[发明专利]基本电荷电量的自动测量装置及测量方法

摘要

本发明涉及一种基本电荷电量的自动测量装置及方法，具有：铝合金机箱，油滴盒、带指示灯的电源开关、三档开关、电压调节旋钮、计时按键、图像数据传输线、数字显微摄像头、液晶显示屏和微控制器电路板；其中微控制器电路板包括：数模转换电路和极板驱动电路、晶振电路、图像处理电路和微控制器。实现了电极板间电压的精确调节，克服了传统装置因为分辨率低清晰度不够难以分辨油滴和污点的缺点，准确测量油滴匀速下降的速度，自动计算基本电荷的电量及测量误差。

主权项

一种基本电荷电量的自动测量装置，应用于物理实验中，该装置具有：铝合金机箱，油滴盒，带指示灯的电源开关，三档开关，用于控制电场力的施加与否，当去掉电场力时，油滴受重力作用加速下降，同时受到与速度成正比的空气阻力，当到达一定速度时，阻力与重力平衡，油滴匀速下降；电压调节旋钮，精确调节油滴盒中极板间电压，当垂直方向上重力和极板电场力平衡时，油滴保持静止；计时按键，用于控制实验的开始与结束，当按下计时按键时，开始实验，微控制器会自动监测油滴达到匀速下降状态，并计算油滴速度；图像数据传输线，用于将拍摄到的图像数据传输到图像处理电路进行图像处理；数字显微摄像头和液晶显示屏，用于捕捉拍摄和观看油滴的清晰图像；微控制器电路板；其特征在于，微控制器电路板包括：数模转换电路和极板驱动电路，根据电压调节旋钮的输入，输出不同频率、不同占空比的电压信号，该信号通过驱动电路产生不同大小的电压，加在油滴盒的极板上；晶振电路，用于实现定时器的定时功能；图像处理电路，对图像数据进行处理后送入微控制器进行相关运算；微控制器LPC2294，控制数模转化电路和驱动电路，实现了电极板间电压的精确调节，控制定时器的时间间隔提取出间隔时间相同的若干组图像数据，当油滴达到匀速下降状态时，根据油滴下降距离和定时器时间间隔计算油滴匀速下降的速度，然后根据公式： q = 18 πd V 2 ρg ( ηl t ( 1 + b pr ) ) 3 , 其中r=(9ηl/2ρgt)1/2，e=q/n计算油滴中总的电量，进而计算基本电荷的电量，并将正确的计算结果保存的数据存储器中或显示到显示屏上，式中字母代表含义如下：q为油滴所带电量η为空气粘滞系数（常数）π为圆周率（常数）l为油滴匀速下降距离（已知量）d为带电极板距离（已知量）t为油滴匀速下降时间（测得量）V为带电极板电压（已知量）b为修正常数（常数）ρ为油滴密度（常数）p为大气压强（常数）g为重力加速的（常数）r为油滴半径（计算可得量）n为油滴中电子数（计算可得量）。