gè)非常常見的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)電介質(zhì)有采用自來水的，也有采用導(dǎo)電紙或?qū)щ姴ＡУ?。目前的?shí)驗(yàn)裝置主要存在以下不足:
[0005]其一，采用導(dǎo)電紙或?qū)щ姴Ａё鳛閷?dǎo)電介質(zhì)，經(jīng)常存在介質(zhì)分布不均勻的情況，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。
[0006]其二，采用導(dǎo)電紙或?qū)щ姴Ａё鳛閷?dǎo)電介質(zhì)，探頭容易磨損介質(zhì)表面，對儀器造成損傷，并且影響實(shí)驗(yàn)精度。
[0007]其三，采用自來水作為導(dǎo)電介質(zhì)，存在導(dǎo)電率不易控制的問題。
[0008]其四，采用手動(dòng)方式改變探針位置尋找等位點(diǎn)，操作繁瑣，定位精度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本實(shí)用新型提出一種模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置不采用自來水而是采用一定濃度的氯化鈉溶液作為導(dǎo)電介質(zhì)，避免導(dǎo)電率的波動(dòng)，采用步進(jìn)電機(jī)及直線電機(jī)帶動(dòng)探針移動(dòng)，定位準(zhǔn)確方便。[0010]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:采用一個(gè)大尺度的水槽，水槽內(nèi)加入一定濃度的氯化鈉溶液，水槽內(nèi)設(shè)置兩個(gè)電極，電極與交流電壓源相連，通過交流電壓源電壓調(diào)節(jié)旋鈕可以調(diào)節(jié)加在電極上的電壓大小。在水槽的上方設(shè)置一支架，在支架上位于水槽中心處設(shè)置一步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過連接桿與直線電機(jī)導(dǎo)軌相連接，可以帶動(dòng)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)軌上設(shè)置一直線電機(jī)，直線電機(jī)與探針相連，探針末端設(shè)置一探頭，探頭與主控制器相連，可以測量探頭所在位置的電位。步進(jìn)電機(jī)通過接口與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過接口與主控制器相連；直線電機(jī)通過接口與直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過接口與主控制器相連。通過主控制器上的電位調(diào)節(jié)旋鈕可以設(shè)定待測等位線的電位，通過主控制器上的直線電機(jī)位置顯示屏可以顯示探針探頭所在處的極坐標(biāo)下的極徑，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度顯示屏可以顯示探針探頭所在處的極坐標(biāo)下的極角。通過交流電壓源將兩電極間的電壓調(diào)至合適值，按下復(fù)位按鍵，在主控制器控制下，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)直線電機(jī)導(dǎo)軌至初始位置，即X軸正方向。通過主控制器上的待測等位線電位調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)定待測等位線的電位，接下來按下測量啟動(dòng)按鍵，則直線電機(jī)帶動(dòng)探針探頭移動(dòng)，同時(shí)測量相應(yīng)點(diǎn)的電位，并與設(shè)定值比較，至相等停下來，從直線電機(jī)位置顯示屏讀出探頭所在處的極坐標(biāo)下的極徑，從步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度顯示屏讀出探頭所在處的極坐標(biāo)下的極角。接下來再按下測量啟動(dòng)按鍵，則步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)直線電機(jī)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)一定角度，然后直線電機(jī)帶動(dòng)探針探頭移動(dòng)，測出下一等位點(diǎn)的坐標(biāo)。依次使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)一周，測出不同方向上的等位點(diǎn)，就可測繪出一條等位線。通過主控制器上的待測等位線電位調(diào)節(jié)旋鈕依次改變待測等位線的電位，同樣可以測繪出相應(yīng)等位線，最后根據(jù)電場線和等位線之間的正交關(guān)系就可以作出電場線的分布圖。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是，采用一定濃度的氯化鈉溶液作為導(dǎo)電介質(zhì)，導(dǎo)電率容易控制，利用控制器控制驅(qū)動(dòng)器，帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)及直線電機(jī)移動(dòng)探針探頭，定位準(zhǔn)確，操作方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0013]附圖是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中1.支架，2.直線電機(jī)導(dǎo)軌，3.步進(jìn)電機(jī)，4.步進(jìn)電機(jī)與直線電機(jī)導(dǎo)軌之間的連接桿，5.直線電機(jī)，6.探針，7.探頭，8.電極一，9.直線電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的接口，10.直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，11、12.直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與主控制器之間的接口，13.直線電機(jī)位置顯示屏，14.待測等位線電位調(diào)節(jié)旋鈕，15.測量啟動(dòng)按鍵，16.待測等位線電位顯示屏，17.主控制器，18.步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度顯示屏，19、20.主控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間的接口，21.步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的接口，22.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，23.電極二，24.電極二與交流電壓源之間的接口，25.交流電壓源電壓顯示屏，26.交流電壓源，27.交流電壓源開關(guān)按鍵，28.交流電壓源電壓調(diào)節(jié)旋鈕，29.電極一與交流電壓源之間的接口，30.探頭與主控制器之間的接口，31.主控制器復(fù)位按鍵，32.水槽。
【具體實(shí)施方式】
[0015]圖中，采用一個(gè)大尺度的水槽32，水槽內(nèi)加入一定濃度的氯化鈉溶液，水槽內(nèi)設(shè)置兩個(gè)電極，分別為電極一 8和電極二 23，兩電極分別通過電極一與交流電壓源之間的接口29及電極二與交流電壓源之間的接口 24與交流電壓源26相連，通過交流電壓源電壓調(diào)節(jié)旋鈕28可以調(diào)節(jié)加在電極上的交流電壓大小。在水槽32的上方設(shè)置一支架1，在支架I上位于水槽32中心處設(shè)置一步進(jìn)電機(jī)3，步進(jìn)電機(jī)3通過步進(jìn)電機(jī)與直線電機(jī)導(dǎo)軌之間的連接桿4與直線電機(jī)導(dǎo)軌2相連接，可以帶動(dòng)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)，直線電機(jī)導(dǎo)軌2上設(shè)置一直線電機(jī)5，直線電機(jī)5與探針6相連，探針6末端設(shè)置一探頭7，探頭7通過探頭與主控制器之間的接口 30與主控制器17相連，可以測量探頭7所在位置的電位。步進(jìn)電機(jī)3通過步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的接口 21與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器22相連，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器22通過主控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間的接口 19、20與主控制器17相連；直線電機(jī)5通過直線電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間的接口 9與直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器10相連，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器10通過直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與主控制器之間的接口 11、12與主控制器17相連。通過主控制器17上的待測等位線電位調(diào)節(jié)旋鈕14可以設(shè)定待測等位線的電位，通過主控制器17上的直線電機(jī)位置顯示屏13可以顯示探頭7所在處的極坐標(biāo)下的極徑，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度顯示屏18可以顯示探頭7所在處的極坐標(biāo)下的極角。
[0016]具體實(shí)驗(yàn)操作步驟為:
[0017](I)向水槽32中倒入適量的一定濃度的氯化鈉溶液，作為均勻?qū)щ娊橘|(zhì)。
[0018](2)將待模擬電極(同軸電纜、平行導(dǎo)線或聚焦電極等)安放于水槽32中，分別為電極一 8和電極二 23，接好線路。
[0019](3)通過交流電壓源26上的交流電壓源電壓調(diào)節(jié)旋鈕28調(diào)節(jié)加在電極一 8和電極二 23上的交流電壓至合適值，比如10.0V。接下來按下主控制器復(fù)位按鍵31，在主控制器17控制下，步進(jìn)電機(jī)3帶動(dòng)直線電機(jī)導(dǎo)軌2至初始位置，即X軸正方向。
[0020](4)通過主控制器17上的待測等位線電位調(diào)節(jié)旋鈕14設(shè)定待測等位線的電位，比如1.0V，接下來按下測量啟動(dòng)按鍵15，則直線電機(jī)5帶動(dòng)探針6及探頭7移動(dòng)，同時(shí)測量相應(yīng)點(diǎn)的電位，并與設(shè)定值比較，至相等停下來，從直線電機(jī)位置顯示屏13讀出探頭7所在處的極坐標(biāo)下的極徑，從步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度顯示屏18讀出探頭7所在處的極坐標(biāo)下的極角。接下來再按下測量啟動(dòng)按鍵15，則步進(jìn)電機(jī)3帶動(dòng)直線電機(jī)導(dǎo)軌2旋轉(zhuǎn)一定角度，比如30度，然后直線電機(jī)5帶動(dòng)探針6探頭7移動(dòng)，測出下一等位點(diǎn)的極坐標(biāo)，依次使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)一周，測出不同方向上的等位點(diǎn)，就可測繪出一條等位線。
[0021](5)通過主控制器17上的待測等位線電位調(diào)節(jié)旋鈕14依次改變待測等位線的電位，比如 2.0V,3.0V,4.0V,5.0V,6.0V,7.0V,8.0V,9.0VU0.0V,同樣可以測繪出相應(yīng)等位線。
[0022](6)最后根據(jù)電場線和等位線之間的正交關(guān)系就可以做出電場線的分布圖。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)裝置，它包括一個(gè)水槽，水槽內(nèi)設(shè)置兩個(gè)電極，在水槽的上方設(shè)置一支架，在支架上位于水槽中心處設(shè)置一步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過連接桿與直線電機(jī)導(dǎo)軌相連接，導(dǎo)軌上設(shè)置一直線電機(jī)，直線電機(jī)與探針相連，探針末端設(shè)置一探頭，探頭與主控制器相連，步進(jìn)電機(jī)通過接口與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過接口與主控制器相連，直線電機(jī)通過接口與直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過接口與主控制器相連，其特征是:通過主控制器可設(shè)定待測等位線的電位，按下啟動(dòng)鍵，則步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)一定角度，然后直線電機(jī)帶動(dòng)探針移動(dòng)至該電位停下，顯示屏上可讀出該點(diǎn)的極坐標(biāo)，依次按下啟動(dòng)鍵，可使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)一周，測出不同方向上的等位點(diǎn)，就可測繪出一條等位線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:水槽為大尺度的水槽，水槽內(nèi)加入的均勻電解質(zhì)為一定濃度的氯化鈉溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:電極與交流電壓源相連，通過交流電壓源電壓調(diào)節(jié)旋鈕可以調(diào)節(jié)加在電極上的電壓大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬法測繪靜電場的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是:主控制器上的直線電機(jī)位置顯示屏可顯示探針探頭所在處的極坐標(biāo)下的極徑，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度顯示屏可顯示探針探頭所在處的極坐標(biāo)下的極角。
【文檔編號】G09B23/18GK203552555SQ201320727443
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】田凱, 張金平 申請人:黃河科技學(xué)院