本发明提供一种静电场描绘仪及其使用方法，涉及实验教学仪器技术领域。本发明包括如下步骤：步骤1：打开电源开关，调节电位调节预设一电压值；显示在电位指示上；步骤2：X‑Y系统通过连接板与描绘探针同步移动，当电解槽中的电压与预设电压相同时，电源机箱输出电压至打印头；步骤3：打印头中的线圈受到电压作用产生磁场，导磁柱迅速向下弹出，使打印针在描绘平台上留下一个记录点，打印针留下记录点后迅速回到原位置，以此类推完成该预设电压的描绘；步骤4：根据实验要求，重置预设电压，并重复步骤2‑步骤3，直至完成实验要求的整个静电场的描绘。本发明从根本上消除了不同轴误差，提高实验效率。
1.一种静电场描绘仪，其特征在于,包括电源机箱、静电场描绘系统、电解槽、电极；
所述电源机箱的面板上设有电压输出端(1)、电位调节(2)、电位指示(3)、电源开关(4)、插座(5)，电源机箱中设有自动检测电路、延时电路、驱动电路；所述驱动电路包括电阻R1、电容C4、二极管D4、继电器；所述电源模块对外接线端包括电源稳压块输入端、电源稳压块输出端、电源负极；所述继电器包括刀引脚1、常闭触点引脚2、常开触点引脚3、线圈引脚
4、线圈引脚5；自动检测电路的输出端与延时电路的输入端相连接，延时电路的输出端与线圈引脚4相连接，线圈引脚5与电源负极相连接，电容C4的一端与电源负极相连接，另一端与刀引脚1相连接，常闭触点引脚2与电阻R1一端相连接，电阻R1另一端与电源稳压块输入端连接，常开触点引脚3与打印头相连接,二极管D4的一端与电源负极相连接，另一端与线圈引脚4相连接；
所述静电场描绘系统包括描绘平台、描绘探针、连接板、X-Y系统；所述X-Y系统包括横梁、打印头、支架、滑轮、主滑轮；所述打印头包括主线圈、弹簧、打印针、导磁柱、支撑架、挡板、固定器，主线圈的下方设有支撑架，弹簧置于主线圈的上方，导磁柱置于主线圈和弹簧内，其一端与打印针螺纹连接，另一端与挡板螺纹连接；打印针穿过支撑架与导磁柱螺纹连接；打印头通过主滑轮与横梁上设有的轨道相连接，沿X轴移动，横梁置于支架上端，支架下端通过滑轮与描绘平台两侧设有的轨道相连接，横梁沿Y轴移动；
所述电解槽中设有电极，电极与电解槽的接线柱相连接；打印头的一端与描绘探针电连接，另一端与插座(5)电连接，连接板的一端与描绘探针机械连接，另一端与打印头机械连接。
2.根据权利要求1所述的一种静电场描绘仪，其特征在于：所述打印头中的固定器与打印针螺纹连接，用于限定打印针与平台的距离。
3.根据权利要求1所述的一种静电场描绘仪，其特征在于：所述支撑架的一端由螺丝固定，另一端通过螺丝固定在主滑轮的侧面。
4.根据权利要求1所述的一种静电场描绘仪的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在描绘平台上放置坐标纸和复写纸，打开电源开关，调节电位调节(2)预设一电压值；显示在电位指示(3)上；
步骤2：描绘探针在电解槽中移动，X-Y系统通过连接板与描绘探针同步移动，当描绘探针接触到电解槽中的电压与预设电压相同时，电源机箱中的自动检测电路和延时电路将电压输出至驱动电路中的继电器，使继电器输出电压至打印头；
步骤3：打印头中的线圈受到电压作用产生磁场，导磁柱迅速向下弹出，使打印针在描绘平台上留下一个记录点，打印针留下记录点后在弹簧的作用下迅速回到原位置，以此类推完成该预设电压的描绘；
步骤4：根据实验要求，重置预设电压，并重复步骤2-步骤3，直至完成实验要求的整个静电场的描绘。
一种静电场描绘仪及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及实验教学仪器技术领域，尤其涉及一种静电场描绘仪及其使用方法。
背景技术
[0002] 目前应用于学校物理实验教学的静电场描绘仪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”。单层描绘仪虽然有效的避免了不同轴误差，但是单层描绘仪需要在暗室下进行实验，不利于教学的开展，传统静电场描绘仪在描绘静电场时，先要寻找等位点，这种人工寻点的方法效率很低。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种静电场描绘仪及其使用方法，本发明从根本上消除了不同轴误差，提高实验效率；
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
[0005] 一方面，本发明提供一种静电场描绘仪，包括电源机箱、静电场描绘系统、电解槽、电极；
[0006] 所述电源机箱的面板上设有电压输出端(1)、电位调节(2)、电位指示(3)、电源开关(4)、插座(5)，电源机箱中设有自动检测电路、延时电路、驱动电路；所述驱动电路包括电阻R1、电容C4、二极管D4、继电器；所述电源模块对外接线端包括电源稳压块输入端、电源稳压块输出端、电源负极；所述继电器包括刀引脚1、常闭触点引脚2、常开触点引脚3、线圈引脚4、线圈引脚5；自动检测电路的输出端与延时电路的输入端相连接，延时电路的输出端与线圈引脚4相连接，线圈引脚5与电源负极相连接，电容C4的一端与电源负极相连接，另一端与刀引脚1相连接，常闭触点引脚2与电阻R1一端相连接，电阻R1另一端与电源稳压块输入端连接，常开触点引脚3与打印头相连接,二极管D4的一端与电源负极相连接，另一端与线圈引脚4相连接；
[0007] 所述静电场描绘系统包括描绘平台、描绘探针、连接板、X-Y系统；所述X-Y系统包括横梁、打印头、支架、滑轮、主滑轮；所述打印头包括主线圈、弹簧、打印针、导磁柱、支撑架、挡板、固定器，主线圈的下方设有支撑架，弹簧置于主线圈的上方，导磁柱置于主线圈和弹簧内，其一端与打印针螺纹连接，另一端与挡板螺纹连接；打印针穿过支撑架与导磁柱螺纹连接；打印头通过主滑轮与横梁上设有的轨道相连接，沿X轴移动，横梁置于支架上端，支架下端通过滑轮与描绘平台两侧设有的轨道相连接，横梁沿Y轴移动；
[0008] 所述电解槽中设有电极，电极与电解槽的接线柱相连接；打印头的一端与描绘探针电连接，另一端与插座(5)电连接，连接板的一端与描绘探针机械连接，另一端与打印头机械连接。
[0009] 所述打印头中的固定器与打印针螺纹连接，用于限定打印针与平台的距离。
[0010] 所述支撑架的一端由螺丝固定，另一端通过螺丝固定在主滑轮的侧面。
[0011] 另一方面，本发明的一种静电场描绘仪的使用方法，包括如下步骤：
[0012] 步骤1：在描绘平台上放置坐标纸和复写纸，打开电源开关，调节电位调节(2)预设一电压值；显示在电位指示(3)上；
[0013] 步骤2：描绘探针在电解槽中移动，X-Y系统通过连接板与描绘探针同步移动，当描绘探针接触到电解槽中的电压与预设电压相同时，电源机箱中的自动检测电路和延时电路将电压输出至驱动电路中的继电器，使继电器输出电压至打印头；
[0014] 步骤3：打印头中的线圈受到电压作用产生磁场，导磁柱迅速向下弹出，使打印针在描绘平台上留下一个记录点，打印针留下记录点后在弹簧的作用下迅速回到原位置，以此类推完成该预设电压的描绘；
[0015] 步骤4：根据实验要求，重置预设电压，并重复步骤2-步骤3，直至完成实验要求的整个静电场的描绘。
[0016] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种静电场描绘仪及其使用方法，本发明通过连接板固定描绘探针和X-Y系统中的打印头，使描绘探针和打印头可以同步移动，从根本上消除了不同轴误差，无需手动取点，提高描绘效率，即实现了单层描绘，又没有对实验环境的要求；
附图说明
[0017] 图1为本发明实施例提供的静电场描绘仪的装置主视图；
[0018] 图2为本发明实施例提供的打印头主视图；
[0019] 图3为本发明实施例提供的自动检测电路、延时电路和驱动电路的原理图；
[0020] 图4为本发明实施例提供的窗口调节电路；
[0021] 图5为本发明实施例提供的静电场的描绘图；
[0022] 其中，1电压输出端，2电位调节，3电位指示，4电源开关，5插座，6描绘平台，7滑轮，8支架，9横梁，10打印头，11主滑轮，12连接板，13描绘探针，14电解槽，15电极，16主线圈，17弹簧，18打印针，19导磁柱，20支撑架，21挡板，22固定器，23螺丝。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0024] 如图1所示，本实施例的方法如下所述。
[0025] 一种静电场描绘仪，包括电源机箱、静电场描绘系统、电解槽、电极；
[0026] 所述电源机箱的面板上设有电压输出端(1)、电位调节(2)、电位指示(3)、电源开关(4)、插座(5)，电源机箱中设有自动检测电路、延时电路、驱动电路，如图3所示；所述驱动电路包括电阻R1、电容C4、二极管D4、继电器；所述电源模块对外接线端包括电源稳压块输入端、电源稳压块输出端、电源负极；所述继电器包括刀引脚1、常闭触点引脚2、常开触点引脚3、线圈引脚4、线圈引脚5；自动检测电路的输出端与延时电路的输入端相连接，延时电路的输出端与线圈引脚4相连接，线圈引脚5与电源负极相连接，电容C4的一端与电源负极相连接，另一端与刀引脚1相连接，常闭触点引脚2与电阻R1一端相连接，电阻R1另一端与电源稳压块输入端连接，常开触点引脚3与打印头相连接,二极管D4的一端与电源负极相连接，另一端与线圈引脚4相连接；
[0027] 所述静电场描绘系统包括描绘平台6、描绘探针13、连接板12、X-Y系统；所述X-Y系统包括横梁9、打印头10、支架8、滑轮7、主滑轮11；所述打印头包括主线圈16、弹簧17、打印针18、导磁柱19、支撑架20、挡板21、固定器22，如图2所示，主线圈16的下方设有支撑架20，弹簧17置于主线圈16的上方，导磁柱19置于主线圈16和弹簧17内，其一端与打印针18螺纹连接，另一端与挡板21螺纹连接；打印针18穿过支撑架20与导磁柱19螺纹连接；打印头10通过滑轮11与横梁9上设有的轨道相连接，沿X轴移动，横梁9置于支架8上端，支架8下端通过滑轮7与描绘平台6两侧设有的轨道相连接，横梁沿Y轴移动；
[0028] 所述电解槽14中设有电极15，电极15与电解槽14的接线柱相连接；打印头的一端与描绘探针13电连接，另一端与插座5电连接，连接板12的一端与描绘探针机械连接，另一端与打印头机械连接。
[0029] 所述打印头中的固定器与打印针螺纹连接，用于限定打印针与平台的距离。
[0030] 所述支撑架的一端由螺丝23固定，另一端通过螺丝固定在滑轮11的侧面。
[0031] 描绘探针和打印头通过连接板可以同步移动，本实施例中连接板为合金材质。所述电位指示(3)中包含窗口电位器电路，如图4所示，因其电位指示范围越小越精确，所以本实施例中将电阻R1用导线代替，使窗口电压小于20微伏，使实验结果更加精确。
[0032] 本实施例中采用平行板电极；
[0033] 另一方面，本发明的一种静电场描绘仪的使用方法，包括如下步骤：
[0034] 步骤1：在描绘平台上放置坐标纸和复写纸，打开电源开关，调节电位调节(2)预设一电压值；并显示在电位指示(3)上；
[0035] 步骤2：描绘探针在电解槽中移动，X-Y系统通过连接板与描绘探针同步移动，当描绘探针接触到电解槽中的电压与预设电压相同时，电源机箱中的自动检测电路和延时电路将电压输出至驱动电路中的继电器，使继电器输出电压至打印头；
[0036] 继电器在未得到电压时，电容C4通过常闭触点引脚实时处在充电状态，当延时电路将电压输出至驱动电路中的继电器时，常开触点引脚关闭，电容C4瞬间将其内部储存的电压输出；
[0037] 步骤3：打印头中的线圈受到电压作用产生磁场，导磁柱迅速向下弹出，使打印针在描绘平台上留下一个记录点，打印针留下记录点后在弹簧的作用下迅速回到原位置，以此类推完成该预设电压的描绘；
[0038] 步骤4：根据实验要求，重置预设电压，并重复步骤2-步骤3，直至完成实验要求的静电场的描绘。
[0039] 本实施例中实验要求中的预设电压分别为2V、4V、6V、8V、10V；根据该实验要求得到静电场的描绘图如图5所示；
[0040] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
