一种用于混合量热法测量冰的溶解热实验的新型设备制造技术

一种用于混合量热法测量冰的溶解热实验的新型设备。本发明专利技术由自动搅拌器和双路数显温度计两部分组成。自动搅拌器主要包括减速电机，搅拌杆和排风扇。双路数显温度计包括两个温度探头，电压表元件，采样与保持电路，双向选择开关，时钟电路，计时电路和温度与时间显示电路构成。本发明专利技术搅拌器可以以每秒１周的匀速进行搅拌，代替了手工操作，使实验更加可靠易做。特别设计的风路和隔热层，使热量无法影响到实验。双路数显温度计采用双通道显示温度，可提供三种数据的显示：时间，水温和环境温度，并且集中显示，能同时记录环境与液体两组的温度值，实现了对液体温度、环境温度、时间的集中测量，使实验时测量曲线平滑，精确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种物理类的实验仪器

技术介绍
混合量热法测量冰的溶解热实验是国内高校物理专业实验课中的一项基础实验，也是相关理工科专业大学物理课程中必修的基础实验。所谓“混合量热法”的基本做法如下把待定系统A与已知热容的系统B相混合，并设法使其成为一个与外界无热量交换的孤立系统C(＝A+B)。这样A(或B)所放出的热量将全部为B(或A)所吸收，因而满足热量平衡方程Q放＝Q吸。已知热容的系统在实验过程中所传递的热量Q是可以由其温度的改变Δθ及其热容CS计算出来的Q＝CSΔθ。于是待测系统在实验过程中所传递的热量即可求得。对测量冰的溶解热的实验的具体原理为质量M、温度θ的与质量m、温度θ1的水相混合，冰全部溶解为水后，测得平衡温度为θ2。假定量热器内筒与搅拌器的质量分别为m1、m2，其比热容分别为c1、c2；水银温度计单位体积的热容为cv，其浸没水中的体积为v；水及冰的比热容分别为c和ci(在-40℃～0℃范围内，ci＝1.8kJ·kg-1·K-1)；冰的熔点为θ0。则由热平衡方程可得c1M(θ0-θ)+ML+cM(θ2-θ0)＝(cm+c1m1+c2m2+cvV)(θ1-θ2)本实验条件下，冰的熔点可认为是0℃，也可选取冰块的温度θ＝0℃。于是冰的溶解热可由下式求出L＝(cm+c1m1+c2m2+cvV)(θ1-θ2)/M-cθ2综上，本试验已知的数据为c＝4.186kJ·m-3·K-1c1＝0.385kJ·m-3·K-1c2＝0.370kJ·m-3·K-1m2＝2.0×10-2kJ·m-3·K-1cv＝1.93×103kJ·m-3·K-1需要测量的数据为1.实验用水质量m；2.量热器内筒质量m1；3.温度计浸在水中的体积V；4.初温θ1和末温θ2；5.根据实验要求绘制的θ-t关系曲线(即需记录由θ1开始每10秒记录一次温度，直到稳定在θ2时结束)；6.环境温度θe(初始θe1，末温θe2，θe＝(θe1+θe 2)/2)根据检索到的信息，目前高校中进行的这个实验仪器基本都是一样的，这套仪器组合已经有很多年历史了，作为基础实验的设备基本没有什么改变，目前的仪器用品包括量热器，水银温度计，物理天平，秒表，小量筒，冰块，干布，热水。现有设备的一个重大问题在于其测量过程操作繁琐，及易造成操作失误与误差。以现有设备试验时，一般操作动作为左手不断使用搅拌杆搅拌，右手持笔记录，眼睛须在秒表与温度计之间交换读数，同时记录数据。这个过程中可产生的误差有1.手动搅拌均匀性差，造成溶解的不均匀，存在误差；2.由于眼睛要在秒表与温度计之间交换，师傅变化大，从读数到记录将产生时间上的误差，从而造成数据的误差。另外，目前一般实验室安排的对环境温度的测量为全室共用一台温度计，不能准确反映实验者周围的温度变化情况，故而环境温度的测量也是不尽准确的。可以看到由于操作动作过多，学生在过程中经常会漏读数据，造成前面的准备工作无效，须重新测量，而物理天平的使用又是很耗费时间的，从而延长实验课时间。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有实验设备需实验者用手搅拌导致搅拌均匀性差，造成溶解的不均匀，存在误差，以及操作动作过多，学生在过程中经常会漏读数据，造成前面的准备工作无效，须重新测量，从而延长实验课时间的问题，提供一种用于混合量热法测量冰的溶解热实验的新型设备。本专利技术提供的用于混合量热法测量冰的溶解热实验的新型设备，由自动搅拌器和双路数显温度计两部分组成，其中——自动搅拌器包括上盖板、下盖板和二者之间的外壁，在下盖板上安装有一个减速电机，电机轴由下盖板上的孔中向下穿出并与搅拌杆连接，减速电机上方的上盖板上安装排风扇，在外壁的下半部四周开有一组进风孔；——双路数显温度计包括两个温度探头，该温度探头将液体和环境温度的变化转换成电压变化后经线路传输给电压表元件，电压表元件输出分成两路，一路经采样与保持电路后电联接双向选择开关中第二对触点中的一个触点、另一个触点电联接计时电路的输出端，该输出端同时经反馈回路反馈到计时电路的归零端，另一路经连续采样电路后电联接双向选择开关中第一对触点中的一个触点、另一个触点电联接计时电路的输出端，该输出端同时经反馈回路反馈到计时电路的计时端，双向选择开关的中间一对触点分别电联接温度与时间显示电路，计时电路的输入端联接时钟电路的输出端。上述自动搅拌器的下盖板的下方通过支撑柱连接一个兼作量热筒盖的绝热板；自动搅拌器的搅拌杆呈“]”形。本专利技术的优点及效果本专利技术实验设备中的自动搅拌器提供了一个机械装置，可以以每秒1周的匀速进行搅拌，代替实验中左手的工作。该搅拌器特别设计的由排风扇和外壁组成的风路，可以进行有效的散热；为了将误差减到最小，又专门制作了10毫米的隔热层，使热量无法影响到实验。这个装置很好地解决了手动不均匀的问题，也减少了工作量，使实验更加可靠易做。同时保留了温度探测杆的插口，可以与双路数显温度计结合起来使用。本专利技术实验设备中的双路数显温度计利用LM35温度元件感应温度，并把温度信号转换成电信号，电信号经过线性放大，经电压表显示温度数值，同时设计一个时钟电路，从中引出秒信号，并用数码管计时，每隔10秒引出一个脉冲信号，经数字采样保持电路控制定时输出温度信息，也可以连续测量温度，由于采用双通道显示温度，可提供三种数据的显示时间，水温和环境温度，并且集中显示，能同时记录环境与液体两组的温度值，实现了对液体温度、环境温度、时间的集中测量，给实验带来了很大方便，学生可以方便的记录所需的数据，解决了人为因素的误差问题。另外它还提供了一个选择按键，对水温进行测量时可以选择是以10秒为间隔显示读数，还是不间隔连续正常显示，以供不同测量精度使用。同时由于能定时测量温度，能使实验时测量曲线平滑，精确。附图说明图1是本实验设备整体结构示意图；图2是本实验设备中自动搅拌器的剖面示意图；图3是本实验设备中双路数显温度计方框图；图4是本实验设备中双路数显温度计原理图。具体实施方式实施例1如图1所示，图中13为自动搅拌器，14液体温度探头，15双路数显温度计，16环境温度探头。如图2所示，图中1上盖板、1.1电源开关1.2指示灯、2外壁、2.1进风孔、3指示灯电阻、4排风扇、5变压器、6温度计固定套、7继电器、8减速电机、8.1固定螺丝、9下盖板、10支撑柱(3个)、11绝热板即隔热层(兼作量热筒盖)、12搅拌杆。本专利技术实验设备中自动搅拌器13的核心动力由一个转速为60(/min)的减速电机8提供，连接到下端呈“]”形的搅拌器，这样设计搅拌器形状是为了给冰块让出空间。连接的地方套上了隔热材料，减少电机对搅拌器的热量传导。由于减速电机发热量非常大，为了防止其对实验的影响我们特别设计了散热风扇。我们将风扇装在电机上部。其风路不是由外向内的吹风，而是由内向外的排风，外壁下部的进风孔也是考虑了这种风路设计的。为配合风扇和指示灯的使用，内部加装了一个12V的变压器，虽然这样又增加了热源，但是由于风路设计很成功，根据我们的实验，在连续开机半小时以上，内部温度增加不超过3度。另外，为防止热量透过下盖板9，我们又在下部加装了1cm的支撑柱10，使其上部悬空，相当于增加了一个空气隔热板。最后为温度计探测杆预留了插孔，可以使两部分很好的结合起来。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于混合量热法测量冰的溶解热实验的新型设备，其特征是该设备由自动搅拌器和双路数显温度计两部分组成，其中：－自动搅拌器包括上盖板、下盖板和二者之间的外壁，在下盖板上安装有一个减速电机，电机轴由下盖板上的孔中向下穿出并与搅拌杆连接， 减速电机上方的上盖板上安装排风扇，在外壁的下半部四周开有一组进风孔；－双路数显温度计包括两个温度探头，该温度探头将液体和环境温度的变化转换成电压变化后经线路传输给电压表元件，电压表元件输出分成两路，一路经采样与保持电路后电联接双向选 择开关中第二对触点中的一个触点、另一个触点电联接计时电路的输出端，该输出端同时经反馈回路反馈到计时电路的归零端，另一路经连续采样电路后电联接双向选择开关中第一对触点中的一个触点、另一个触点电联接计时电路的输出端，该输出端同时经反馈回路反馈到计时电路的计时端，双向选择开关的中间一对触点分别电联接温度与时间显示电路，计时电路的输入端联接时钟电路的输出端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王展程，左真涛，沙志强，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]