本实用新型属于物理实验仪器领域，数显式平板电容器原理演示装置工作原理就是改变金属极板间距、正对面积以及介电常数三个参量中的一个，从而使电容器的电容值发生变化，经过电容转换器变成电压信号输出，再把电信号经放大电路传递到A/D转换器和单片机电路，最后使物理现象和规律通过显示电路以数字形式呈现出来，直观的演示平板电容器的工作原理。
背景技术：
本实用新型是一种数显式平板电容器原理演示装置，装置能够测量出不同情况下的电容值的变化并转换为电压信号输出，平板电容器的电容值大小与介电常数、金属极板的正对面积、金属极板间距有关，在控制其他变量不变的条件下，分别改变金属极板间距、介电常数、金属极板正对面积，电容值就会发生变化。
通过实验演示出：在其他条件不变的情况下，金属极板间距越小，电容的容量越大；介电常数越大，电容的容量越大；金属极板正对面积越大，电容的容量越大，最后直观的演示出电容器件工作原理。
本实用新型，不仅让学生提高了对电容工作原理的理解，也能让学生对物理原理在工程技术中的应用有更清楚的认识，还可以学到电子测量技术、单片机的知识，拓展本科生的知识结构。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种数显式平板电容器原理的物理演示装置，该装置由：底座(12)、固定在底座(12)上的螺旋测微器I(1)、螺旋测微器II(2)，固定介质的支架I(5)、支架II(6)，金属极板I(3)、金属极板II(4)以及云母介质(13)构成实验区；陶瓷介质(14)和聚苯乙烯介质(15)构成测试介质组；多组按键测试I(19)、测试II(20)、测试III(21)、清零(22)、电源(23)、复位(24)组成的按键电路(31)，由数码管I(16)、数码管II(17)、数码管III(18)构成的显示电路(33)，电容转换器(28)，放大电路(29)，A/D转换器(30)，单片机电路(32)，复位电路(34)构成仪表箱(25)；通过螺旋测微器与金属极板连接处I(7)、螺旋测微器与金属极板连接处II(8)将螺旋测微器与金属极板I(3)、金属极板II(4)连接，使得金属极板I(3)可以前后移动、金属极板II(4)可以左右移动，从而改变金属极板的正对面积、金属极板间距，并通过不同介质的更换，可以得出不同金属极板间距、正对面积、不同介质情况下的电容值，经过电容转换器(28) 变成电信号输出，再把电信号经放大电路(29)传递到A/D转换器(30)和单片机电路(32)，最后使不同金属极板正对面积或金属极板间距的电容值通过显示电路(33)以数字形式呈现出来，直观的演示平板电容器的工作原理，是传统实验方法的发展。
根据图1至图5所述，云母介质(13)固定在介质支架I(5)、支架II(6)上，在实验时，旋转螺旋测微器I(1)使金属极板I(3)前后移动，让两金属极板正好正对；旋转螺旋测微器II(2)使金属极板II(4)左右移动，改变金属极板的间距，让介质两个表面和金属极板的距离正好相等；固定介质的支架I(5)、支架II(6)采取嵌入式设计方便更换中间介质；分别更换云母介质(13)、陶瓷介质(14)和聚苯乙烯介质(15)，改变介电常数，从而引起电容器的电容值发生改变，经过电容转换器(28)变成电信号输出，再把电信号传递到A/D转换器(30)和单片机电路(32)，并通过显示电路(33)显示。
按键电路(31)由清零(22)、测试I(19)、测试II(20)、测试III(21)、电源(23)和复位(24)组成，测试I(19)、测试II(20)、测试III(21)分别对应数码管I(16)、数码管II(17)、数码管III(18)，由清零(22)控制数码管I(16)、数码管II(17)、数码管III(18)的显示清零，复位电路(34)完成实验中单片机电路(32)的复位，底座(12)和仪表箱(25)通过主机插座I(11)、主机插座II(26)用排线连接，电路连接线I(9)、电路连接线II(10)为电容(27)和电容转换器(28)之间的连线。
本专利的有益效果是：能直观、形象、定量地演示电容器的工作原理，还可以使学生学到电子测量技术和单片机方面的知识，拓展本科生的知识结构。
附图说明
图1数显式平板电容器原理演示装置立体图
图2介质材料固定结构图
图3演示装置俯瞰图
图4仪表箱面板图
图5单片机系统框图
图中：1、螺旋测微器I 2、螺旋测微器II 3、金属极板I 4、金属极板II 5、支架I 6、支架II 7、螺旋测微器与金属极板连接处I 8、螺旋测微器与金属极板连接处II 9、电路连接线I 10、电路连接线II 11、主机插座I 12、底座 13、云母介质 14、陶瓷介质 15、聚苯乙烯介质 16、数码管I 17、数码管II 18、数码管III 19、测试I 20、测试II 21、测试III 22、清零 23、电源 24、复位 25、仪表箱 26、主机插座II 27、电容 28、电容转换器 29、放大电路 30、A/D转换器 31、按键电路 32、单片机电路 33、显示电路 34、复位电路
具体实施方式
下面结合附图所示实施例进一步说明本实用新型的具体内容及实施方式。
数显式平板电容器原理演示装置总体结构参阅图1至图5，由实验区、测试介质组、仪表箱构成，装置能够测量出改变三种参数中任意一个引发的电容值变化，并通过显示电路以数字形式表示出来。
本实用新型实施具体采用如下的技术路线：
1、数显式楞次定律现象物理演示装置的技术路线
如图1和如图2所示，固定介质的支架I(5)、支架II(6)，螺旋测微器I(1)、螺旋测微器II(2)用螺钉固定在底座(12)的上，通过螺旋测微器与金属极板连接处I(7)、螺旋测微器与金属极板连接处II(8)将螺旋测微器I(1)、螺旋测微器II(2)分别与金属极板I(3)、金属极板II(4)连接，使得金属极板I(3)、金属极板II(4)可以通过旋转螺旋测微器的旋钮分别实现前后、左右的移动，用来改变金属极板的正对面积以及金属极板间距，固定介质的支架I(5)、支架II(6)采取嵌入式设计，方便更换中间介质，首先将云母介质(13)安装在固定介质支架I(5)、支架II(6)上构成实验区，由陶瓷介质(14)和聚苯乙烯介质(15)构成测试介质组；由仪表箱(25)形成仪器的检测、显示区。
首先旋动螺旋测微器I(1)，使得金属极板I(3)前后移动以改变两金属极板的正对面积，由公式其电容(27)的电容量就变为经过电容转换器(28)变成电信号输出，再把电信号经放大电路(29)传递到A/D转换器(30)和单片机电路(32)，最后使不同金属极板正对面积下的电容值通过显示电路(33)显示在数码管I(16)、数码管II(17)、数码管III(18)上，实验完毕通过按键电路(31)对显示电路(33)进行清零。
旋动螺旋测微器II(2)，使得金属极板II(4)左右移动以改变金属极板间距，设动金属极板在初始位置时与定金属极板的间距为d，当被测量的变化引起间距减小Δd(Δd<<d)时，电容(27)的电容量就变为经过电容转换器(28)变成电信号输出，再把电信号经放大电路(29)传递到A/D转换器(30)和单片机电路(32)，最后使不同金属极板间距下的电容值通过显示电路(33)显示在数码管I(16)、数码管II(17)、数码管III(18)上，实验完毕通过按键电路(31)对显示电路(33)进行清零。
更换中间介质以改变介电常数，固定介质的支架I(5)、支架II(6)采取嵌入式设计，方便更换中间介质，分别更换云母介质(13)、陶瓷介质(14)和聚苯乙烯介质(15)，由于三种介质介电常数ε各不相同，电容(27)的电容量会发生改变，经过电容转换器(28)变成电信号输出，再把电信号经放大电路(29)传递到A/D转换器(30)和单片机电路(32)，最后使不同介质条件下的电容值通过显示电路(33)显示在数码管I(16)、数码管II(17)、数码管III(18)上，实验完毕通过按键电路(31)对显示电路(33)进行清零。
实验时，按下测试I(19)、测试II(20)、测试III(21)，数据显示在对应的数码管I(16)、数码管II(17)、数码管III(18)上，同时按键上的指示灯会同时点亮。