固-液摩擦起电电荷测量装置制造方法及图纸

本公开涉及一种固‑液摩擦起电电荷测量装置，包括运动控制模块、法拉第筒、电荷测量模块和液体容器，法拉第筒包括内筒和外筒；液体容器，用于盛放待测液体；运动控制模块，用于控制待测固体进入待测液体中进行摩擦运动，并将待测固体从待测液体中拉出并移入法拉第筒中，以及将待测固体从法拉第筒中移出；电荷测量模块，用于测量法拉第筒的内筒和外筒之间的电势差的差值，并根据差值计算出待测固体与待测液体摩擦起电后所转移的电荷量。本公开所提供的固‑液摩擦起电电荷测量装置，能够准确、有效地进行固体和液体摩擦起电后所转移的电荷量的测量。

A device for measuring the initial electric charge of solid-liquid friction

【技术实现步骤摘要】
固-液摩擦起电电荷测量装置
本公开涉及电荷测量领域，尤其涉及一种固-液摩擦起电电荷测量装置。
技术介绍
摩擦起电是一种常见的物理现象，有着久远的研究历史，该物理现象广泛存在于固-固、固-液、固-气等两相摩擦过程中。其中，固-液摩擦起电已经被广泛应用在各个领域中，例如，在能源领域，微流控领域，生化领域等都有相应的应用研究，但这些研究主要还是集中在应用的层面，对于各领域中固-液摩擦起电的一些机理性的解释却较为缺乏，导致这一现象的主要原因是因为缺乏可精确测量固-液界面电荷转移量的方法和设备。相关技术中已有的方法和设备，包括了静电电极感应法、开尔文探针力显微镜(KPFM)和法拉第杯测量方法，但存在测量结果误差不可控、准确性低等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本公开提出了一种固-液摩擦起电电荷测量装置，能够准确地测量固液摩擦后所转移的电荷量。根据本公开的一方面，提供了一种固-液摩擦起电电荷测量装置，其特征在于，用于测量待测固体与待测液体摩擦起电后所转移的电荷量，包括：运动控制模块、法拉第筒、电荷测量模块和液体容器，所述法拉第筒包括内筒和外筒，所述液体容器，位于所述法拉第筒的下方，用于盛放所述待测液体；所述运动控制模块，用于在确定开始电荷量检测时，控制所述待测固体进入所述待测液体中进行摩擦运动，并在所述摩擦运动完成后将所述待测固体从所述待测液体中拉出并移入所述法拉第筒中，以及在满足移出条件时将所述待测固体从所述法拉第筒中移出；所述电荷测量模块，用于测量所述待测固体移入和/或移出所述法拉第筒的过程中所述法拉第筒的内筒和外筒之间的电势差的差值，根据所述差值计算出所述待测固体与所述待测液体摩擦起电后所转移的电荷量，其中，所述电势差的差值包括：所述待测固体移入所述法拉第筒之前所述法拉第筒的电势差初始值与所述待测固体处于所述法拉第筒中所述法拉第筒的电势差峰值之间的差值。在一种可能的实现方式中，所述运动控制模块包括：驱动子模块、运动传递机构，所述驱动子模块与所述运动传递机构连接，用于驱动所述运动传递机构；所述运动传递机构上设置有夹持组件，所述夹持组件用于夹持所述待测固体，所述运动传递机构在所述驱动子模块的驱动下进行运动，以带动所述夹持组件和所述待测固体的运动，其中，所述夹持组件的材料包括绝缘材料。在一种可能的实现方式中，所述法拉第筒的内筒、外筒均为通孔结构，所述法拉第筒的材料包括金属材料。在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：温度检测模块，用于对所述待测液体中的预设区域进行温度检测，得到区域温度，所述预设区域包括所述待测液体中与所述待测固体进行摩擦的待测液体所在的区域；温度控制模块，用于根据预设的目标温度和所述区域温度对所述待测液体的温度进行调节，以使所述预设区域中待测液体的温度与所述目标温度之间的差值小于或等于温差阈值。在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：电磁屏蔽模块，用于屏蔽外界电磁场对所述装置的干扰。在一种可能的实现方式中，所述电磁屏蔽模块包括整体屏蔽部件，所述整体屏蔽部件用于屏蔽外界电磁场对所述装置本体的干扰，所述整体屏蔽部件的材料包括金属材料。在一种可能的实现方式中，所述电磁屏蔽模块包括导线屏蔽部件，所述导线屏蔽部件用于屏蔽外界电磁场通过与所述装置连接的外部导线对所述装置的干扰。在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：漏电率确定模块，用于获取所述法拉第筒的内外筒参数，根据所述内外筒参数、待测固体参数和确定的对应关系得到所述法拉第筒的漏电率，其中，所述电荷测量模块，还用于根据所述漏电率对确定出的电荷量进行修正，所述对应关系用于指示所述内外筒参数、待测固体参数和漏电率之间的对应关系，所述法拉第筒的内外筒参数包括所述法拉第筒的内筒的直径、所述法拉第筒的高径比、所述法拉第筒的内筒和外筒之间的间距、所述法拉第筒材料；所述待测固体参数包括待测固体的尺寸和/或待测固体的材料信息。在一种可能的实现方式中，所述漏电率确定模块，还用于根据所述内外筒参数、待测固体参数确定所述法拉第筒两端的两端电通量和所述法拉第筒的总电通量，根据所述两端电通量和所述总电通量的比值确定所述法拉第筒的漏电率，确定所述漏电率和所述内外筒参数及待测固体参数的对应关系。在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：固定部件，用于将内筒和外筒可拆卸地固定连接在一起。本公开所提供的固-液摩擦起电电荷测量装置，能够精确控制待测固体在待测液体中进行摩擦运动，并在摩擦运动完成后能够迅速将待测固体从待测液体中拉出并移入法拉第筒中，根据测量到的法拉第筒的内筒和外筒之间的电势差的差值能够准确地计算出待测固体与待测液体摩擦起电后所转移的电荷量，避免了环境因素对待测固体与待测液体摩擦起电后电荷转移的影响，降低了测量误差的不确定度，提高了固液摩擦起电电荷测量的准确度，为研究摩擦规律、解释摩擦起电机理以及拓展摩擦起电的应用提供了重要支撑作用。装置的制作简单、成本低廉、方便实现、适用范围广，也可用于科普教育，演示固-液摩擦起电实验，激发学生对科学探究的兴趣，还可用于其他类型带电体的电荷测量，为其他的电荷测量方法提供了对比参考数据。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。图1示出根据本公开一实施例的固-液摩擦起电电荷测量装置的结构示意图。图2示出根据本公开一实施例的固-液摩擦起电电荷测量装置中固定部件的结构示意图。图3示出根据本公开一实施例的漏电率与内外筒参数的对应关系图。图4示出根据本公开一实施例固-液摩擦起电电荷测量装置测量的电势差的差值的曲线图。具体实施方式以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。相关技术中，对固-液摩擦起电所转移电荷量的检测存在不同程度的问题。其中，静电电极感应法是利用静电感应效应，利用双电极构成电路回路，测量电路电流后积分得到摩擦起电所转移的电荷量，该方法的测量受到电极材料、电路电阻等因素的影响，测量误差不确定且较难控制。开尔文方法，利用探针测量接触电势差来获得固体表面电势，用该法只能测量微区(<50μm×50μm)固体表面电势，由于有些固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固-液摩擦起电电荷测量装置，其特征在于，用于测量待测固体与待测液体摩擦起电后所转移的电荷量，包括：运动控制模块、法拉第筒、电荷测量模块和液体容器，所述法拉第筒包括内筒和外筒，/n所述液体容器，位于所述法拉第筒的下方，用于盛放所述待测液体；/n所述运动控制模块，用于在确定开始电荷量检测时，控制所述待测固体进入所述待测液体中进行摩擦运动，并在所述摩擦运动完成后将所述待测固体从所述待测液体中拉出并移入所述法拉第筒中，以及在满足移出条件时将所述待测固体从所述法拉第筒中移出；/n所述电荷测量模块，用于测量所述待测固体移入和/或移出所述法拉第筒的过程中所述法拉第筒的内筒和外筒之间的电势差的差值，根据所述差值计算出所述待测固体与所述待测液体摩擦起电后所转移的电荷量，/n其中，所述电势差的差值包括：所述待测固体移入所述法拉第筒之前所述法拉第筒的电势差初始值与所述待测固体处于所述法拉第筒中所述法拉第筒的电势差峰值之间的差值。/n

【技术特征摘要】
1.一种固-液摩擦起电电荷测量装置，其特征在于，用于测量待测固体与待测液体摩擦起电后所转移的电荷量，包括：运动控制模块、法拉第筒、电荷测量模块和液体容器，所述法拉第筒包括内筒和外筒，
所述液体容器，位于所述法拉第筒的下方，用于盛放所述待测液体；
所述运动控制模块，用于在确定开始电荷量检测时，控制所述待测固体进入所述待测液体中进行摩擦运动，并在所述摩擦运动完成后将所述待测固体从所述待测液体中拉出并移入所述法拉第筒中，以及在满足移出条件时将所述待测固体从所述法拉第筒中移出；
所述电荷测量模块，用于测量所述待测固体移入和/或移出所述法拉第筒的过程中所述法拉第筒的内筒和外筒之间的电势差的差值，根据所述差值计算出所述待测固体与所述待测液体摩擦起电后所转移的电荷量，
其中，所述电势差的差值包括：所述待测固体移入所述法拉第筒之前所述法拉第筒的电势差初始值与所述待测固体处于所述法拉第筒中所述法拉第筒的电势差峰值之间的差值。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述运动控制模块包括：驱动子模块、运动传递机构，
所述驱动子模块与所述运动传递机构连接，用于驱动所述运动传递机构；
所述运动传递机构上设置有夹持组件，所述夹持组件用于夹持所述待测固体，所述运动传递机构在所述驱动子模块的驱动下进行运动，以带动所述夹持组件和所述待测固体的运动，
其中，所述夹持组件的材料包括绝缘材料。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述法拉第筒的内筒、外筒均为通孔结构，所述法拉第筒的材料包括金属材料。


4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
温度检测模块，用于对所述待测液体中的预设区域进行温度检测，得到区域温度，所述预设区域包括所述待测液体中与所述待测固体进行摩擦的待测液体所在的区域；
温度控制模块，用于根据预设的目标温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵天敏，陈芹，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11