[發(fā)明專利]基本電荷電量的自動(dòng)測(cè)量裝置及測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310001885.2
• 申請(qǐng)日: 2013-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103065531A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仝步升;高明;王啟銀;王曉強(qiáng);趙銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西省電力公司大同供電分公司;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): G09B23/18
• 分類號(hào): G09B23/18
• 代理公司: 北京天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11386
• 代理人: 胡時(shí)冶;王宇楊

1.一種基本電荷電量的自動(dòng)測(cè)量裝置，應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)中，該裝置具有：鋁合金機(jī)箱，油滴盒，帶指示燈的電源開(kāi)關(guān)，

三檔開(kāi)關(guān)，用于控制電場(chǎng)力的施加與否，當(dāng)去掉電場(chǎng)力時(shí)，油滴受重力作用加速下降，同時(shí)受到與速度成正比的空氣阻力，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定速度時(shí)，阻力與重力平衡，油滴勻速下降；

電壓調(diào)節(jié)旋鈕，精確調(diào)節(jié)油滴盒中極板間電壓，當(dāng)垂直方向上重力和極板電場(chǎng)力平衡時(shí)，油滴保持靜止；

計(jì)時(shí)按鍵，用于控制實(shí)驗(yàn)的開(kāi)始與結(jié)束，當(dāng)按下計(jì)時(shí)按鍵時(shí)，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，微控制器會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)油滴達(dá)到勻速下降狀態(tài)，并計(jì)算油滴速度；

圖像數(shù)據(jù)傳輸線，用于將拍攝到的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像處理電路進(jìn)行圖像處理；

數(shù)字顯微攝像頭和液晶顯示屏，用于捕捉拍攝和觀看油滴的清晰圖像；

微控制器電路板；

其特征在于，微控制器電路板包括：

數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和極板驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)電壓調(diào)節(jié)旋鈕的輸入，輸出不同頻率、不同占空比的電壓信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生不同大小的電壓，加在油滴盒的極板上；

晶振電路，用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)器的定時(shí)功能；

圖像處理電路，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后送入微控制器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；

微控制器LPC2294，控制數(shù)模轉(zhuǎn)化電路和驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)了電極板間電壓的精確調(diào)節(jié)，控制定時(shí)器的時(shí)間間隔提取出間隔時(shí)間相同的若干組圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)油滴達(dá)到勻速下降狀態(tài)時(shí)，根據(jù)油滴下降距離和定時(shí)器時(shí)間間隔計(jì)算油滴勻速下降的速度，然后根據(jù)公式：

q=18πdV2ρg(ηlt(1+bpr))3,]]>其中r=(9ηl/2ρgt)^1/2，e=q/n

計(jì)算油滴中總的電量，進(jìn)而計(jì)算基本電荷的電量，并將正確的計(jì)算結(jié)果保存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中或顯示到顯示屏上，

式中字母代表含義如下：

q為油滴所帶電量

η為空氣粘滯系數(shù)（常數(shù)）

π為圓周率（常數(shù)）

l為油滴勻速下降距離（已知量）

d為帶電極板距離（已知量）

t為油滴勻速下降時(shí)間（測(cè)得量）

V為帶電極板電壓（已知量）

b為修正常數(shù)（常數(shù)）

ρ為油滴密度（常數(shù)）

p為大氣壓強(qiáng)（常數(shù)）

g為重力加速的（常數(shù)）

r為油滴半徑（計(jì)算可得量）

n為油滴中電子數(shù)（計(jì)算可得量）。

2.一種基本電荷電量的自動(dòng)測(cè)量方法，應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)中，

采用三檔開(kāi)關(guān)控制電場(chǎng)力的施加與否，當(dāng)去掉電場(chǎng)力時(shí)，油滴受重力作用加速下降，同時(shí)受到與速度成正比的空氣阻力，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定速度時(shí)，阻力與重力平衡，油滴勻速下降；

設(shè)置電壓調(diào)節(jié)旋鈕精確調(diào)節(jié)油滴盒中極板間電壓，當(dāng)垂直方向上重力和極板電場(chǎng)力平衡時(shí)，油滴保持靜止；

根據(jù)電壓調(diào)節(jié)旋鈕的輸入，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和極板驅(qū)動(dòng)電路輸出不同頻率、不同占空比的電壓信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生不同大小的電壓，加在油滴盒的極板上；

設(shè)置計(jì)時(shí)按鍵，用于控制實(shí)驗(yàn)的開(kāi)始與結(jié)束，當(dāng)按下計(jì)時(shí)按鍵時(shí)，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，微控制器會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)油滴達(dá)到勻速下降狀態(tài)，并計(jì)算油滴速度；

采用一個(gè)晶振電路來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能；

通過(guò)數(shù)字顯微攝像頭和液晶顯示屏，用于捕捉拍攝和觀看油滴的清晰圖像；

將拍攝到的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)圖像數(shù)據(jù)傳輸線傳輸?shù)綀D像處理電路進(jìn)行圖像處理；

對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將其送入微控制器進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算；

由一個(gè)微控制器LPC2294來(lái)控制數(shù)模轉(zhuǎn)化電路和驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)電極板間電壓的精確調(diào)節(jié)，控制定時(shí)器的時(shí)間間隔提取出間隔時(shí)間相同的若干組圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)油滴達(dá)到勻速下降狀態(tài)時(shí)，根據(jù)油滴下降距離和定時(shí)器時(shí)間間隔計(jì)算油滴勻速下降的速度，然后根據(jù)公式：

q=18πdV2ρg(ηlt(1+bpr))3,]]>其中r=(9ηl/2ρgt)^1/2，e=q/n

計(jì)算油滴中總的電量，進(jìn)而計(jì)算基本電荷的電量，并將正確的計(jì)算結(jié)果保存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中或顯示到顯示屏上，

式中字母代表含義如下：

q為油滴所帶電量

η為空氣粘滯系數(shù)（常數(shù)）

π為圓周率（常數(shù)）

l為油滴勻速下降距離（已知量）

d為帶電極板距離（已知量）

t為油滴勻速下降時(shí)間（測(cè)得量）

V為帶電極板電壓（已知量）

b為修正常數(shù)（常數(shù)）

ρ為油滴密度（常數(shù)）

p為大氣壓強(qiáng)（常數(shù)）

g為重力加速的（常數(shù)）

r為油滴半徑（計(jì)算可得量）

n為油滴中電子數(shù)（計(jì)算可得量）。