本實用新型專利技術(shù)提供了一種球板摩擦電力?電實時測量裝置，所述裝置包括樣品支桿、樣品運動控制單元、摩擦電測量單元、壓力測量單元及屏蔽網(wǎng)罩，所述樣品支桿用于固定摩擦電測量用樣品；所述樣品運動控制單元與樣品支桿相連接，用于控制樣品支桿的水平運動和垂向運動；所述摩擦電測量單元包括法拉第筒以及與法拉第筒電連接的靜電計，所述法拉第筒內(nèi)固定有水平設(shè)置的摩擦板；所述壓力測量單元用于測量摩擦板受到的垂向壓力。本實用新型專利技術(shù)測量裝置可精確測量相對摩擦速度、摩擦距離、接觸壓力、溫濕度等多個變量對摩擦電電荷量的影響，并能對摩擦電電荷量的變化進行實時測量。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)屬于物理實驗
，涉及一種球板摩擦電力-電實時測量裝置。
技術(shù)介紹
摩擦電一直被人們認為是一個經(jīng)典的物理現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)已有近三千年歷史，然而對于摩擦電發(fā)生的機理尤其是同種物質(zhì)接觸、摩擦后帶電的機理尚不明確。事實上，摩擦電的研究涉及物理、化學以及力學等多領(lǐng)域，是一個多學科交叉課題。對于力學在摩擦電中所起到的作用一直是學者們關(guān)注的課題，然而因為缺乏實時的摩擦電力-電同時測量裝置，所以無法很好地理解力在摩擦電中所起到的作用、以及力對揭示摩擦電機理的重要性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種球板摩擦電力-電實時測量裝置，該測量裝置通過控制樣品水平運動、垂向壓力及環(huán)境溫濕度等，來考察相對摩擦速度、摩擦距離、壓力及溫濕度等對摩擦電的影響。為此，本技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種球板摩擦電力-電實時測量裝置，包括：樣品支桿，所述樣品支桿用于固定摩擦電測量用樣品；樣品運動控制單元，所述樣品運動控制單元與樣品支桿相連接，用于控制樣品支桿的水平運動和垂向運動；摩擦電測量單元，所述摩擦電測量單元包括法拉第筒以及與法拉第筒電連接的靜電計，所述法拉第筒內(nèi)固定有水平設(shè)置的摩擦板；壓力測量單元，所述壓力測量單元用于測量摩擦板受到的垂向壓力；屏蔽網(wǎng)罩，所述屏蔽網(wǎng)罩由金屬網(wǎng)構(gòu)成，且其覆罩于樣品支桿、樣品運動控制單元、法拉第筒以及壓力測量單元外并接地；所述靜電計位于屏蔽網(wǎng)罩外。進一步地，所述樣品運動控制單元包括：第一垂向滑軌及第二垂向滑軌，所述第一垂向滑軌由相互滑動連接的第一定滑軌和第一動滑軌構(gòu)成，所述第二垂向滑軌由相互滑動連接的第二定滑軌和第二動滑軌構(gòu)成，所述第一定滑軌和第二定滑軌固定不動；絲杠支架，所述絲杠支架水平設(shè)置且其兩端分別與第一動滑軌和第二動滑軌的上部固定連接；絲杠，所述絲杠水平設(shè)置且其兩端通過軸承安裝于絲杠支架的兩端；絲杠電機，所述絲杠電機與絲杠的一端相連接，用于提供絲杠轉(zhuǎn)動的動力；水平位移塊，所述水平位移塊與絲杠螺紋連接并能沿絲杠水平移動，所述樣品支桿與水平位移塊固定連接；推動裝置，所述推動裝置與第一動滑軌和第二動滑軌相連接，能夠推動第一動滑軌和第二動滑軌作上下垂向運動。進一步地，所述壓力測量單元由電子稱構(gòu)成，所述法拉第筒放置于所述電子稱上。進一步地，所述樣品運動控制單元還包括水平導軌，所述水平導軌固定于第一動滑軌和第二動滑軌的中部或下部之間，所述推動裝置與水平導軌相連接。進一步地，所述樣品運動控制單元還包括固定板，所述固定板垂向設(shè)置并通過滑套與水平導軌相連接，所述固定板的頂邊與絲杠相平行，所述樣品支桿與固定板固定連接，所述固定板能夠在樣品支桿的帶動下沿水平導軌作水平移動。進一步地，所述摩擦電測量單元還包括若干硬彈簧，所述硬彈簧固定于法拉第筒底部并相互對稱設(shè)置，所述摩擦板固定于硬彈簧上。進一步地，所述測量裝置還包括玻璃柜，所述玻璃柜覆罩于屏蔽網(wǎng)罩外。進一步地，所述測量裝置還包括溫濕度控制單元，所述溫濕度控制單元包括加熱裝置、制冷裝置、加濕器、溫度傳感器、濕度傳感器及溫濕度控制器，所述加熱裝置、制冷裝置、加濕器、溫度傳感器及濕度傳感器位于屏蔽網(wǎng)罩內(nèi)，所述溫濕度控制器位于玻璃柜外，所述加熱裝置、制冷裝置、加濕器、溫度傳感器及濕度傳感器分別與溫濕度控制器相連接。進一步地，所述測量裝置還包括計算機監(jiān)控系統(tǒng)，所述計算機監(jiān)控系統(tǒng)與靜電計相連接，所述計算機監(jiān)控系統(tǒng)也可以與電子稱和溫濕度控制器同時連接。進一步地，所述推動裝置為電動推桿。本技術(shù)中，垂向是指豎直方向，即與水平面相垂直的方向。本技術(shù)測量裝置原理如下：測量裝置通過精確控制樣品支桿的水平和垂向運動來研究運動速度、摩擦距離及壓力對摩擦起電的影響。由電荷守恒可知，相對摩擦的兩絕緣體所帶電荷大小相等，電性相反，所以可以由此測量摩擦帶電量。具體地，本技術(shù)中樣品支桿的水平運動主要由絲杠帶動，絲杠電機向絲杠提供旋轉(zhuǎn)運動的動力，絲杠又將其旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為水平位移塊的橫向水平運動。絲杠下方設(shè)置橫向的高精度水平導軌，固定板套接在水平導軌上，樣品支桿與固定板相固定，從而能夠保證樣品支桿水平運動的精度，避免樣品與水平位移塊的水平位置不相一致。推動裝置通過推動水平導軌垂向上下運動進而提供樣品支桿垂向運動的動力并控制樣品與摩擦板之間的壓力。第一垂向滑軌和第二垂向滑軌為設(shè)備垂向運動的導向部件，為樣品支桿提供準確的豎直位移。法拉第桶用于測量樣品和摩擦板摩擦產(chǎn)生的電荷大小，具體是通過測量摩擦板的帶電量來測量摩擦產(chǎn)生的電荷大小。高精度電子稱測量樣品與摩擦板的接觸壓力。屏蔽網(wǎng)罩籠罩著整個設(shè)備并接地，通過靜電屏蔽的原理排除外界電磁場對設(shè)備測量結(jié)果的影響，玻璃柜屏蔽實驗周圍環(huán)境對電場的影響，并且可以實現(xiàn)溫濕度變化對摩擦電影響的測量。外接靜電計用于讀取法拉第桶感應(yīng)的電荷量。法拉第桶內(nèi)摩擦板由硬彈簧支撐，可以避免由于摩擦板與樣品接觸壓力過大對樣品造成損壞。計算機監(jiān)控系統(tǒng)可實時監(jiān)測并記錄靜電計測得的摩擦電電荷量。綜上所述，本技術(shù)的有益效果在于：1）可精確測量相對摩擦速度、摩擦距離、接觸壓力、溫濕度等多個變量對摩擦電電荷量的影響，并能對摩擦電電荷量的變化進行實時測量；2）整個實驗過程都在屏蔽網(wǎng)罩和玻璃柜內(nèi)進行，有效排除了周圍環(huán)境對電荷測量的影響；3）控制方便，能夠精確控制樣品的摩擦速度、接觸壓力以及裝置內(nèi)部溫濕度，而且操作控制都在屏蔽網(wǎng)罩和玻璃柜外完成，進一步避免了外界環(huán)境對摩擦電測量帶來的影響；4）可對力-摩擦電進行實時監(jiān)測并記錄，便于數(shù)據(jù)后續(xù)處理。附圖說明圖1為本技術(shù)球板摩擦電力-電實時測量裝置的結(jié)構(gòu)主視圖；圖2為本技術(shù)法拉第筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本技術(shù)球板摩擦電力-電實時測量裝置的結(jié)構(gòu)立體圖；圖中，1-玻璃柜，2-屏蔽網(wǎng)罩，3-設(shè)備底座，4-第一定滑軌，5-第一動滑軌，6-第二定滑軌，7-第二動滑軌，8-絲杠支架，9-絲杠，10-絲杠電機，11-水平位移塊，12-樣品支桿，13-上水平導軌，14-下水平導軌，15-固定板，16-卡槽，17-推桿，18-推桿電機，19-電子稱，20-法拉第筒，21-硬彈簧，22-摩擦板，23-樣品，24-外接控制裝置，25-靜電計。具體實施方式如圖1-3所示，一種球板摩擦電力-電實時測量裝置，包括設(shè)備底座3、樣品支桿12、樣品運動控制單元、摩擦電測量單元、壓力測量單元、溫濕度控制單元、屏蔽網(wǎng)罩2、玻璃柜1、外接控制裝置及計算機監(jiān)控系統(tǒng)，其中：設(shè)備底座3水平設(shè)置，用作測量裝置基礎(chǔ)平臺；樣品支桿12用于固定摩擦電測量用樣品23。所述樣品運動控制單元包括第一垂向滑軌、第二垂向滑軌、絲杠支架8、絲杠9、絲杠電機10、水平位移塊11及推動裝置，所述第一垂向滑軌由相互滑動連接的第一定滑軌4和第一動滑軌5構(gòu)成，所述第二垂向滑軌由相互滑動連接的第二定滑軌6和第二動滑軌7構(gòu)成，第一定滑軌4和第二定滑軌6固定于設(shè)備底座3上；絲杠支架8水平設(shè)置并固定于第一動滑軌和5第二動滑軌7的上部之間；絲杠9水平設(shè)置且其兩端通過軸承（圖中未示出）安裝于絲杠支架8的兩端；絲杠電機10與絲杠9的一端相連接，用于提供絲杠9轉(zhuǎn)動的動力；水平位移塊11與絲杠9螺紋連接并能沿絲杠9水平移動，樣品支桿12與水平位移塊11固定連接；第一動滑軌5和第二動滑軌7本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種球板摩擦電力?電實時測量裝置，其特征在于，包括：樣品支桿，所述樣品支桿用于固定摩擦電測量用樣品；樣品運動控制單元，所述樣品運動控制單元與樣品支桿相連接，用于控制樣品支桿的水平運動和垂向運動；摩擦電測量單元，所述摩擦電測量單元包括法拉第筒以及與法拉第筒電連接的靜電計，所述法拉第筒內(nèi)固定有水平設(shè)置的摩擦板；壓力測量單元，所述壓力測量單元用于測量摩擦板受到的垂向壓力；屏蔽網(wǎng)罩，所述屏蔽網(wǎng)罩由金屬網(wǎng)構(gòu)成，且其覆罩于樣品支桿、樣品運動控制單元、法拉第筒以及壓力測量單元外并接地；所述靜電計位于屏蔽網(wǎng)罩外。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種球板摩擦電力-電實時測量裝置，其特征在于，包括：樣品支桿，所述樣品支桿用于固定摩擦電測量用樣品；樣品運動控制單元，所述樣品運動控制單元與樣品支桿相連接，用于控制樣品支桿的水平運動和垂向運動；摩擦電測量單元，所述摩擦電測量單元包括法拉第筒以及與法拉第筒電連接的靜電計，所述法拉第筒內(nèi)固定有水平設(shè)置的摩擦板；壓力測量單元，所述壓力測量單元用于測量摩擦板受到的垂向壓力；屏蔽網(wǎng)罩，所述屏蔽網(wǎng)罩由金屬網(wǎng)構(gòu)成，且其覆罩于樣品支桿、樣品運動控制單元、法拉第筒以及壓力測量單元外并接地；所述靜電計位于屏蔽網(wǎng)罩外。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球板摩擦電力-電實時測量裝置，其特征在于，所述樣品運動控制單元包括：第一垂向滑軌及第二垂向滑軌，所述第一垂向滑軌由相互滑動連接的第一定滑軌和第一動滑軌構(gòu)成，所述第二垂向滑軌由相互滑動連接的第二定滑軌和第二動滑軌構(gòu)成，所述第一定滑軌和第二定滑軌固定不動；絲杠支架，所述絲杠支架水平設(shè)置且其兩端分別與第一動滑軌和第二動滑軌的上部相固定；絲杠，所述絲杠水平設(shè)置且其兩端通過軸承安裝于絲杠支架的兩端；絲杠電機，所述絲杠電機與絲杠的一端相連接，用于提供絲杠轉(zhuǎn)動的動力；水平位移塊，所述水平位移塊與絲杠螺紋連接并能沿絲杠水平移動，所述樣品支桿與水平位移塊固定連接；推動裝置，所述推動裝置與第一動滑軌和第二動滑軌相連接，能夠推動第一動滑軌和第二動滑軌作上下垂向運動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球板摩擦電力-電實時測量裝置，其特征在于，所述壓力測量單元由電子稱構(gòu)成，所述法拉第筒放置于所述電子稱上。4....
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝莉，張岳，胡沈沈，包能能，
申請(專利權(quán))人：蘭州大學，
類型：新型
國別省市：甘肅;62
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