CN102269784B - 一种两颗粒碰撞带电测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两颗粒碰撞带电测量装置，包括透明密闭容器、落球装置、支撑装置、法拉第筒、电荷仪和摄像机，所述的落球装置、支撑装置和法拉第筒设置在透明密闭容器内，摄像机设置在透明密闭容器上或者透明密闭容器外，法拉第筒包括内筒、外筒以及设置在内筒和外筒之间的绝缘垫片，其内筒筒壁与电荷仪的输入端相连接，外筒接地，法拉第筒内放置固定颗粒，支撑装置上设置落球装置，落球装置上设置下落颗粒，下落颗粒的位置设置在固定颗粒的正上方。本发明能够测量两颗粒碰撞后的电量，方便实用。

Description

一种两颗粒碰撞带电测量装置

技术领域

本发明涉及一种碰撞带电测量装置。

背景技术

两颗粒碰撞带电已被人们广泛接受，尤其在风沙环境力学研究中，两颗粒碰撞带电已经被学者承认为一种沙粒起电机理。然而，因为没有测量两颗粒碰撞带电的仪器，两颗粒碰撞后是否会产生电荷，主要影响因素是什么，带电量的主要规律是什么，因受测量仪器的制约目前得不出结果，从而也影响了这个项目的发展进程。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种能够测量两颗粒碰撞带电测量装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种两颗粒碰撞带电测量装置，包括透明密闭容器、落球装置、支撑装置、法拉第筒、电荷仪和摄像机，落球装置、支撑装置和法拉第筒设置在透明密闭容器内，摄像机设置在透明密闭容器上或者透明密闭容器外，法拉第筒包括内筒、外筒以及设置在内筒和外筒之间的绝缘垫片，其内筒筒壁与电荷仪的输入端相连接，外筒接地，所述的法拉第筒内放置固定颗粒，所述的支撑装置上设置落球装置，落球装置内设置下落颗粒，下落颗粒的位置设置在固定颗粒的正上方。

进一步地，落球装置由下铁板、旋转装置、旋转铁板、支柱、持球装置和上铁板组成，下铁板通过放置在其上的支柱托起上铁板，上铁板为一个叶轮，叶轮上设置有叶片，每两个相邻的叶片之间设置有持球装置，所述的持球装置包括固定筒和活动盖板，固定筒为为一个直角三棱柱壳体，所述的活动盖板设置在固定筒的下端开口处并且与固定筒相应侧壁转动连接，下铁板上设置一个旋转装置，旋转装置内设置一电机，旋转装置上设置一个旋转铁板，所述的旋转铁板与持球装置的活动盖板相接触，所述的活动盖板下方的旋转铁板上设置一开槽。

进一步地，透明密闭容器的内壁面设置一层铁丝网，以屏蔽外电场。

进一步地，透明密闭容器上设置一个进气阀门和出气阀门，所述的进气阀门的进气口与氮气瓶出气口相连接。

本发明提供了一种测量在给定环境中不同粒径比、不同高度两个颗粒碰撞( 包括正碰和斜碰) 带电量的测量及识辨正碰和摩擦对碰撞带电贡献的方法，给出正碰撞和摩擦对碰撞带电量的贡献，可以对给定环境中不同粒径比、不同高度两个颗粒碰撞带电量进行测量。填补了两颗粒碰撞带电量无法测量的技术空白。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1 是本发明的主视图的剖视图；

图2 是本发明的俯视图；

图3 是持球装置示意图；

图4 是旋转铁板示意图。

图中：1- 进气阀门；2- 录像机；3- 透明密闭容器；4- 铁丝网；5- 法拉第筒；6- 支柱；7- 上铁板；8- 持球装置；9- 旋转装置；10- 下铁板；11- 下落颗粒；12- 旋转铁板；13- 固定颗粒；14- 内筒；15- 外筒；17- 电荷仪；18- 绝缘垫片；19- 支撑装置；20- 出气阀门；21- 开槽；22- 氮气瓶。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

根据图1 所示，本发明包括透明密闭容器3、落球装置、支撑装置19、法拉第筒5、电荷仪17 和摄像机2。透明密闭容器3 主要材料是玻璃，容器经过胶粘加工制造，可以观测整个实验过程，在通过壁面留有的进气阀1 和出气阀20 控制容器中的气体成分，内壁面粘有铁丝网4 屏蔽外电场。落球装置主体一个以支柱6 连接的两个平行铁板，上板7 为一叶轮、下板10 为矩形板。支撑装置以钢管为材料，经过连接制造，可以调节高度；法拉第筒5、电荷仪17 以及摄像机2 是现有仪器。整个容器碰撞装置以及法拉第筒5、电荷仪17 都接地。

法拉第筒5 由内筒14，外筒15 组成，两筒之间用绝缘垫片18 隔开，内筒14 筒壁与电荷测量仪链接，外筒15 接地。法拉第筒5 内有固定颗粒13，与下落颗粒11 发生碰撞，由电荷仪17测出碰撞后固定颗粒13 的带电量。

根据图2- 图4 所示，上铁板7 是一个加工成叶片形状，这个装置放置在支撑装置19 上。落球装置由下铁板10、旋转装置9、旋转铁板12、支柱6、持球装置8 和上铁板7 组成。下铁板10 通过放置在其上的支柱6 托起上铁板7。在上铁板7 每一个开口处焊有持球装置8，持球装置8 是一个直角三棱柱壳，其平面底面开口，斜底面一边与相应的侧面以转轴相连接，将持球装置的梯形面向下垂直放置在固体平面上时，整个柱壳除上表面开口外是闭合的，可以放置小球，当固体面拿掉或移除后，斜底面自动打开。用一个铁板平面作为固体平面，平面边缘开有一开槽21，该平面中心固定在一可控旋转装置9 上可旋转，当有小孔的地方旋转到持球装置8 的梯形柱壳时，梯形面打开，小球由静止下落。固体平面以及旋转装置放置在落球装置的下铁板10 上，两中心重合。

持球装置8 通过焊接环形固定在上铁板7 四周。旋转装置9 由内部电机的驱动，其上表面可以缓慢的转动，带动粘贴在其上表面的旋转铁板12 转动，旋转铁板12 上有一开槽21。

持球装置8 由固定筒81、活动盖板82 和链接胶带组成。固定筒81 截面为三角形，颗粒由上方放入固定筒81 后，由于旋转挡板12 的阻挡，活动盖板82 恰好封住固定筒81 的下截面，颗粒被夹在固定筒81 与活动挡板82 组成的锥形空间内，当旋转挡板12 的开槽转到活动挡板82 位置时，由于重力的作用，活动挡板82 打开，颗粒从静止自由下落。

本发明利用透明密闭容器3 提供真空环境、不同湿度环境以及人为可控环境，排除外电场的干扰；利用落球装置可放置小球，可调节小球距离地表的高度，可实现小球无初速度下落，且可实现小球在同一高度无速度下落后与相同粒径小球碰撞的多次实验；被碰撞小球放在法拉第筒5 中以测量下落小球与之碰撞后的电量，法拉第筒5 与电荷仪17 相连将被碰小球上的电荷输出；整个碰撞过程配以摄像机2 摄像，利用摄像结果得到小落小球的轨迹，从而得到下落小球的反弹角，此反弹角可用来分析推断正碰和摩擦对碰撞带电量的贡献。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1. 一种两颗粒碰撞带电测量装置，其特征在于：包括透明密闭容器(3)、落球装置、支撑装置(19)、法拉第筒(5)、电荷仪(17) 和摄像机(2)，所述的落球装置、支撑装置(19) 和法拉第筒(5) 设置在透明密闭容器(3) 内，所述的摄像机(2) 设置在透明密闭容器(3) 上或者透明密闭容器(3) 外，所述的法拉第筒(5) 包括内筒(14)、外筒(15) 以及设置在内筒和外筒之间的绝缘垫片(18)，其内筒(14) 筒壁与电荷仪(17) 的输入端相连接，外筒(15)接地，所述的法拉第筒(5) 内放置固定颗粒(13)，所述的支撑装置(19) 上设置落球装置，落球装置上设置下落颗粒(11)，所述下落颗粒(11) 的位置设置在固定颗粒(13) 的正上方，落球装置由下铁板(10)、旋转装置(9)、旋转铁板(12)、支柱(6)、持球装置(8) 和上铁板(7) 组成，下铁板(10) 通过放置在其上的支柱(6) 托起上铁板(7)，上铁板(7) 为一个叶轮，叶轮上设置有叶片，每两个相邻的叶片之间设置有持球装置(8)，所述的持球装置(8) 包括固定筒(81) 和活动盖板(82)，所述的活动盖板(82) 设置在固定筒(81) 的下端开口处并且与固定筒(81) 相应侧壁转动连接，下铁板(10) 上设置一个旋转装置(9)，旋转装置(9) 内设置一电机，旋转装置(9) 上设置一个旋转铁板(12)，所述的旋转铁板(12) 与持球装置(8) 的活动盖板(82) 相接触，所述的活动盖板(82) 下方的旋转铁板(12) 上设置一开槽(21)，所述的透明密闭容器(3) 的内壁面设置一层铁丝网(4)。

2. 根据权利要求1所述的两颗粒碰撞带电测量装置，其特征在于：所述的透明密闭容器(3) 上设置进气阀门(1) 和出气阀门(20)，所述的进气阀门(1) 的进气口与氮气瓶(22) 出气口相连接。

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