CN203069681U

CN203069681U - 模拟静电场测绘仪

Info

Publication number: CN203069681U
Application number: CN 201320056983
Authority: CN
Inventors: 郑晓慧; 袁晓梅; 李涛; 唐卫红; 马明琮; 邹勇; 高峰
Original assignee: 袁晓梅
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2023-01-31

Abstract

本实用新型公开了一种模拟静电场测绘仪，包括交流稳压电源、电压表、探针、多功能水槽、电极组件和正交标尺装置，电极组件包括同轴柱面电极、带等量异种电荷的平行圆柱电极，所述多功能水槽的底部上设有用于嵌入电极组件中各种电极的凹槽，所述的正交标尺装置由底板、支撑条、矩形框架和横向标尺组成，探针安装在横向标尺上，并可相对横向标尺左右移动。有益效果是通过探针、正交标尺装置以及按不同电极的结构刻画出了相应凹槽的水槽，能够直接测出探针在电场中的绝对坐标值，降低误差，读数方便灵活，描点记录准确可靠；无需频繁更换水槽、拆解电路，只需要一个水槽就可完成对多个静电场的模拟，实验操作更方便。

Description

模拟静电场测绘仪

技术领域

本实用新型涉及一种模拟静电场测绘仪，属于模拟静电场测绘仪技术领域。

背景技术

静电场是电磁学内容的核心，因而静电场测绘实验是高等院校普遍开设的必做实验，实验中当带电体的形状、电量确定后，其电场分布也就确定了。人们引入电场线和等势面用于形象描绘静电场，而电场线和等势面处处垂直，所以只要绘制出等势面，就可了解电场分布，但在静电场中没有电流，无法用电流表直接测量，因而实验时常采用模拟法，即仿造一个与原电场完全一样的电场（模拟场），然后通过探针对模拟场间接测量，从而模拟出静电场的等势线。

传统的静电场测绘仪大多采用如图1所示的等臂记录法，通过在一个透明的有机玻璃水槽2中固定电极，然后在水槽2中装上适量的水作为电介质，放到实验架的下层进行实验。该静电场测绘仪在实验过程中主要存在以下几个问题：

1、没有水平调节装置：当仪器水平度出现偏差后会导致水面与电极平面不平行，如图2所示，造成导电介质在水槽内分布不均匀，影响电压测量数据；

2、实验仪器采用的是TH2172型交流毫伏表，其测量误差大，如用10V量程的指针式电压表直接测量电流场的相对误差可高达30％左右，测量精确度低；

3、该测绘仪中连结上探针3和下探针4的固定手柄座质量较大，与实验台的摩擦力很大，在移动描点时很难控制它的移动位置，尤其是从静止到运动的瞬间和当电压表示数很接近参考待测位置电压而需要微小调节时，很难控制准确，误差较大，影响实验效果，同时增加了实验的难度；

4、原实验仪器提供的模拟电场电极都固定在水槽2底部，若要测量不同电场，就需要频繁更换不同的水槽，实验时需不断的拆解电路和更换水槽，操作过程繁琐；此外，由于模拟电场水槽数量有限，所以模拟电场种类较少，不能满足实验要求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种模拟静电场测绘仪，能够直接测出探针在电场中的绝对坐标值，降低误差，读数方便灵活，描点记录准确可靠；无需频繁更换水槽、拆解电路，只需要一个水槽就可完成对多个静电场的模拟，实验操作更方便。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种模拟静电场测绘仪，包括交流稳压电源、电压表、探针、多功能水槽、电极组件和正交标尺装置，电极组件包括同轴柱面电极、带等量异种电荷的平行圆柱电极，所述多功能水槽的底部上设有用于嵌入电极组件中各种电极的凹槽，所述的正交标尺装置由底板、支撑条、矩形框架和横向标尺组成，矩形框架的四角与底板之间分别通过支撑条连接，矩形框架的纵向一边上设有刻度，横向标尺安装在矩形框架的一对边上，与带有刻度的一边垂直，并可相对带有刻度的一边前后移动，探针安装在横向标尺上，并可相对横向标尺左右移动。

正交标尺装置的底板上设有水平调节螺丝。

电压表为数字电压表。

电极组件还包括平行板电极、锐角极板电极和聚焦电极，多功能水槽的底部上还设有用于嵌入平行板电极、锐角极板电极和聚焦电极的凹槽。

与传统的静电场测绘仪相比，本实用新型通过探针和正交标尺装置可直接进行测量，移动探针的时候，利用标尺可直接测出探针在电场中的绝对坐标值，克服了双探针可能引起的误差，使得读数方便灵活，描点记录准确可靠；通过在水槽的底部，按不同电极的结构刻画出了相应的凹槽，这样各种电极都可以相应的嵌进去，实验时测量哪组电极就将它嵌入水槽中，无需频繁更换水槽、拆解电路，只需要一个水槽就可以完成对多个静电场的模拟，使实验操作更方便。

附图说明

图1为传统的静电场测绘仪的结构示意图；

图2为传统的静电场测绘仪中水槽不平示意图；

图3为本实用新型的结构示意图；

图4为本实用新型正交标尺装置的放大示意图；

图5为本实用新型水槽的放大示意图；

图6为本实用新型用于模拟同轴柱面电极实验的示意图；

图7为本实用新型用于模拟带等量异种电荷的平行圆柱电极实验的示意图；

图8为本实用新型用于模拟平行板电极实验的示意图；

图9为本实用新型用于模拟锐角极板与平行板实验的示意图；

图10为本实用新型用于模拟聚焦电极实验的示意图。

图中：1、坐标纸，2、水槽，3、上探针，4、下探针，5、交流稳压电源，6、电压表，7、多功能水槽，8、电极组件，9、正交标尺装置，9-1、底板，9-2支撑条，9-3、矩形框架，9-4、横向标尺，9-5、水平调节螺丝，10、探针。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图3、图4和图5所示，该测绘仪包括交流稳压电源5、电压表6、探针10和多功能水槽7，还包括电极组件8和正交标尺装置9，所述的电极组件8包括同轴柱面电极、带等量异种电荷的平行圆柱电极，所述多功能水槽7的底部上设有用于嵌入电极组件8中各种电极的凹槽，所述的正交标尺装置9由底板9-1、支撑条9-2、矩形框架9-3和横向标尺9-4组成，矩形框架9-3的四角与底板9-1之间分别通过支撑条9-2连接，矩形框架9-3的纵向一边上设有刻度，横向标尺9-4安装在矩形框架9-3的一对边上，与带有刻度的一边垂直，并可相对带有刻度的一边前后移动，探针10安装在横向标尺9-4上，并可相对横向标尺9-4左右移动。

作为本实用新型的进一步改进，电极组件8还可包括平行板电极、锐角板电极和聚焦电极，此时可相应在多功能水槽7底部上设有用于这些电极的凹槽，通过各种电极之间的搭配，可以模拟不同的典型静电场，拓展了可以模拟的静电场模式。

使用时，可先将所要模拟静电场的电极嵌入多功能水槽7的相应位置中，并注入适量的水；再按照实验线路图，将交流稳压电源5、电压表6以及相应电极连接好；打开交流稳压电源5和电压表6的开关，移动探针10，观察电压表6读数，当到达所测电位值时，利用正交标尺装置9读取坐标值，将数据记录下来，并在纸上描点作图。模拟不同静电场时的前期准备工作如下：

1、模拟同轴柱面电极间的静电场分布：如图6所示，将圆柱电极放置在多功能水槽7坐标板中心，圆环电极放在多功能水槽7周沿，倒入水，按照实验线路图将电极连上接线柱，通过电压表可对1V、2V、3V、4V、5V、7V、9V不同电位的点进行测量；

2、模拟带等量异种电荷的平行圆柱电极间的静电场分布：如图7所示，将两个圆柱电极放置于多功能水槽7中，一个电极接交流稳压电源5正极，一个电极接交流稳压电源5负极，倒入水；用探针沿水槽底，每隔1V测量电压3－11V的等位点的坐标；

3、模拟平行板间的静电场分布：如图8所示，将两个平行板电极放置于多功能水槽7中，一个电极接交流稳压电源5正极，一个电极接交流稳压电源5负极，倒入水；用探针沿水槽底，每隔2V测量电压4－12V等位点的坐标；

4、模拟锐角极板与平行板间的静电场分布：如图9所示，将锐角电极和平行板电极放置于多功能水槽7中，一个电极接交流稳压电源5正极，一个电极接交流稳压电源5负极，倒入水；再用探针每隔1V测量电压2－10V等位点的坐标；

5、模拟聚焦电极间的静电场分布：将两个聚焦电极放置于多功能水槽7中，如图10所示，一个电极接交流稳压电源5正极，一个电极接交流稳压电源5负极，倒入水；再用探针沿水槽底，每隔2V测量电压4－12V等位点的坐标。

作为本实用新型的一种改进方式，可在正交标尺装置9的底板上设有水平调节螺丝，在测量之前，可先利用水准泡将仪器调节水平，能够避免导电介质在水槽内分布不均匀的情况发生，进而提高电压测量的精度。

作为本实用新型的另一种改进方式，，该测绘仪中的电压表6可采用数字电压表，因数字电压表的内阻比指针式电压表的内阻大得多，采用数字电压表时，能够减小探针10与电压表6接入电流场后对原电流场的分布状态的破坏作用；同时因指针式电压表存在读数误差、指针不稳定等缺点，采用数字电压表测量的数据更加精确，更方便读数。

Claims

1.一种模拟静电场测绘仪，包括交流稳压电源（5）、电压表（6）、探针（10）和多功能水槽（7），其特征在于，还包括电极组件（8）和正交标尺装置（9），所述的电极组件（8）包括同轴柱面电极、带等量异种电荷的平行圆柱电极，所述多功能水槽（7）的底部上设有用于嵌入电极组件（8）中各种电极的凹槽，所述的正交标尺装置（9）由底板（9-1）、支撑条（9-2）、矩形框架（9-3）和横向标尺（9-4）组成，矩形框架（9-3）的四角与底板（9-1）之间分别通过支撑条（9-2）连接，矩形框架（9-3）的纵向一边上设有刻度，横向标尺（9-4）安装在矩形框架（9-3）的一对边上，与带有刻度的一边垂直，并可相对带有刻度的一边前后移动，探针（10）安装在横向标尺（9-4）上，并可相对横向标尺（9-4）左右移动。

2.根据权利要求1所述的一种模拟静电场测绘仪，其特征在于，所述的正交标尺装置（9）的底板上设有水平调节螺丝（9-5）。

3.根据权利要求1或2所述的一种模拟静电场测绘仪，其特征在于，所述的电压表（6）为数字电压表。

4.根据权利要求1或2所述的一种模拟静电场测绘仪，其特征在于，所述的电极组件（8）还包括平行板电极、锐角极板电极和聚焦电极，多功能水槽（7）的底部上还设有用于嵌入平行板电极、锐角极板电极和聚焦电极的凹槽。