CN109141530A - 一种用于观测饱和汽的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于观测饱和汽的装置，包括支架，所述支架包括通过螺母与螺栓紧密贴合的第一面板和第二面板，以及底座，所述第一面板和所述第二面板分别通过固定柱固定于所述底座上，且所述第一面板和所述第二面板分别开设有同轴布置的安装孔，所述第一面板上设有固定台、控制芯片、蓝牙模块和升降装置，所述第二面板上设有温湿传感器和针筒，与所述针筒的出口相连的导管内设有压强温度传感器，且所述导管的出口处设置有密封结构。通过传感器监测温度与压强的变化，以数据的形式展现，能够直观的反应针筒内压强和温度的变化，从而了解饱和汽的形成与变化。

Description

一种用于观测饱和汽的装置

技术领域

本发明涉及实验装置技术领域，具体涉及一种用于观测饱和汽的装置。

背景技术

在温度一定的密闭真空容器中，单位时间内逸出液体的分子数是一定的，而单位时间内返回液体内的分子数则随汽密度的增大而增多。当二者恰好相等时，称这种液体同其汽处于动态平衡。从这时开始，在宏观上看蒸发现象就停止了。这时的汽成为饱和汽。

由于这是一个动态平衡，因此遵循勒夏特列原理：在一个已经达到平衡的反应中，如果改变影响平衡的条件之一，如温度、压强、体积等，平衡向着能减弱这种改变的方向移动。

当温度不变，体积增大时，压强减小，平衡向汽化方向移动，压强逐渐增大，直至达到新的平衡。反之，当温度不变，体积减少时，压强增大，平衡向液化方向移动，压强逐渐减小，直至达到新的平衡。

当体积不变，温度增大时，平衡向汽化方向移动，压强逐渐增大，而后平衡向液化方向移动，压强逐渐减小，直至达到新的平衡。反之，当体积不变，温度减小时，平衡向液化方向移动，压强逐渐减小，而后平衡向汽化方向移动，压强逐渐增大，直至达到新的平衡。

饱和汽的动态平衡变化过程是肉眼无法直接观测到的，唯有通过改变温度或者体积，从而通过观察压强的变化，观测饱和汽的动态变化，但是，目前市面上还未有用于观测饱和汽的实验装置。

鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可通过观测压强变化，观测饱和汽动态变化的装置。

为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：一种用于观测饱和汽的装置，包括支架，所述支架包括通过螺母与螺栓紧密贴合的第一面板和第二面板，以及固定座，所述第一面板和所述第二面板分别通过固定柱固定于所述固定座上，且所述第一面板和所述第二面板分别开设有同轴布置的安装孔，所述第一面板上设有固定台、控制芯片、蓝牙模块和升降装置，所述第二面板上设有温湿传感器和针筒，与所述针筒的出口相连的导管内设有压强温度传感器，且所述导管的出口处设置有密封结构，所述控制芯片的输出端和输入端分别与所述蓝牙模块对应的输入端和输出端相连，所述温湿传感器和所述压强温度传感器分别与所述控制芯片的输入端相连。

优选的，所述升降装置包括安装在所述第一面板上的电动机、安装盒、电机驱动模块、电源适配器、螺杆和套设于所述螺杆上的升降螺母，以及穿设于各所述安装孔且与所述升降螺母固定连接的升降台，所述安装盒内装有主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述电动机的输出轴与所述主动锥齿轮相连，从动锥齿轮与螺杆连接，主动锥齿轮和从动锥齿轮相互啮合，所述电源适配器的输出端与所述电机驱动模块的电源输入端相连，所述控制芯片的输出端与所述电机驱动模块的输入端相连，所述电机驱动模块的输出端与所述电动机相连。

优选的，所述螺杆的螺距范围为0.2mm-0.8mm。

优选的，所述针筒的推杆固定于所述升降台上。

优选的，所述第二面板上设有固定座，固定座包括固定连接在第二面板上的连接板和固定连接在所述连接板上的固定板，且所述固定座位于所述升降台的上方。

优选的，在所述第一面板上安装有显示屏、音响、向上控制键和向下控制键，所述显示屏和所述音响分别与所述控制芯片的输出端相连，所述向上控制键和所述向下控制键分别与所述控制芯片的输入端相连。

优选的，所述支架为有机玻璃支架。

优选的，所述装置还包括一个控制针筒温度的温控模块，所述温控模块包裹在针筒的外壁上。

优选的，所述装置还包括终端设备，所述终端设备通过无线连接方式分别与所述蓝牙模块的输出端和输入端相连。

通过采用前述设计方案，本发明的有益效果是：通过压强温度传感器监测温度与压强，能够直观的反应了针筒内压强和温度的变化，从而了解饱和汽的形成与变化；

进一步的，采用电动机和螺杆配合控制针筒推杆代替人工调节推杆，省去手动操作的繁琐，同时也使得操作更加稳定；

进一步的，采用螺距较小的螺杆以减小电动机转速，以此减慢针筒推杆上下移动的速度；

进一步的，通过在第一面板上设置显示屏与音响，在显示屏上显示压强、温度、湿度的示数且通过音响播报示数，使得实验装置更加智能化，让实验观测更简便直观；

进一步的，采用有机玻璃作为安装支架，由于支架呈透明状，方便一边观测针筒推杆的运动，一边观测压强数据变化；

进一步的，通过在针筒外壁包裹温控模块控制针筒的温度，确保实验数据的准确性；

进一步的，通过终端设备控制该控制芯片，通过终端设备操作实验并收取实验数据，操作简便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的针筒与螺杆的结构示意图；

图中：1A、支架，11A、第一面板，12A、第二面板，13A、底座，14A、固定柱，15A、固定台，1、控制芯片，2、电机驱动模块，3、蓝牙模块，4、电源适配器，5、音响，6、显示屏，7、向上控制键，8、向下控制键，9、安装盒，10、电动机，11、螺杆，12、螺杆固定座，13、固定座，131、连接板，132、固定板，14、针筒，141、推杆，15、温湿传感器，16、升降台，17、导管，18、压强温度传感器。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，一种用于观测饱和汽的装置，包括支架1A、升降装置、控制芯片1、蓝牙模块3、针筒14、温湿传感器15、导管17、压强温度传感器18和温控模块。

针筒14为耐高温针筒，以便实验过程中可对针筒14进行加热。

以靠近底座的方向为下，反之以远离底座的方向为上，以支架1A宽度方向的一侧为左，相对应的另一侧为右。

支架1A包括采用有机玻璃制成的第一面板11A、第二面板12A、底座13A、固定柱14A和固定台15A，第一面板11A和第二面板12A分别开设有同轴布置的安装孔，且第一面板11A上的安装孔为第一安装孔，第二面板12A上的安装孔为第二安装孔，第一面板11A和第二面板12A通过螺栓和螺母紧密贴合，且分别通过螺栓、螺母以及固定柱14A固紧在底座13A上。

第一面板11A的右部由上至下依次安装有控制芯片1、电机驱动模块2、蓝牙模块3和电源适配器4，其中，采用型号为Arduino Mega 2560控制芯片作为本实施例的控制芯片1，采用型号为L298N电机驱动模块作为本实施例的电机驱动模块2。

第一面板11A的左部由上至下依次安装有音响5、显示屏6、向上控制键7和向下控制键8。电机驱动模块2、音响5和显示屏6分别与控制芯片1的输出端相连，电机驱动模块2的电源输入端与电源适配器4的输出端相连，控制芯片1的输出端和输入端分别与蓝牙模块3对应的输入端和输出端相连。

升降装置安装于支架1A上，此升降装置包括安装在第一面板11A上的安装盒9、电动机10、电机驱动模块2、电源适配器4、螺杆11和套设在螺杆11上的升降螺母，以及穿设于第一安装孔和第二安装孔的升降台16。安装盒9内安装有主动锥齿轮和从动锥齿轮。本实施例采用螺距为0.2mm的螺杆11，通过升降螺母沿螺杆11上升或下降，从而带动升降台16上升或下降。

固定台15A粘接在第一安装孔的下方的第一面板11A上，且固定台15A上开设有一个穿孔。安装盒9固定连接于固定台15A的下端面上，安装盒9内的主动锥齿轮与电动机10的输出轴相连，主动锥齿轮与从动锥齿轮相啮合，螺杆11穿过固定台15A的穿孔与从动锥齿轮相连，且通过第一安装孔上下两端的螺杆固定座12固定于第一面板11A上，电动机10的输入端与电机驱动模块2的输出端相连。

第二面板12A上设有固定座13，固定座13包括通过螺栓与螺母的配合固定连接在第二面板12A上的连接板131和固定连接在连接板131上的固定板132，且所述固定座13位于所述升降台16的上方。固定板132上通过螺栓和螺母固定安装耐高温的针筒14。

第二面板12A上安装有温湿传感器15，温湿传感器15的输出端与控制芯片1的输入端相连，温湿传感器15用于监测大气的温度和湿度，并将监测到的数值传送至控制芯片1。

升降台16穿设于第一安装孔和第二安装孔，升降台16的一端通过螺栓与螺母的配合与套设在螺杆11上的升降螺母固定连接，升降台16的另一端与针筒14的推杆141固定连接。开启电动机10使之带动主动锥齿轮和从动锥齿轮转动，从而带动螺杆11转动，以使升降螺母沿着螺杆11上升或下降，由于升降台16的一端与针筒14的推杆141固定连接，且针筒14固定连接于固定板132上，因此，升降台16可以阻止升降螺母随着螺杆11转动，确保升降螺母仅能在螺杆11的带动下沿着螺杆11上升或下降。通过采用电动机10、主动锥齿轮、从动锥齿轮、螺杆11和升降螺母的配合控制针筒14的推杆141的上升或下降，通过该配合代替人工调节推杆141，以使得升降螺母匀速升降，使得操作更加稳定，省去手动操作的麻烦，可以更加专注的观测实验数据的变化。

针筒14的出口处与导管17的一端相连，导管17的另一端作为导管的出口处，且内部设有压强温度传感器18，导管的出口处设有密封结构，本实施例中采用胶体密封粘合来密封导管的出口，压强温度传感器18的输出端与控制芯片1的输入端相连，压强温度传感器18用于监测针筒内温度和压强的数值，并将监测到的数值传送至控制芯片1。

针筒14的外壁上包裹有温控模块，该实施例采用常规的硅胶发热片作为温控模块，用于控制针筒14内液体的温度。

具体的，该装置还包括终端设备，终端设备通过无线连接方式分别与蓝牙模块3的输出端和输入端相连。

以下通过两个实施例，具体说明该装置在饱和汽观测过程中的具体应用。

实施例1

该实施例中以推杆的上端至导管17的体积为用于实验的体积。

如图1-2所示，将导管17从针筒14的出口处拔出，首先，将针筒14内的空气抽出，使得针筒14处于真空状态，而后，通过该出口往针筒14内注入易挥发的乙醇溶液，然后，将导管17内的空气抽出，并将导管17与针筒14的出口连接。将控制芯片1和电源适配器4分别与外接电源相连，外接电源为该装置的所有电子器件供电。

导管17内的压强温度传感器18监测针筒14内的温度和压强，并将温度和压强的示数传送到控制芯片1，控制芯片1将此示数传送至显示屏6显示，同时用音响5播报一次此示数。

第二面板12A上的温湿传感器15监测大气的温度和湿度，并将温度和湿度的示数传送到控制芯片1，控制芯片1将此示数传送至显示屏6显示。

针筒14内的乙醇溶液持续挥发，该汽化过程针筒14内的压强逐渐增大，直到针筒14内乙醇溶液的汽化和液化达到动态平衡，此时单位时间内逸出液体的分子数和回到液体的分子数相等，则针筒14内的压强不再变化，此时针筒14内的气压为饱和蒸汽压。

该装置可通过以下四种控制变量的使用方式观测饱和汽。

在温度不变的情况下，按压向上控制键7，控制芯片1发送指令启动电机驱动模块2，安装盒9内的主动锥齿轮在电动机10的带动下转动，故而，与主动锥齿轮相连的从动锥齿轮带动螺杆11转动，螺杆11上的升降螺母沿螺杆11上升随之带动升降台16上升，即推动针筒14的推杆141上升，根据实验需求，在需要停止推杆141上升时再次按压向上控制键7，控制芯片1发送指令停止电机驱动模块1，使电动机10停止转动，推杆141停止上升，让针筒14内用于实验的体积保持不变；根据导管17内的压强温度传感器18监测针筒14内的温度和压强变化，并将监测数据传送到控制芯片1，通过控制芯片1传送到显示屏6上显示，同时用音响5播报一次此示数，随着推杆141的上升，针筒14内的用于实验的体积减小，导致针筒14内的气体处于过饱和状态，从而导致压强变大，推杆141停止上升之后的一段时间内，针筒14内的乙醇气体不断液化，使得压强逐渐变小，直到达到新的平衡，即压强示数不再变化时，针筒14内的气压为饱和蒸汽压。

在温度不变的情况下，按压向下控制键8，控制芯片1发送指令启动电机驱动模块2，安装盒9内的主动锥齿轮在电动机10的带动下转动，故而，与主动锥齿轮相连的从动锥齿轮带动螺杆11转动，螺杆11上的升降螺母随之带动升降台16下降，即带动针筒14的推杆141下降，根据实验需求，在需要停止推杆141下降时再次按压向下控制键8，控制芯片1发送指令停止电机驱动模块1，使电动机10停止转动，推杆141停止下降，让针筒14内用于实验的体积保持不变；根据导管17内的压强温度传感器18监测针筒14内的温度和压强变化，并将监测数据传送到控制芯片1，通过控制芯片1传送到显示屏6上显示，同时用音响5播报一次此示数，随着推杆141的下降，针筒14内用于实验的体积增大，导致针筒14内的的气体处于不饱和的状态，从而导致压强变小，推杆141停止下降之后的一段时间内，针筒14内的乙醇液体不断汽化，使得压强逐渐变大，直到达到新的平衡，即压强示数不再变化时，针筒14内的气压为饱和蒸汽压。

在不启动电机驱动模块2时，即保持针筒14内用于实验的体积不变，通过温控模块对针筒14进行加热，加热到实验所需温度时保持温度不变；根据导管17内的压强温度传感器18监测针筒14内的温度和压强变化，并将监测数据传送到控制芯片1，通过控制芯片1传送到显示屏6上显示，同时用音响5播报一次此示数，随着温度的升高，针筒14内的乙醇液体加速汽化，此时针筒14内的汽体处于过饱和状态，可以观测到压强逐渐变大，而后又逐渐变小，直到达到新的平衡，即压强示数不再变化时，针筒14内的气压为饱和蒸汽压。

在不启动电机驱动模块2时，即保持针筒14内用于实验的体积不变，通过温控模块对针筒14进行冷却，冷却到实验所需温度时保持温度不变；根据导管17内的压强温度传感器18监测针筒14内的温度和压强变化，并将监测数据传送到控制芯片1，通过控制芯片1传送到显示屏6上显示，同时用音响5播报一次此示数，随着温度的降低，针筒14内的乙醇溶液加速液化，此时针筒14内的汽体处于不饱和状态，可以观测到压强逐渐变小，而后又逐渐变大，直到达到新的平衡，即压强示数不再变化时，针筒14内的气压为饱和蒸汽压。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：如图1-2所示，通过终端设备向控制芯片1发送控制指令。此终端设备通过无线连接方式分别与蓝牙模块3的输出端和输入端相连，终端设备发送控制指令至蓝牙模块2，蓝牙模块2将控制指令传送至控制芯片1，通过控制芯片1控制电机驱动模块2的开启或关闭，同时，控制芯片1将监测到的温度、湿度和压强的数据传送至蓝牙模块3，而后，蓝牙模块3将此数据传送到终端设备进行显示。

通过上述饱和汽观测装置，利用传感器对温度、湿度、压强进行监测，使得针筒14内的易挥发液体的汽化或液化过程能够以数据的形式展现出来，通过数据的监测来观测针筒14内的汽体是否达到饱和状态，且通过升降装置带动针筒14的推杆141上升或下降，相比于人工操作更加稳定，同时，省去手动操作的麻烦，可以更加专注的观测实验数据的变化。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于观测饱和汽的装置，包括支架，其特征在于：所述支架包括通过螺母与螺栓紧密贴合的第一面板和第二面板，以及底座，所述第一面板和所述第二面板分别通过固定柱固定于所述底座上，且所述第一面板和所述第二面板分别开设有同轴布置的安装孔，所述第一面板上设有固定台、控制芯片、蓝牙模块和升降装置，所述第二面板上设有温湿传感器和针筒，与所述针筒的出口相连的导管内设有压强温度传感器，且所述导管的出口处设置有密封结构，所述控制芯片的输出端和输入端分别与所述蓝牙模块对应的输入端和输出端相连，所述温湿传感器和所述压强温度传感器分别与所述控制芯片的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于观测饱和汽的装置，其特征在于：所述升降装置包括安装在所述第一面板上的电动机、安装盒、电机驱动模块、电源适配器、螺杆和套设于所述螺杆上的升降螺母，以及穿设于各所述安装孔且与所述升降螺母固定连接的升降台，所述安装盒内装有主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述电动机的输出轴与所述主动锥齿轮相连，从动锥齿轮与螺杆连接，主动锥齿轮和从动锥齿轮相互啮合，所述电源适配器的输出端与所述电机驱动模块的电源输入端相连，所述控制芯片的输出端与所述电机驱动模块的输入端相连，所述电机驱动模块的输出端与所述电动机相连。

3.根据权利要求2所述的一种用于观测饱和汽的装置，其特征在于：所述螺杆的螺距范围为0.2mm-0.8mm。

4.根据权利要求2所述的一种用于观测饱和汽的装置，其特征在于：所述针筒的推杆固定于所述升降台上。

5.根据权利要求2所述的一种用于观测饱和汽的装置，其特征在于：所述第二面板上设有固定座，固定座包括固定连接在第二面板上的连接板和固定连接在所述连接板上的固定板，且所述固定座位于所述升降台的上方。

6.根据权利要求1所述的一种用于观测饱和汽的装置，其特征在于：在所述第一面板上安装有显示屏、音响、向上控制键和向下控制键，所述显示屏和所述音响分别与所述控制芯片的输出端相连，所述向上控制键和所述向下控制键分别与所述控制芯片的输入端相连。

7.根据权利要求1所述的一种用于观测饱和汽的装置，其特征在于：所述支架为有机玻璃支架。

8.根据权利要求1所述的一种用于观测饱和汽的装置，其特征在于：所述装置还包括一个控制针筒温度的温控模块，所述温控模块包裹在针筒的外壁上。

9.根据权利要求1所述的一种用于观测饱和汽的装置，其特征在于：所述装置还包括终端设备，所述终端设备通过无线连接方式分别与所述蓝牙模块的输出端和输入端相连。