本實用新型涉及一種用于中學(xué)靜電實驗的靜電計。

背景技術(shù)：

靜電計又稱電勢差計或指針驗電器，是中學(xué)靜電實驗中常用的半定量測量儀器。靜電計可以用于檢驗物體所帶電荷的種類（正或負(fù)），傳統(tǒng)靜電計如圖1所示，其在底座1上設(shè)置表盤2，表盤2上方設(shè)有靜電球3，表盤2中設(shè)有中心桿4及指針5，實驗時先使靜電計中心桿4帶上已知種類的電荷，采用絲綢摩擦過的玻璃棒接觸靜電球3，指針5張角變大以指示靜電球3上的電荷量，并表明與中心桿4的電荷同類；若指針5張角變小則表明與中心桿4的電荷異類。該類靜電計為指針類儀器并通過指針指示電荷量及電荷種類，缺乏靜電實驗的直觀性，并且實驗過程比較枯燥，一定程度影響靜電實驗效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于中學(xué)靜電實驗的靜電計，本靜電計克服了指針類測量儀器的缺陷，通過顯示屏直觀顯示實驗數(shù)據(jù)，并采用外接端口傳輸實驗數(shù)據(jù)，提高了靜電實驗效果，可使學(xué)生有效掌握靜電知識。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型用于中學(xué)靜電實驗的靜電計包括靜電球、絕緣端子、機殼、顯示屏、電源開關(guān)、置零按鈕、電源模塊、電荷采集模塊、小信號濾波調(diào)理模塊、信號放大模塊和中央處理模塊，所述靜電球通過絕緣端子設(shè)于所述機殼頂面，所述顯示屏設(shè)于所述機殼前面直板，所述電源開關(guān)和置零按鈕分別設(shè)于所述機殼前面平板，所述電荷采集模塊的信號輸入端連接所述靜電球、信號輸出端連接所述小信號濾波調(diào)理模塊的輸入端，所述小信號濾波調(diào)理模塊的輸出端連接所述信號放大模塊的輸入端，所述信號放大模塊的輸出端連接所述中央處理模塊的信號輸入端，所述中央處理模塊的顯示信號輸出端連接所述顯示屏，所述電源模塊提供各個模塊的工作電源，所述電源開關(guān)串接于所述電源模塊的供電回路，所述置零按鈕串接于所述電荷采集模塊的電荷采集回路，所述電源模塊、電荷采集模塊、小信號濾波調(diào)理模塊、信號放大模塊和中央處理模塊設(shè)于所述機殼內(nèi)。

進一步，本靜電計還包括無線傳輸模塊，所述無線傳輸模塊設(shè)于所述機殼內(nèi)并且信號輸入端連接所述中央處理模塊的信號輸出端。

進一步，所述無線傳輸模塊是藍牙模塊或WIFI模塊。

進一步，本靜電計還包括USB接口，所述USB接口設(shè)于所述機殼側(cè)板并且連接所述中央處理模塊的信號輸出端。

由于本實用新型用于中學(xué)靜電實驗的靜電計采用了上述技術(shù)方案，即本靜電計的靜電球通過絕緣端子設(shè)于機殼頂面，顯示屏、電源開關(guān)及置零按鈕設(shè)于機殼前面直板和平板，電荷采集模塊采集靜電球電荷并輸入至小信號濾波調(diào)理模塊，小信號濾波調(diào)理模塊的信號輸出至信號放大模塊，信號放大模塊的信號傳輸至中央處理模塊，中央處理模塊的顯示信號輸出至顯示屏，電源模塊提供各個模塊的工作電源，電源開關(guān)串接于電源模塊的供電回路，置零按鈕串接于電荷采集模塊的電荷采集回路，電源模塊、電荷采集模塊、小信號濾波調(diào)理模塊、信號放大模塊和中央處理模塊設(shè)于機殼內(nèi)。本靜電計克服了指針類測量儀器的缺陷，通過顯示屏直觀顯示實驗數(shù)據(jù)，并采用外接端口傳輸實驗數(shù)據(jù)，提高了靜電實驗效果，可使學(xué)生有效掌握靜電知識。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進一步的詳細(xì)說明：

圖1為傳統(tǒng)靜電計的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型用于中學(xué)靜電實驗的靜電計結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本靜電計中各個模塊的原理框圖；

圖4和圖5為本靜電計中電荷采集模塊具體電路圖；

圖6為本靜電計中信號放大模塊的具體電路圖。

具體實施方式

實施例如圖2和圖3所示，本實用新型用于中學(xué)靜電實驗的靜電計包括靜電球6、絕緣端子7、機殼8、顯示屏9、電源開關(guān)10、置零按鈕11、電源模塊12、電荷采集模塊13、小信號濾波調(diào)理模塊14、信號放大模塊15和中央處理模塊16，所述靜電球6通過絕緣端子7設(shè)于所述機殼8頂面，所述顯示屏9設(shè)于所述機殼8前面直板81，所述電源開關(guān)10和置零按鈕11分別設(shè)于所述機殼8前面平板82，所述電荷采集模塊13的信號輸入端連接所述靜電球6、信號輸出端連接所述小信號濾波調(diào)理模塊14的輸入端，所述小信號濾波調(diào)理模塊14的輸出端連接所述信號放大模塊15的輸入端，所述信號放大模塊15的輸出端連接所述中央處理模塊16的信號輸入端，所述中央處理模塊16的顯示信號輸出端連接所述顯示屏9，所述電源模塊12提供各個模塊的工作電源，所述電源開關(guān)10串接于所述電源模塊12的供電回路，所述置零按鈕11串接于所述電荷采集模塊13的電荷采集回路，所述電源模塊12、電荷采集模塊13、小信號濾波調(diào)理模塊14、信號放大模塊15和中央處理模塊16設(shè)于所述機殼8內(nèi)。

優(yōu)選的，本靜電計還包括無線傳輸模塊17，所述無線傳輸模塊17設(shè)于所述機殼8內(nèi)并且信號輸入端連接所述中央處理模塊16的信號輸出端。

優(yōu)選的，所述無線傳輸模塊17是藍牙模塊或WIFI模塊。

優(yōu)選的，本靜電計還包括USB接口18，所述USB接口18設(shè)于所述機殼8側(cè)板83并且連接所述中央處理模塊16的信號輸出端。

本靜電計用于測量物體所帶靜電電量及極性，其內(nèi)部采用高度集成的數(shù)字化集成電路模塊實現(xiàn)電荷小信號的采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理顯示，可以提供高精度、高穩(wěn)定度的電荷測量。本靜電計采用圖形化用戶界面，顯示屏可采用5寸筆段式彩色液晶屏直觀動態(tài)顯示電量的變化和實驗數(shù)據(jù)，電源模塊可采用內(nèi)置鋰電池的便攜式設(shè)計，可以脫機獨立工作。另外本靜電計可提供USB接口或無線傳輸模塊與上位機通訊，實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的采集、顯示、存儲以及后期處理。電荷采集模塊采集靜電球的帶電電量并經(jīng)小信號濾波調(diào)理模塊處理，信號放大模塊將電壓信號放大并模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后傳輸至中央處理模塊，中央處理模塊將信號處理轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電量值后由顯示屏顯示。

如圖4和圖5所示，電荷采集模塊采用高阻抗電荷放大器配合高精度16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)靜電電量的數(shù)字化采集，可分辨微弱電量變化。圖4中U3A和U3B為高輸入阻抗運算放大器，U3B組成電荷轉(zhuǎn)換電路，將微弱的電荷信號變化轉(zhuǎn)換成可測量的數(shù)字電壓信號，U3A組成的電路為U3B組成的電路提供零點電平，使得靜電計可測量正負(fù)變化的電量。圖5為電荷采集模塊由信號繼電器U4構(gòu)成的清零電路，其作用是短路U3B組成電路中的采樣保持電容C2兩端，即釋放靜電球上積累的電量，清零操作后顯示屏顯示0nC，每次重新測量前均應(yīng)先進行清零操作，中央處理模塊檢測到置零按鈕按下時控制清零電路進行一次清零操作。

如圖6所示，本靜電計中的信號放大模塊采用內(nèi)置1-128倍可編程放大器U5構(gòu)成信號放大電路，其支持單端和雙端輸入，中央處理模塊可通過SPI接口采集放大后的數(shù)字信號。

本靜電計中的中央處理模塊可采用型號為C8051F340的單片機，其運行頻率48MHZ,支持USB2.0通信接口。

本靜電計以數(shù)字、圖形形式顯示，可直接讀數(shù)，輕巧攜帶方便且測量范圍廣，在實驗過程中，采用絲綢摩擦玻璃棒或橡膠棒后接觸靜電球，通過本靜電計可直接讀出玻璃棒或橡膠棒所帶的電荷量和極性，且在較長時間內(nèi)電荷無損耗，再次測量時通過置零按鈕清零，以保證測量的準(zhǔn)確性。同時將靜電計清零后，手握金屬板放置于靜電球上方，將帶電的玻璃棒或橡膠棒靠近金屬板，觀察靜電計的測量結(jié)果，以了解靜電屏蔽現(xiàn)象。