一种同心圆电极静电场模拟装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种同心圆电极静电场模拟装置及使用方法，包括有底座、纵向移动机构、横向移动机构、探针机构、同心圆电极板，纵向移动机构包括有两条平行固定在底座两侧的纵向导轨，每条纵向导轨上分别滑动安装有一个纵向滑块，纵向导轨上还固定有纵向标尺；横向移动机构包括有一条横向导轨，横向导轨的两端分别固定在一个纵向滑块上，横向导轨上滑动安装有一个横向滑块，横向导轨上还固定有横向标尺；探针机构固定在横向滑块上；同心圆电极板固定在底座的中心位置；探针机构可在移动范围内实现纵向、横向的自由移动并进行数据测量。本发明专利技术提高了仪器使用的稳定性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种同心圆电极静电场模拟装置及使用方法
：本专利技术涉及实验教学仪器领域，具体涉及一种同心圆电极静电场模拟装置及使用方法。
技术介绍
：了解和掌握带电体周围静电场分布，对于某些科学研究和工程技术十分重要，但一般难以对静电场分布用理论方法进行计算，用仪表直接测量也相当困难，静电场的测量一般采用模拟法，利用稳恒电流场模拟静电场，通过测量恒定电流场中的电势分布来确定静电场的电势分布。在大学物理实验课程中，“静电场的模拟法描绘”实验属于基础性实验，仪器使用人数和使用频率非常高，根据教材要求和课程安排，在教学实践中同心圆电极结构使用最为广泛。用稳恒电流场模拟静电场，要建立稳恒电流场，采用良导体做成电流场的电极，而用电阻率远大于电极电阻率的不良导体充当导电质，如导电微晶、自来水、稀硫酸铜溶液等，实际应用中的实验仪器，水槽式模拟静电场测绘仪和导电微晶静电场描绘仪比较常见。水槽式模拟静电场测绘仪基本结构大体为方形水槽，每个水槽内放置一套金属电极，在槽底开孔固定电极位置，并与槽外电路连接。实验时水槽注入自来水作为电介质，置于测量架上，通常以双层探针作为测量、记录的工具。水槽式模拟静电场测绘仪在使用中暴露了一些问题，如水槽结构未设计水平调节装置，实验时不能将水层调平，不能保证导电介质的电导率处处均匀，因此会形成很大的测量误差；双层探针定位由于其结构特点及不可避免的制造误差，也会给测量增加较大误差；尽管已采取防漏措施，仪器使用一段时间后，电极的穿孔处仍经常发生漏水现象，且存在水对金属零件的腐蚀问题；水槽内金属电极的类型和相互位置，一经确定即不能变化，缺乏使用的灵活性等等。导电微晶静电场描绘仪避免了较多水槽式仪器的问题，采用导电微晶作为不良导体，采用同步探针进行数据采集，测量探针与导电微晶板保持接触实现电路连通，移动同步探针找到符合要求的电位点，利用记录探针记录完成数据采集。由于结构简单操作方便，被广泛采用。但该种仪器在长期使用后也暴露出一些缺陷：测量探针与电极板理想状态应是点接触，但由于工艺实现困难并防止使用时折断，测量探针通常采用直径2mm左右的黄铜棒材，探针端部加工成带尖的结构，仪器使用时为了使测量探针与导电介质稳定接触，会用力按压测量接触装置，还需用测量探针来回划动以找到所需电位点的位置，当仪器使用一段时间后，测量探针的尖端部分会被逐步磨损成一个凹凸不平的面，同时接触面积会增大，导致测量读数的时候，显示屏上的读数不稳定，上下浮动，从而在测量时找到了错误的等位点，使描绘图像出现较大误差；测量探针磨损后，探针高度降低，使得实验过程中测量探针和记录探针的同步性受到影响，即磨损后上下两个探针在同一铅锤面的要求不能保证，使得测量误差变大；同步探针结构会引入误差，同步探针由底座、手柄和连接片等金属支架配合测量探针、螺母等组成，由于同步探针长期暴露于空气中，测量探针与连接片的接点容易生锈，导致电路接通状态的不稳定，同时因为铁锈的影响，导致电阻变大，使测量值偏离真实值，严重影响实验结果；此外，同步探针与仪器主体彼此独立、相互分离，对放置平台要求较高。
技术实现思路
：本专利技术想要解决的技术问题是：1、创新设计产品结构，将探针移动与测量、记录结构集成到一起，采用测量探针与记录探针同轴结构，缩短测量回路，降低测量手臂接触电阻，消除仪器本身导致的取点误差，提高数据测量精度；2、利用导电微晶而不是水作为不良导体制作电极板，避免水槽式模拟静电场仪器的诸多问题；3、长期使用后测量探针与电极板滑动摩擦磨损严重，探针接触面积凹凸不平以及增大导致的数据误差加大，改进接触结构降低测量探针磨损程度，解决因磨损使测量探针缩短导致记录探针和测量探针脱离同一铅锤面，影响测量结果的问题。为此，本专利技术提供一种同心圆电极静电场模拟装置及使用方法，该装置适用于模拟法研究长直同轴圆柱形电极间的静电场分布，也适用于大学物理实验“静电场的模拟法描绘”。本专利技术采用的技术方案是：一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：包括有底座、纵向移动机构、横向移动机构、探针机构、同心圆电极板，所述纵向移动机构包括有两条平行固定在底座两侧的纵向导轨，每条纵向导轨上分别滑动安装有一个纵向滑块，纵向导轨上还固定有纵向标尺；所述横向移动机构包括有一条横向导轨，横向导轨的两端分别固定在一个纵向滑块上，横向导轨上滑动安装有一个横向滑块，横向导轨上还固定有横向标尺；所述探针机构固定在横向滑块上；所述同心圆电极板固定在底座的中心位置，同心圆电极板包括有内、外电极，内、外电极通过接线端子和导线分别与正、负接线柱连接；所述探针机构可在移动范围内实现纵向、横向的自由移动并进行数据测量。所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述底座包括有金属板、四支地脚，四支地脚通过螺钉固定于金属板下部。所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述同心圆电极板的内电极为直径10mm的圆形正电极，外电极为内径140mm、外径160mm的圆环形负电极，内电极连接正接线柱，外电极连接负接线柱。所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述同心圆电极板整体为方形结构，同心圆电极板上除内、外电极的区域均覆盖一层导电微晶，导电微晶为不良导体，内外电极施加电压后能够建立起稳恒电流场。所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述同心圆电极板的内、外电极通过电极板固定件固定在底座上，电极板固定件为非金属板，电极板固定件与底座之间留有空间用于布置内、外电极与正、负接线柱之间的导线和接线端子，正、负接线柱外部可连接电源正、负极，正极接线柱为红色，负极接线柱为黑色。所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述探针机构包括有测量探针、记录探针、手柄，测量探针、记录探针分别螺纹连接于手柄的上下两端，测量探针、记录探针为同轴结构；所述手柄的下端套装连接有连接块，手柄和连接块上分别设有上、下环形台阶，手柄和连接块之间设有弹簧，弹簧的上下端面分别抵在上环形台阶的下端面和下环形台阶的上端面上；所述探针机构通过连接块与横向滑块连接固定。测量探针加工有圆孔型接线柱，通过导线端部的弹性端子与测量电位的电压表一端连接，电压表另一端与外电极连接。所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述测量探针包括有探针杆、金属滚珠，探针杆采用阶梯过渡的结构、直径逐步变小，探针杆的端部加工成锥面，锥面的前端加工内孔，金属滚珠放置于内孔并进行收口，使得金属滚珠不至脱落且能在内孔中自由滚动。所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述金属滚珠采用耐磨性高且导电性良好的材料制作，且在工艺允许范围滚珠直径变小，接触面积会变小，有助于提高数据精度。在仪器使用过程中，测量探针的滚珠与同心圆电极板实现滚动接触，能够解决滑动接触结构摩擦力大导致磨损严重的问题，能够提高数据测量精度，降低实验误差，此外，测量探针采取螺纹连接，可方便更换。所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述底座的四角上安装有四根支柱，四根支柱的顶部固定有一个记录纸放置板，记录纸放置板的中部开有通孔，通孔与同心圆电极板的内、外电极同心，通孔直径尺寸大于外电极直径5mm；测量探针在同心圆电极板上测量的同时，记录探针在记录纸上进行数据记录。所述的一种同心圆电极静电场模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：包括有底座、纵向移动机构、横向移动机构、探针机构、同心圆电极板，所述纵向移动机构包括有两条平行固定在底座两侧的纵向导轨，每条纵向导轨上分别滑动安装有一个纵向滑块，纵向导轨上还固定有纵向标尺；所述横向移动机构包括有一条横向导轨，横向导轨的两端分别固定在一个纵向滑块上，横向导轨上滑动安装有一个横向滑块，横向导轨上还固定有横向标尺；所述探针机构固定在横向滑块上；所述同心圆电极板固定在底座的中心位置，同心圆电极板包括有内、外电极，内、外电极通过接线端子和导线分别与正、负接线柱连接；所述探针机构可在移动范围内实现纵向、横向的自由移动并进行数据测量。

【技术特征摘要】
1.一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：包括有底座、纵向移动机构、横向移动机构、探针机构、同心圆电极板，所述纵向移动机构包括有两条平行固定在底座两侧的纵向导轨，每条纵向导轨上分别滑动安装有一个纵向滑块，纵向导轨上还固定有纵向标尺；所述横向移动机构包括有一条横向导轨，横向导轨的两端分别固定在一个纵向滑块上，横向导轨上滑动安装有一个横向滑块，横向导轨上还固定有横向标尺；所述探针机构固定在横向滑块上；所述同心圆电极板固定在底座的中心位置，同心圆电极板包括有内、外电极，内、外电极通过接线端子和导线分别与正、负接线柱连接；所述探针机构可在移动范围内实现纵向、横向的自由移动并进行数据测量。2.根据权利要求1所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述底座包括有金属板、四支地脚，四支地脚通过螺钉固定于金属板下部。3.根据权利要求1所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述同心圆电极板的内电极为直径10mm的圆形正电极，外电极为内径140mm、外径160mm的圆环形负电极，内电极连接正接线柱，外电极连接负接线柱。4.根据权利要求3所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述同心圆电极板整体为方形结构，同心圆电极板上除内、外电极的区域均覆盖一层导电微晶，导电微晶为不良导体。5.根据权利要求4所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述同心圆电极板的内、外电极通过电极板固定件固定在底座上，电极板固定件为非金属板，电极板固定件与底座之间留有空间用于布置内、外电极与正、负接线柱之间的导线和接线端子。6.根据权利要求1所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述探针机构包括有测量探针、记录探针、手柄，测量探针、记录探针分别螺纹连接于手柄的上下两端，测量探针、记录探针为同轴结构；所述手柄的下端套装连接有连接块，手柄和连接块上分别设有上、下环形台阶，手柄和连接块之间设有弹簧，弹簧的上下端面分别抵在上环形台阶的下端面和下环形台阶的上端面上；所述探针机构通过连接块与横向滑块连接固定。7.根据权利要求6所述的一种同心圆电极静电场模拟装置，其特征在于：所述测量探针包括有探针杆、金属滚珠，探针杆采用阶梯过渡的结构、直径逐步变小，探针杆的端部加工成锥面，锥面的前端加工内孔，金属滚珠放置于内孔并进行收口，使得金属滚珠不至脱落且能在内孔中自由滚动。8.根据权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：于力刚，何君琦，赵健，
申请(专利权)人：淮北师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34