CN106990044A - 一种振荡反应测量装置 - Google Patents

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高奕
徐玉宽
陈晓东
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Abstract

本发明公开了一种振荡反应测量装置，包括容器底座、支架、反应容器、夹持装置、光源、传感器、可编程控制器、顶盖、试剂加注装置以及上位机，所述容器底座和顶盖之间通过支架固定连接，所述反应容器设于容器底座上，所述试剂加注装置设于顶盖上，所述试剂加注装置正对反应容器，所述夹持装置设于支架上，所述光源设于夹持装置的一侧，所述传感器设于夹持装置的另一侧，所述可编程控制器通过导线与传感器连接，所述上位机与可编程控制器连接。本发明装置结构简单、操作便捷，灵敏度高，成本较低，组装方便，便携性强，可实时观察实验现象，拓展性强，能够适应灵活多变的实验要求，大大提高实验教学的效果。

Description

一种振荡反应测量装置
技术领域
本发明涉及一种振荡反应测量装置，属于教学实验仪器领域。
背景技术
在某些反应体系中，有些组分的浓度会忽高忽低，呈现周期性变化，这种现象称为化学振荡。化学振荡反应具有非线性动力学速率微分方程，是在开放体系中进行的远离平衡的一类反应。体系与外界环境交换物质和能量的同时，通过适当的有序结构状态耗散环境传来的物质和能量。BZ振荡反应是大学本科物理化学的一个基础实验，属于非平衡态热力学范畴，在国内许多高校都有开设。该实验测量反应诱导期及振荡周期时间，再利用Arrhenius公式，图解法求出表观活化能的数值。
目前绝大多数实验装置多采用电压测量仪，通过铂-甘汞电极测量电势随时间的变化，利用数据采集接口装置连接计算机采集数据，但是实验装置价格昂贵，准备、安装过程较为繁琐，且装置体积较大，便携性差，无法适应灵活的教学需求。
有鉴于此，设计一种振荡反应装置，解决现有技术中存在成本高、安装繁琐、便携性差等问题，同时能提高实验效率并减少操作误差对实验结果的影响。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种振荡反应测量装置。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种振荡反应测量装置，包括容器底座、支架、反应容器、夹持装置、光源、传感器、可编程控制器、顶盖、试剂加注装置以及上位机，
所述容器底座和顶盖之间通过支架固定连接，所述反应容器设于容器底座上，
所述试剂加注装置设于顶盖上，所述试剂加注装置正对反应容器，
所述夹持装置设于支架上，所述光源设于夹持装置的一侧，所述传感器设于夹持装置的另一侧，
所述可编程控制器通过导线与传感器连接，所述上位机与可编程控制器连接。
优选地，所述反应容器包括但不限于烧杯、试管、锥形瓶、广口瓶、烧瓶等器皿。
优选地，所述振荡反应测量装置还设有遮光装置，用于减少环境光对测量的影响。
优选地，所述可编程控制器设有与外部通信用的有线或无线通信接口，所述可编程控制器通过有线或无线通信接口与上位机连接。
优选地，所述容器底座还设有搅拌装置，所述反应容器内设有搅拌磁子，所述搅拌装置与搅拌磁子相配合使用。
优选地，所述夹持装置的高度低于反应容器内液面的高度。
进一步技术方案中，所述夹持装置的高度为反应容器内液面与搅拌磁子之间的中心位置。
优选地，所述夹持装置设有紧固装置，通过螺丝调节与支架的配合状况。
优选地，所述顶盖的中心处设有通孔，所述试剂加注装置通过通孔固设在顶盖上并与反应容器正对。
优选地，所述夹持装置包括固定夹套、灯座和传感器座，所述灯座与传感器座相对设置。
本发明中，反应容器内设有反应体系，反应体系包括一种或多种组分，其浓度在一段时间内周期性变化，且反应体系为敞开体系，于反应容器内进行反应。
本发明中，可编程控制器实时检测传感器数据并向上位机传输，上位机测量软件进行数据处理并显示实验结果。
本发明中，所述光源采用LED5050灯珠，额定电压3.3V、电流60mA。
本发明中，所述传感器采用5516光敏电阻， 5V电源端串联10KΩ上拉电阻，通过A0输出电压模拟信号至PCF8591芯片A0脚。
本发明中，所述可编程控制器采用Atmega 328P AVR单片机，通过SDA、SCL脚分别与PCF8591连接，使用IIC协议读取电压值，数值区间0至255。
本发明中，所述可编程控制器每隔100ms读取15次电压数值，求和后通过TTL端口发送至RS232芯片，由RS232的USB端口向计算机发送数据。
本发明中，所述可编程控制器使用ESP8266模块，通过WLAN建立通信，发送数据至手机客户端。
本发明中，所述上位机上设有数据处理软件，所述数据处理软件实时采集串口数据，保存至上位机并绘制图像。该软件支持多路同时测量，并具有软件滤波功能，可分析计算振荡周期以及反应诱导时间。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明装置结构简单、操作便捷，成本较低，组装方便，便携性强，灵敏度高，可实时观察实验现象，拓展性强，能够适应灵活多变的实验要求，大大提高实验教学的效果。
附图说明
图1是本发明的装置结构简图。
图2是本发明实施例一中设有遮光装置的结构简图。
图3是本发明的结构示意图。
图4是本发明实施例一中的传感器电路连接图。
其中：1、容器底座；2、支架；3、反应容器；4、夹持装置；5、光源；6、传感器；7、可编程控制器；8、顶盖；9、试剂加注装置；10、遮光装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1、图3所示，一种振荡反应测量装置，包括容器底座1、支架2、反应容器3、夹持装置4、光源5、传感器6、可编程控制器7、顶盖8、试剂加注装置9以及上位机，
所述容器底座1和顶盖8之间通过支架2固定连接，所述反应容器3设于容器底座1上，
所述试剂加注装置9设于顶盖8上，所述试剂加注装置9正对反应容器3，
所述夹持装置4设于支架2上，所述光源5设于夹持装置4的一侧，所述传感器6设于夹持装置4的另一侧，
所述可编程控制器7设于夹持装置4上并通过导线与传感器6连接，所述上位机与可编程控制器7连接。
本实施例中，所述反应容器3为烧杯，其容量为50mL，烧杯直径45mm，高50mm。
本实施例中，参见图2所示，振荡反应测量装置还设有遮光装置10，用于减少环境光对测量的影响。
本实施例中，所述可编程控制器7设有与外部通信用的有线或无线通信接口，所述可编程控制器通过有线或无线通信接口与上位机连接。
本实施例中，所述容器底座1还设有搅拌装置，所述反应容器内设有搅拌磁子，所述搅拌装置与搅拌磁子相配合使用。
本实施例中，所述夹持装置4的高度为反应容器内液面与搅拌磁子之间的中心位置。
本实施例中，所述夹持装置4设有紧固装置，通过螺丝调节与支架的配合状况。
本实施例中，所述顶盖8的中心处设有通孔，所述试剂加注装置通过通孔固设在顶盖上并与反应容器3正对。
本实施例中，所述夹持装置4包括固定夹套、灯座和传感器座，所述灯座与传感器座相对设置。
本实施例中，反应容器4内设有反应体系，反应体系包括一种或多种组分，其浓度在一段时间内周期性变化，且反应体系为敞开体系，于反应容器内进行反应。
本实施例中，可编程控制器7实时检测传感器数据并向上位机传输，上位机测量软件进行数据处理并显示实验结果。
本实施例中，所述光源5采用LED5050灯珠，额定电压3.3V、电流60mA。
本实施例中，参见图4所示，所述传感器6采用5516光敏电阻， 5V电源端串联10KΩ上拉电阻，通过A0输出电压模拟信号至PCF8591芯片A0脚。
本实施例中，所述可编程控制器7采用Atmega 328P AVR单片机，通过SDA、SCL脚分别与PCF8591连接，使用IIC协议读取电压值，数值区间0至255。
本实施例中，所述可编程控制器7每隔100ms读取15次电压数值，求和后通过TTL端口发送至RS232芯片，由RS232的USB端口向计算机发送数据。
本实施例中，所述可编程控制器7使用ESP8266模块，通过WLAN建立通信，发送数据至手机客户端。
本实施例中，试剂加注装置9为10mL注射器，实验开始前先抽取试剂，置于顶盖的通孔内，将注射器活塞快速推至底部，即可开始实验。
本实施例中，所述上位机上设有数据处理软件，所述数据处理软件实时采集串口数据，保存至上位机并绘制图像。该软件支持多路同时测量，并具有软件滤波功能，可分析计算振荡周期以及反应诱导时间。

Claims (10)

1.一种振荡反应测量装置，其特征在于：包括容器底座、支架、反应容器、夹持装置、光源、传感器、可编程控制器、顶盖、试剂加注装置以及上位机，
所述容器底座和顶盖之间通过支架固定连接，所述反应容器设于容器底座上，
所述试剂加注装置设于顶盖上，所述试剂加注装置正对反应容器，
所述夹持装置设于支架上，所述光源设于夹持装置的一侧，所述传感器设于夹持装置的另一侧，
所述可编程控制器通过导线与传感器连接，所述上位机与可编程控制器连接。
2.根据权利要求1所述的振荡反应测量装置，其特征在于：所述反应容器包括但不限于烧杯、试管、锥形瓶、广口瓶、烧瓶等器皿。
3.根据权利要求1所述的振荡反应测量装置，其特征在于：所述振荡反应测量装置还设有遮光装置，用于减少环境光对测量的影响。
4.根据权利要求1所述的振荡反应测量装置，其特征在于：所述可编程控制器设有与外部通信用的有线或无线通信接口，所述可编程控制器通过有线或无线通信接口与上位机连接。
5.根据权利要求1所述的振荡反应测量装置，其特征在于：所述容器底座还设有搅拌装置，所述反应容器内设有搅拌磁子，所述搅拌装置与搅拌磁子相配合使用。
6.根据权利要求1所述的振荡反应测量装置，其特征在于：所述夹持装置的高度低于反应容器内液面的高度。
7.根据权利要求5或6所述的振荡反应测量装置，其特征在于：所述夹持装置的高度为反应容器内液面与搅拌磁子之间的中心位置。
8.根据权利要求1所述的振荡反应测量装置，其特征在于：所述夹持装置设有紧固装置，通过螺丝调节与支架的配合状况。
9.根据权利要求1所述的振荡反应测量装置，其特征在于：所述顶盖的中心处设有通孔，所述试剂加注装置通过通孔固设在顶盖上并与反应容器正对。
10.根据权利要求1所述的振荡反应测量装置，其特征在于：所述夹持装置包括固定夹套、灯座和传感器座，所述灯座与传感器座相对设置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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