CN107290383B - 一种描绘温度场分布的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及教学实验仪器技术领域，提供了一种描绘温度场分布的实验装置。该装置包括水浴槽、记录板、金属板、加热单元、探针、红外温度传感器和支架，记录板通过立柱设于水浴槽的上方，水浴槽的侧壁内具有空腔，水浴槽的上部和下部分别设有与空腔连通的出水口和进水口，金属板设于水浴槽的底部，且金属板的边缘插设在空腔中，金属板的中心与加热单元连接，支架设于水浴槽的外侧，探针通过支架悬置于记录板的上方，红外温度传感器通过支架悬置于记录板和金属板之间。本发明通过移动红外温度传感器和按压随之同步移动探针就可描绘出等温线，整个过程简单、直观、便于学生亲自动手直接定量测量，可大大增加学生对理论知识的理解，显著提高教学效果。
Description
技术领域
本发明涉及教学实验仪器技术领域，尤其涉及一种描绘温度场分布的实验装置。
背景技术
传热学是研究温差引起的热量传递规律的科学，其中，温差是热传递的驱动力，自然界和生产技术中到处存在着促使热量传递的温差，而温度场的大小和方向，决定了热传递速度的大小与方向。
但是，在实验教学中，一般都是通过数值模拟软件来描绘温度场分布。这种方式因无法满足直接定量测量的要求，导致学生难以获得直观的感受，从而也无法获得预期的教学效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种直观、结构简单、成本低廉的描绘温度场分布的实验装置。
为实现上述目的，本发明提供了一种描绘温度场分布的实验装置，该装置包括水浴槽、记录板、金属板、加热单元、探针、红外温度传感器和支架，所述记录板通过立柱设于所述水浴槽的上方，所述水浴槽的侧壁内具有空腔，所述水浴槽的上部和下部分别设有与所述空腔连通的出水口和进水口，所述金属板设于所述水浴槽的底部，且所述金属板的边缘插设在所述空腔中，所述金属板的中心与所述加热单元连接，所述支架设于所述水浴槽的外侧，所述探针通过所述支架悬置于所述记录板的上方，所述红外温度传感器通过所述支架悬置于所述记录板和所述金属板之间，所述金属板由热传导各向同性的金属构成。
其中，所述进水口和所述出水口相对设置。
其中，所述加热单元为插设在所述金属板的中心的加热棒。
其中，所述支架包括主架、第一横杆和第二横杆，所述第一横杆的第一端与所述主架连接、第二端与所述探针连接，所述第二横杆的第一端与所述主架连接、第二端与所述红外温度传感器连接。
其中，所述主架的底部设有多个脚轮。
其中，所述第一横杆和所述第二横杆上沿长度方向均设有滑槽，所述主架上设有可滑动的嵌设在相应的所述滑槽中的滑块，所述第一横杆的第一端通过连接杆与所述第二横杆的第一端连接。
其中，还包括具有显示屏的控制台，所述加热单元和所述红外温度传感器均与所述控制台连接。
其中，还包括与所述控制台连接的第一温度传感器，所述第一温度传感器用于检测所述金属板的中心的温度。
其中，还包括分别与所述控制台连接的水泵和第二温度传感器，所述进水口通过所述水泵与水管连接，所述第二温度传感器设于所述空腔内。
其中，所述控制台上设有电源开关、参数减小键、参数增加键、参数设定键、控制选择键、电源指示灯和加热指示灯。
本发明结构简单、成本低廉、操作便捷，通过利用加热单元、在空腔中充注冷却水就可使金属板的中心和边缘分别保持恒定的高温和低温，进而就可在金属板上形成恒定温度场；然后，通过移动支架来带动红外温度传感器移动，就可探测出金属板上与所需温度值相同的点，再通过按压随之同步移动探针就可将该点标记在记录板上，进而就可描绘出等温线，从而整个过程既便于学生直接定量测量又直观。
附图说明
图1是本发明实施例的一种描绘温度场分布的实验装置的剖视图；
图2是本发明实施例的一种描绘温度场分布的实验装置的正视图；
图3是本发明实施例的一种描绘温度场分布的实验装置中支架的示意图。
附图标记：
1、水浴槽；1-1、空腔；1-2、进水口；1-3、出水口；
2、金属板；3、加热单元；4、记录板；5、支架；
5-1、第一横杆；5-2、第二横杆；5-3、主架；5-4、滑槽；
5-5、连接杆；6、红外温度传感器；7、探针；8、控制台；
8-1、显示屏。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
如图1所示，本发明提供了本发明提供一种描绘温度场分布的实验装置，该装置包括水浴槽1、记录板4、金属板2、加热单元3、探针7、红外温度传感器6和支架5，记录板4通过立柱设于水浴槽1的上方，水浴槽1的侧壁内具有空腔1-1，水浴槽1的上部和下部分别设有与空腔1-1连通的出水口1-3和进水口1-2，其中，进水口1-2和出水口1-3相对设置，金属板2设于水浴槽1的底部，且金属板2的边缘插设在空腔1-1中，金属板2的中心与加热单元3连接，其中，加热单元3优选为插设在金属板2的中心的加热棒，支架5设于水浴槽1的外侧，探针7通过支架5悬置于记录板4的上方，红外温度传感器6通过支架5悬置于记录板4和金属板2之间，金属板2由热传导各向同性的金属构成。
使用时，首先，在金属板2上建立恒定的温度场，具体地：启动加热单元3对金属板2的中心进行加热、以使金属板2的中心保持恒定高温，与此同时，通过进水口1-2向空腔1-1中充注冷却水，以对金属板2的边缘进行冷却，使其保持恒定的低温；
然后，获取与所需温度值相同的点，具体地：通过手动推动支架5使红外温度传感器6在金属板2的上方缓慢移动，当红外温度传感器6检测到的温度值等于所需温度值时，按压与红外温度传感器6同步移动的探针7，以将该点标记在记录板4上；接着继续移动支架5，重复上述过程直至记录板4上打出一定数量的点；
最后，将记录板4上的点依次连接，就可描绘出与所需温度对应的等温线。
由此，实验时，学生只需移动支架5和按压探针7就可获取与所需温度值相同的点，再将各个点依次连接就可描绘出等温线，进而就可获取温度场的分布，可见整个过程简单、直观、便于学生亲自动手直接定量测量，进而可大大增加学生对理论知识的理解，显著提高教学效果。
再结合图3所示，支架5包括主架5-3、第一横杆5-1和第二横杆5-2，第一横杆5-1的第一端与主架5-3连接、第二端与探针7连接，第二横杆5-2的第一端与主架5-3连接、第二端与红外温度传感器6连接。由此，当移动主架5-3时，第一横杆5-1和第二横杆5-2也会同步移动，进而探针7和红外温度传感器6也会随之水平移动。优选地，探针7和红外温度传感器6位于同一竖直面。
进一步地，主架5-3的底部设有多个脚轮、以减轻推动阻力。
优选地，考虑到主架5-3的质量和体积均较大，不便于频繁推动，因此，第一横杆5-1和第二横杆5-2上沿长度方向均设有滑槽5-4，主架5-3上设有可滑动的嵌设在相应的滑槽5-4中的滑块，第一横杆5-1的第一端通过连接杆5-5与第二横杆5-2的第一端连接。由此，当要获取与所需温度值相同的点时，可直接推动连接杆5-5，以使第一横杆5-1和第二横杆5-2相对主架5-3同步水平移动，也就是说，此时主架5-3保持不动，通过滑块和滑槽5-4的滑动配合，第一横杆5-1和第二横杆5-2分别带动探针7和红外温度传感器6水平移动；当红外温度传感器6遍历该方向时，沿垂直第一横杆5-1的方向移动主架5-3至下一位置，然后再推动连接杆5-5，重复上述过程。
再结合图2所示，还包括具有显示屏8-1的控制台8，加热单元3和红外温度传感器6均与控制台8连接。
另外，还包括与控制台8连接的第一温度传感器，第一温度传感器用于检测金属板2的中心的温度。由此，金属板2的中心的温度就可实时显示在显示屏8-1上，根据显示的温度来调整加热单元3的功率，就可使金属板2的中心的温度快速处于所需的高温值。
另外，还包括分别与控制台8连接的水泵和第二温度传感器，进水口1-2通过水泵与水管连接，第二温度传感器设于空腔1-1内。由此，金属板2的边缘的温度就可实时显示在显示屏8-1上，根据显示的温度来调整水泵的流量和流速，就可改变冷却水与金属板2的边缘之间的换热效率，进而就可使金属板2的边缘的温度快速处于所需的低温值。
优选地，控制台8上设有电源开关、参数减小键、参数增加键、参数设定键、控制选择键、电源指示灯和加热指示灯。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种描绘温度场分布的实验装置，其特征在于，包括水浴槽、记录板、金属板、加热单元、探针、红外温度传感器和支架，所述记录板通过立柱设于所述水浴槽的上方，所述水浴槽的侧壁内具有空腔，所述水浴槽的上部和下部分别设有与所述空腔连通的出水口和进水口，所述金属板设于所述水浴槽的底部，且所述金属板的边缘插设在所述空腔中，所述金属板的中心与所述加热单元连接，所述支架设于所述水浴槽的外侧，所述探针通过所述支架悬置于所述记录板的上方，所述红外温度传感器通过所述支架悬置于所述记录板和所述金属板之间，所述金属板由热传导各向同性的金属构成；
所述支架包括主架、第一横杆和第二横杆，所述第一横杆的第一端与所述主架连接、第二端与所述探针连接，所述第二横杆的第一端与所述主架连接、第二端与所述红外温度传感器连接；所述探针和所述红外温度传感器位于同一竖直面。
2.根据权利要求1所述的描绘温度场分布的实验装置，其特征在于，所述进水口和所述出水口相对设置。
3.根据权利要求1所述的描绘温度场分布的实验装置，其特征在于，所述加热单元为插设在所述金属板的中心的加热棒。
4.根据权利要求1所述的描绘温度场分布的实验装置，其特征在于，所述主架的底部设有多个脚轮。
5.根据权利要求1所述的描绘温度场分布的实验装置，其特征在于，所述第一横杆和所述第二横杆上沿长度方向均设有滑槽，所述主架上设有可滑动的嵌设在相应的所述滑槽中的滑块，所述第一横杆的第一端通过连接杆与所述第二横杆的第一端连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的描绘温度场分布的实验装置，其特征在于，还包括具有显示屏的控制台，所述加热单元和所述红外温度传感器均与所述控制台连接。
7.根据权利要求6所述的描绘温度场分布的实验装置，其特征在于，还包括与所述控制台连接的第一温度传感器，所述第一温度传感器用于检测所述金属板的中心的温度。
8.根据权利要求6所述的描绘温度场分布的实验装置，其特征在于，还包括分别与所述控制台连接的水泵和第二温度传感器，所述进水口通过所述水泵与水管连接，所述第二温度传感器设于所述空腔内。
9.根据权利要求6所述的描绘温度场分布的实验装置，其特征在于，所述控制台上设有电源开关、参数减小键、参数增加键、参数设定键、控制选择键、电源指示灯和加热指示灯。
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