静电计

静电计是一个电测量仪器电荷或电势差。有很多不同类型，从历史悠久的手工机械仪器到高精度电子设备。基于真空管或固态技术的现代静电计可用于以极低的漏电流（低至1 飞安）进行电压和电荷测量。一种更简单但相关的仪器，即验电器，其工作原理类似，但仅指示电压或电荷的相对大小。

金叶验电器是用来指示电荷的仪器之一。它仍然用于科学演示，但在大多数应用中已被电子测量仪器所取代。该仪器由从电极上悬垂的两片金箔薄片组成。当电极通过感应或接触方式充电时，叶片会吸收相似的电荷，并且由于库仑力而相互排斥。它们的分离直接表明它们上存储的净电荷。在叶子对面的玻璃上，可能会粘贴锡箔片，以便当叶子完全散开时，它们可能会排入地下。可以将叶片封闭在玻璃信封中以保护它们免受气流侵蚀，可以抽空信封以xxx程度地减少电荷泄漏。电荷泄漏的另一个原因是电离辐射，因此要防止这种情况，静电计必须被铅屏蔽层包围。如石英纤维静电计和Kearny辐射计中所见，此原理已用于检测电离辐射。

尽管可以校准，这种类型的验电器通常充当指示器而不是测量装置。该百灵验电器替换的金箔验电器用于更精确的测量。

该仪器是18世纪几位研究人员开发的，其中包括亚伯拉罕·本内特（Abraham Bennet（1787）和亚历山德罗·沃尔塔（Alessandro Volta）。

虽然“象限静电计”一词最终指的是开尔文的版本，但该词最初是用来描述一个更简单的设备。它由一根直立的木杆组成，并固定在半圆的象牙上。轻便的软木球从中心悬挂在枢轴上。将器械放在带电的身体上时，茎杆会参与并排斥软木塞球。尽管测量的角度与电荷不成正比，但可以从带刻度的半圆上读出排斥的量。早期的发明者包括William Henley（1770）和Horace-Bénédictde Saussure。

与金箔或软木球的排斥作用相比，扭转作用使测量更灵敏。它由一个玻璃瓶和一个玻璃管组成。在管子的轴线上是一根玻璃丝，其下端装有一根口香糖，每根末端都有一个镀金的髓球。通过圆柱体上的另一个孔，可以插入另一个带有镀金球的口香糖棒。这称为承载杆。

如果托架杆的下部球进入孔中时被充电，这将排斥内部的一个可移动球。刻度和刻度尺连接到可扭曲的玻璃棒的顶部。扭转以使球重新聚集在一起的度数与承载杆球的电荷量正好成比例。

邱天文台的首任主任弗朗西斯·罗纳兹（Francis Ronalds）在1844年左右对库仑扭摆进行了重大改进，改良后的仪器由伦敦仪器制造商出售。罗纳德斯使用细的悬浮针而不是胶棒，并用在针平面上的固定件代替了承载杆。两者都是金属，悬挂线及其周围的管子也是金属，因此针和固定件可以通过电线直接充电。罗纳德斯还雇用了法拉第笼并试穿摄影以连续记录读数。它是开尔文象限静电计的先驱。

由Peltier开发，它使用一种电磁罗盘来通过用磁针平衡静电力来测量偏转。

由TGF Behrens发明的JGF von Bohnenberger开发的Bohnenberger静电计由垂直悬挂在干桩的阳极和阴极之间的单个金箔组成。传递给金箔的任何电荷都会使它朝一个或另一个极移动；因此，可以测量电荷的符号及其近似大小。

吸引静电计也称为“吸引盘静电计”，是测量带电磁盘之间的吸引力的灵敏天平。威廉·斯诺·哈里斯（William Snow Harris）以该乐器的发明而著称，开尔文勋爵（Lord Kelvin）对其进行了进一步改进。

由开尔文勋爵（Lord Kelvin）开发，这是所有机械静电计中最灵敏，最准确的。原始设计使用轻质铝制扇形悬挂在一个分为四段的鼓内。这些线段是绝缘的，并且成对斜地连接。带电的铝扇形被一对扇形吸引，并被另一扇扇形排斥。就像在检流计中一样，通过从附着在扇形体上的小镜子反射的光束观察到偏转。右边的雕刻显示该静电计的形式略有不同，使用四个平板而不是闭合的线段。这些板可以按常规的对角线方式从外部连接，也可以按特定应用的不同顺序连接。

弗雷德里克·林德曼（Frederick Lindemann）开发了一种更灵敏的象限静电计形式。它使用金属涂层石英纤维代替铝材。通过在显微镜下观察纤维的运动来测量挠度。最初用于测量光星，它是用于该红外线检测在初期的飞机第二次世界大战。

一些机械静电计装在一个笼子里，通常被称为“鸟笼”。这是法拉第笼的一种形式，可以保护仪器免受外部静电的影响。

可以使用称为电图的设备连续记录电读数。弗朗西斯·罗纳兹（Francis Ronalds）于1814年左右创作了一部早期的电子书，其中不断变化的电在旋转的树脂涂层板上形成了图案。它于1840年代在Kew天文台和格林威治皇家天文台受雇，以创建大气电变化的记录。1845年，罗纳德斯（Ronalds）发明了记录大气电力的照相方法。的光敏表面慢慢地拉过相机盒的孔径光阑，后者还装有一个静电计，并记录了静电计索引的持续运动。开尔文在1860年代对象限静电计使用了类似的照相方式。

现代静电计是一种高度灵敏的电子电压表，其输入阻抗是如此之高，以至于在大多数实际应用中，可以认为流入其中的电流为零。现代电子静电计的输入电阻的实际值是大约10 ¹⁴ Ω，与大约10 ¹⁰ Ω为纳伏。由于输入阻抗极高，因此必须采取特殊的设计注意事项来避免泄漏电流，例如驱动屏蔽和特殊的绝缘材料。

除其他应用外，静电计还用于核物理实验，因为它们能够测量通过电离辐射而留在物质中的微小电荷。现代静电计的最常见用途是在诸如盖革计数器等仪器中用电离室测量辐射。

振动片静电计使用在移动电极（以振动片形式）和固定输入电极之间形成的可变电容器。当两个电极之间的距离变化时，电容也会变化，并且电荷会被强制进出电容器。由该电荷的流动产生的交流信号被放大并用作施加到电容器的直流电压的模拟信号。静电计的直流输入电阻仅由电容器的泄漏电阻决定，并且通常极高（尽管其交流输入阻抗较低）。

为了使用方便，振动簧片组件通常通过电缆连接到静电计的其余部分。这允许相对较小的单元位于要测量的电荷附近，而更大的簧片驱动器和放大器单元可以位于对操作员方便的任何位置。

阀静电计使用专用的真空管（热电子阀），具有很高的增益（跨导）和输入电阻。输入电流被允许流入高阻抗栅极，并且由此产生的电压在阳极（极板）电路中被xxx放大。设计用于静电计的阀的泄漏电流低至几飞安（10 ^-15安培）。此类阀门必须戴手套的手操作，因为残留在玻璃外壳上的盐会为这些微小电流提供泄漏路径。

在称为反向三极管的专用电路中，阳极和栅极的作用相反。这使控制电极与灯丝周围的空间电荷区相距xxx距离，从而使控制电极收集的电子量最小，从而使输入电流最小。

最先进的静电计包括使用一个或多个场效应晶体管的固态 放大器，用于外部测量设备的连接以及通常是显示和/或数据记录的连接。放大器会放大小电流，以便于测量。外部连接通常为同轴或三轴设计，并允许连接二极管或电离室以进行电离辐射测量。通过显示或数据记录连接，用户可以查看或记录数据以供以后分析。设计用于电离室的静电计可以包括高压电源，用于偏压电离室。

固态静电计通常是可以测量电压，电荷，电阻和电流的多功能设备。它们通过“电压平衡”来测量电压，其中使用具有非常高的输入阻抗（大约10 ¹⁴ ohms）的电子电路，将输入电压与内部参考电压源进行比较。修改后的类似电路可以用作电流-电压转换器，从而使仪器能够测量小至几个飞安的电流。结合内部电压源，电流测量模式可适用于测量非常高的电阻，约为10 ¹⁷ ohms。最后，根据已知电容进行计算在静电计的输入端子上，该仪器可以测量很小的电荷，甚至小至皮库仑的一小部分。