专利名称：用于演示和亲身体验高压静电的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于演示和亲身体验高压静电的装置。
背景技术：
在课堂教学中，为了说明高压静电的道理，一般采用范德格拉夫静电发生器来演示，但这种演示只能让受教者获得一种理性的知识，至于说在高压的情况下是什么样的感受，受教者无法体验，也不敢体验。
发明内容
本实用新型是为了解决现有高压静电教学演示中的缺陷，而提供的一种在教学和在科技展览中用于演示和亲身体验高压静电的装置，通过该装置的演示，可使受教者和参观者亲自体验处于高电位状态下的感受，从而普及高压静电知识，使大家了解高压防护、高压带电作业的原理，消除人们对高电压的恐惧心理，明白在等电位下人体的安全性.。
本实用新型采取的技术措施是，一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其特点是，包括一绝缘台、一控制台、一金属球体、以及一控制电路；所述的控制台上设有显示屏；所述的金属球体设在绝缘台上立柱的顶部；所述的控制电路包括一电源开关、一与电源开关电连接的电压调压器、一分别与电压调压器的输出端电连接的高压直流发生器和随动直流电压发生器、一A/D转换器、一CPU；所述的高压直流发生器设在绝缘台底箱内，其输出与金属球体电连接；所述的随动直流电压发生器的输出端与A/D转换器连接，A/D转换器的输出端与CPU输入端连接，CPU的输出端与显示屏连接。
上述一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其中，所述的装置还包括一电压显示部件，该电压显示部件由立架、设在立架前表面的多个电压指示标记、以及设在立架前表面与各电压指示标记相对应平行设置的多个电压显示器；所述的各电压显示器的输入端通过D/A转换器与CPU的输出端电连接。
上述一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其中，所述的高压直流电源发生器由高压硅串电路构成。
上述一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其中，所述的高压随动直流电源发生器由与电动调压器连接的单向倍压回路构成。
上述一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其中，所述的各电压显示器由多个继电器控制的多个霓虹灯管构成。
上述一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其中，所述的装置还包括设在绝缘台周围的一圈安全护栏。
上述一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其中，所述的装置还包括一在试验后用来释放金属球体上的静电的放电棒。
由于本实用新型采取了以上的技术方案，操作时，受教者或参观者站在绝缘能力高达40万伏的绝缘站台上，将手按在球壳上，底箱内的高压直流发生器通过导线将电荷传送到球壳上，利用绝缘导体静电平衡的特点，电荷分布在球壳外表面，随着电荷的积累，球壳的电位逐渐升高，其电位与球壳的电位同时升高，直到20万伏动态平衡为止，由于头发具有微弱的导电性，一部分电荷传到头发上，在静电斥力的作用下头发会根根竖起来，使受教者和参观者亲自体验处于高电位状态下的感受，从而使大家了解高压防护、高压带电作业的原理，并且可使受教者和参观者了解等电位和静电斥力的现象，普及了高压静电知识，
本实用新型的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。
图1是本实用新型的整体结构示意图。
图2是本实用新型的控制电路方框图。
图3是本实用新型的高压直流发生器的电原理图。
图4是本实用新型的高压随动直流电源发生器的电原理图。
图5是本实用新型演示方法的示意图。
图6是本实用新型工作流程示意图。
具体实施方式
请参阅图1。一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，包括一绝缘台1、一控制台2、一金属球体3、以及一控制电路4；控制台2上设有显示屏5。绝缘台1离地面50厘米以上，采用高性能的高压绝缘材料构成，例如亚克力有机玻璃绝缘材料，绝缘等级高达约40万伏以上，以确保人身安全。金属球体3设在绝缘台1上立柱11的顶部。本实施例金属球体3采用不锈钢材料构成，直径为600mm，表面光滑，美观耐用；控制台2上的显示屏采用PM-1000 35型数字式面板仪表的LED数码管实时显示高压电压值，格式为XXX KV。还包括显示部件6，所述的电压显示部件6由立架61、设在立架之间的背景板62、设在背景板前的多个电压指示标记63、以及设在背景板前与各电压指示标记相对应平行设置的多个电压显示器64构成；其中，背景板62采用中密度板材料构成，其上可设置一些喷漆金属器件以增加效果。所述的各电压显示器64由多个继电器控制的多个霓虹灯管构成，可实时显示高压发生器电压。为安全起见，本实用新型装置还包括设在绝缘台1周围的一圈安全护栏7，本实施例中该安全护拦的支撑板71采用木质材料构成，栏杆72采用不锈钢金属材料，整个护拦直径为5000mm，以确保试验时其他参观者不能碰到绝缘台上试验者。
请参阅图2。控制电路4包括一电源开关41、一与电源开关电连接的电压调压器42、一分别与电压调压器的输出端电连接的高压直流发生器43和随动直流电压发生器44、一A/D转换器45、一CPU46；所述的高压直流发生器43设在绝缘台1的底箱12内，其输出与金属球体3电连接；所述的随动直流电压发生器44的输出端与A/D转换器45连接，A/D转换器45的输出端与CPU46输入端连接，CPU46的输出端与显示屏5连接，并通过D/A转换器47、继电器48与电压显示器64连接。
请参阅图3、图4，本实用新型的高压直流电源发生器和高压随动直流电源发生器分别由典型的高压硅串电路和单向倍压回路构成，不再赘述。该高压直流电源发生器设在绝缘台底箱12内，输出直流电压20KV±10％，输出直流电流≤3mA，该输出与金属球体3连接。
请参阅图5，本实用新型在演示时，实践者(亲身体验者)8站在50万伏的绝缘台上，与大地彻底绝缘，将手放在金属球体上，然后由辅助人员控制操作。
请参阅图6，本实用新型的工作流程是实践者站在绝缘台上，手放在金属球体上；辅助人员接通电源开关41，根据要求调节电压调压器，调压器将给定电压输出；一路通过高压硅串电路，将低压直流变成高压直流电源，并将该高压直流电压接至金属球体球体上，使金属球体球体上聚集静电约20万伏，当人体的电位与金属球体同时提高至20万伏时，头发将竖起来；另一路产生0~10V随动直流电压输出，经OMRON模拟量输入模块产生一组代码输出至OMRON CPU进行数据处理，并将结果由I/O点输出至各继电器触点以控制霓虹管，霓虹管实时显示。
本实用新型还包括一放电棒(未图示)，本实施例中该放电棒采用环氧树脂材料制成，长1000mm，直径30mm，在试验后用来释放金属球体上的静电。
本实用新型所涉及的主要知识点是等电位通过绝缘等级为40万伏的绝缘台，将人体与大地彻底绝缘，这样当人体与金属球体接触时，人体将与金属球体为等电位，因此人体便不会有电流通过，保证了人体的安全性。
静电斥力因为人体的头发具有微弱的导电性，当人体的电位与金属球体同时提高时，一部分电荷传导到头发上，在静电斥力的作用下头发便会根根竖起来。
权利要求1.一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其特征在于，包括一绝缘台、一控制台、一金属球体、以及一控制电路；所述的控制台上设有显示屏；所述的金属球体设在绝缘台上立柱的顶部；所述的控制电路包括一电源开关、一与电源开关电连接的电压调压器、一分别与电压调压器的输出端电连接的高压直流发生器和随动直流电压发生器、一A/D转换器、一CPU；所述的高压直流发生器设在绝缘台底箱内，其输出与金属球体电连接；所述的随动直流电压发生器的输出端与A/D转换器连接，A/D转换器的输出端与CPU输入端连接，CPU的输出端与显示屏连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其特征在于，所述的装置还包括一电压显示部件，该电压显示部件由立架、设在立架前表面的多个电压指示标记、以及设在立架前表面与各电压指示标记相对应平行设置的多个电压显示器；所述的各电压显示器的输入端通过D/A转换器后与CPU的输出端电连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其特征在于，所述的高压直流电源发生器由高压硅串电路构成。
4.根据权利要求1所述的一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其特征在于，所述的高压随动直流电源发生器由与电动调压器连接的单向倍压回路构成。
5.根据权利要求1所述的一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其特征在于，所述的各电压显示器由多个继电器控制的多个霓虹灯管构成。
6.根据权利要求1所述的一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其特征在于，所述的装置还包括设在绝缘台周围的一圈安全护栏。
7.根据权利要求1所述的一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其特征在于，所述的装置还包括一在试验后用来释放金属球体上的静电的放电棒。
专利摘要一种用于演示和亲身体验高压静电的装置，其特点是，包括一绝缘台、一控制台、一金属球体、以及一控制电路；控制台上设有显示屏；金属球体设在绝缘台顶部；控制电路包括一电源开关、一电压调压器、一高压直流发生器和一随动直流电压发生器、一A/D转换器、一CPU；高压直流发生器输出与金属球体电连接；随动直流电压发生器的输出端与A/D转换器连接，通过CPU与显示屏连接。演示时，体验者站在绝缘台上，手按球壳，高压直流发生器将电荷传到球壳上，直到20万伏动态平衡为止。在静电斥力的作用下体验者头发会根根竖起来，使体验者亲自体验处于高电位状态下的感受，从而了解高压防护、高压带电作业的原理，并且了解等电位和静电斥力的现象，普及了高压静电知识。
文档编号G09B23/18GK2618239SQ0323081
公开日2004年5月26日 申请日期2003年4月30日 优先权日2003年4月30日
发明者梁兆正, 许永顺, 张建国 申请人:上海科技馆