[发明专利]新型静电场描绘仪

说明书

技术领域

本发明属于实验教学仪器领域，具体涉及一种用于物理实验教学的新型静电场描绘仪。

技术背景

目前的静电场描绘仪按照导电介质的不同可分为：导电纸静电场描绘仪、电解液静电场描绘仪和导电玻璃静电场描绘仪。第一种是采用涂有石墨的导电纸作为电介质，通过探针和定位针，实现定量记录和数据分析；第二种是用水来代替导电纸作电介质，方法是在一个透明的有机玻璃水槽中固定电极，然后在水槽中装上适量的水，放到实验架的下层进行实验；第三种是用导电微晶作电介质。

用导电纸作电介质存在的缺陷有：(1)导电纸上导电薄层涂得不均匀，导电纸电阻在各个方向均匀性较差，这样电流场分布与被模拟静电场分布不完全一样，使得实验准确度、重复性较差；(2)电极与导电纸的接触不均匀，探针与导电纸的接触会因人、因次数而异，使得接触电阻不稳定，影响描绘结果；(3)测量时，探针在导电纸上接触移动且重复接触，使得导电纸破损，这样一方面直接影响导电纸的导电性能，影响实验效果；另一方面影响导电纸的使用寿命，频繁更换导电纸，加大了实验成本。`

用导电微晶作电介质来代替导电纸作电介质的缺点是导电微晶价格贵，且导电微晶易损坏。

虽然用水来代替导电纸作电介质也存在一定的缺陷，如：(1)水电解产生气泡附在电极表面。(2)水分子极化，产生束缚电荷影响模拟场；(3)需要换水，且水量对模拟效果有影响。但是，由于水价格便宜，便于取材，因此，用水做电解质进行静电场描绘的仍是主流。

按结构不同可分为双层描绘仪和单层描绘仪两种。目前很多高校实验课所用的静电场描绘仪大都使用双层结构的描绘仪来描绘模拟静电场。现有仪器连接上下两探针的固定手柄座质量较大，与实验台的摩擦力很大，在移动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读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，因而导致误差较大，影响实验效果，增加了实验的难度。此外，双层结构的描绘仪容易产生“不同轴误差”。当上下两层的探针不在同一轴线上，如果描绘时没有转动，所得到的静电场分布可以说是被测电场的平移。但是，要求描绘时没有转动是很困难的。有转动时，在坐标纸上所描的等位点，就会与实际电场分布情况之间存在误差，即“不同轴误差”。

传统静电场描绘仪在描绘静电场时，先要寻找等位点。而寻找等位点的方法是用伏特表通过描绘探针在被测电场范围内逐处测量，边找边观察伏特表的读数，当伏特表的读数为设定值时，停下探针，然后将该点标记在坐标纸上。这种人工寻点的方法效率很低。

从测试仪器发展的趋势上看，总的趋势是自动化，智能化，高效化。可以利用质量更高的数据采集和显示方案，以更加便捷的方法实现静电场的描绘。随着科技的发展进步，以上位机为主控制中心的设计，其优势将逐步彰显。在最终的设计中，我们设计出一种新型静电场描绘仪，将探针的移动、数据的量化、数据的采集、数据的显示等全部实现自动化，提高效率，降低成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种新型静电场描绘仪。从根本上消除了不同轴误差，大大提高了数据采集的效率，实时自动绘出彩色的等势线分布图并能自动保存数据和等势线分布图样。