DIS研发：数字化实验系统中的静电计及传感器

中学物理教学中常用的静电计又称电势差计或指针验电器（图3—10—1），主要用于检测电荷和电势差。其历史可以追溯到18世纪后期贝内特发明的验电器。

图3—10—1　指针验电器

静电实验的理想解决方案来自思想实验—构建于头脑之中的静电计模型：

在回顾笔者多年来围绕电子静电计和DIS静电计及静电传感器的开发历程的时候，本文多次提到笔者针对静电计构建的一个模型，即底面积不同的容器对水的容纳效应。事实上，正是这个看似有点牵强的模型，确保了笔者在电子静电计和DIS静电计及传感器的开发中始终能找到问题的关键点—静电电荷量与电势。如果能够实现大电荷量、低电势，则仪器的抗干扰能力就会变强，否则就会变差。有了这个认识，剩下的事情就是利用不同的技术手段实现这一目标罢了。从理论导出模型，依据模型构建实物并通过实验加以验证。因此可以说，笔者的经历对哲学的认识论和实践论形成了切实的支持。

1.原理(www.xing528.com)

该类型的静电计从原理上来说就是一个电容器。通过绝缘塞与外壳固定的指针（包括固定针、转动针、金属杆、金属球）相当于一个极板，外壳相当于另一极板。其电容量可认为是一个定值（多在3～5pF，一般小于5pF），根据C=Q/U可知U∝Q，即指针和外壳的电势差跟指针上所带电荷量成正比。工作时，可动指针和固定针因带有同种电荷互相排斥，导致可动指针能够张开一定角度。指针携带的电荷量愈大斥力愈大，从张开的角度大小可判断指针和金属外壳间的电势差大小。

2.不足

该类型的静电计原理清晰、结构简单，就当时的物理学发展状况而言，已经属于了不起的发明了。但其不足也显而易见：电容量小（3～5pF），只要带上少量电荷，电势就会升得很高。这就犹如一个底面积很小的容器，只要注入少量的液体，液位就会升得很高那样。而因为电势很高，与外界的电势差过大，因此该类型的静电计所带的静电荷很易泄漏；而电荷容量本来就小，往往容易一漏而光。

尽管科学家使用了高阻抗的绝缘塞（一般R＞1012Ω），尽量把处于高电势下的那点有限的电荷留住，但仍难以抵消环境湿度和温度造成的影响，不能从根本上解决漏电问题。

另外，该类型静电计主要用于静电现象的定性观察，难以将实验定量化。