CN110111661A - 一种探究气体的爆炸极限实验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种探究气体的爆炸极限实验装置及其方法，其解决了现有探究气体的爆炸极限实验装置结构设计不合理，存在装置结构复杂、操作不便、危险系数高、爆炸极限实验不可视、不能定量观察、爆炸现象可体验性差的、实验演示结果差的技术问题，其包括注射器、两根大头针和电子打火器，注射器包括针筒、活塞和推杆，两根大头针的尖端分别穿过活塞插入针筒与活塞围成的空腔后并弯曲相对设置，大头针的另一端通过导线分别与电子打火器的正负极相连接；同时还提供其方法，可广泛应用于实验现象演示技术领域。

Description

一种探究气体的爆炸极限实验装置及其方法

技术领域

本发明属于实验现象演示技术领域，具体涉及一种探究气体的爆炸极限实验装置及其方法。

背景技术

可燃物在有限空间里燃烧不一定会发生爆炸，可燃物爆炸需要可燃性气体与空气形成混合气体，当达到一定的浓度范围，才发生爆炸，我们称其为爆炸极限。从实验教学内容上看，氢气爆炸实验是初中唯一一个对学生进行安全教育的实验。本节课是在学生学习燃烧与灭火的相关知识上，以氢气为例，探究可燃物爆炸发生的条件。但氢气爆炸实验未实现定量分析，且因一定的危险性学生不能分组实验。

从学生情况看，学生已经掌握了燃烧的相关知识，初步掌握了实验的基本技能，能进行一定的实验操作，但是综合实验探究能力较弱，但是初三学生的身心发展表明他们有无法估量的好奇心和探索欲。这恰恰正是本节课所需要的。

从课本内容上分析：课本实验装置是用排水法在塑料瓶中收集纯净的氢气，然后点燃，燃烧一段时间后会发生爆炸。在实践操作中发现问题：1.该实验开始是直接点燃纯净氢气，在燃烧过程中，无法直观的显示混合气体的比例，使得学生误认为只要氢气在有限空间内燃烧，就会产生爆炸，不利于学生对爆炸实质和爆炸极限含义的理解。2.实验过程中，每次操作都要收集制取氢气，操作步骤繁琐。氢气容易逸散，需随制随用，操作麻烦。3.该实验因为爆炸的时间不确定，点火的人员就站在爆炸装置旁边，点火时也不清楚究竟何时会爆炸，通常会产生恐惧。因此，教师在演示氢气爆炸实验时存在较大难度，部分教师因为心中恐惧以播放视频的方式代替课堂演示，实验的效果大大折扣；4.由于危险系数高，更不可能让学生参与到实验中来。5.不能直观确定氢气和氧气的体积比。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种结构简单、科学合理、制作成本低，安全系数高，易操作，让可燃性爆炸气体和氧气的混合体积比例可定量、直观、可视化观察，可控化，测得爆炸极限数据准确度高、且重复性好的探究气体的爆炸极限实验装置及其方法。

为此，本发明提供一种探究气体的爆炸极限实验装置，包括注射器、两根大头针和电子打火器，注射器包括针筒、活塞和推杆，两根大头针的尖端分别穿过活塞插入针筒与活塞围成的空腔后并弯曲相对设置，大头针的另一端通过导线分别与电子打火器的正负极相连接。

优选的，注射器的针头端采用可拆卸固定的密封装置进行密封设置。

优选的，注射器的推杆通过铁夹竖直方向固设于铁架台上。

优选的，注射器的针筒和推杆均通过固定线与铁架台相连接，固定线用于防止实验时针筒和推杆被炸飞。

优选的，其还设有储气袋，储气袋用于储存气体。

优选的，储气袋内储存气体为可燃性气体。

优选的，针筒侧壁上设有体积刻度值。

优选的，大头针的尖端分别弯曲后，且与活塞的上表面贴合设置。

一种探究气体的爆炸极限实验的方法，使用上述任何一项的一种探究气体的爆炸极限实验装置的方法，包括以下步骤：

(1)先用注射器从储气袋中抽取一定量待测爆炸极限的可燃性气体后，再吸取一定量空气，用密封装置密封注射器的针头端，将注射器的推杆通过铁夹竖直固定在铁架台上；

(2)按下电子打火器的开关按钮，注射器针筒内部的混合气体在有限空间内，遇到电火花，剧烈燃烧，产生热量在有限空间不能及时散失，体积膨胀，注射器针筒被向上弹起，发生爆炸。

优选的，采用中值法确定收集体积分数不同的待测爆炸性气体和空气的混合气体，进行实验，感受爆炸时能量的变化和爆炸的威力，得出可燃性气体的爆炸极限。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的探究气体的爆炸极限实验装置，装置结构简单，制作成本低，且使用过程中安全系数高，易操作、可以简单有效的得到待测气体的爆炸极限。同时，可清楚引导实验者认识到可燃性气体爆炸与爆炸极限有关。实验中，可以联系生活实际，引导实验者观察者认识爆炸的两面性，合理的利用爆炸，及学会和避免爆炸的发生，强化安全意识。

(2)本发明的探究气体的爆炸极限实验装置，让可燃性爆炸气体和氧气的混合体积比例可定量、直观、可视化观察，可控化，感受爆炸，易于观察者理解爆炸发生必须达到爆炸极限；测得爆炸极限数据准确度高、且重复性好；让实验人员远离爆炸体，减少恐惧感，显著提高实验的安全系数，让实验者消除心中恐惧感。

(3)本发明的探究气体的爆炸极限实验的方法中，采用待测爆炸性气体和空气中的氧气直接混合点火，减少待测爆炸性气体燃烧的时间，大大缩短从点火到爆炸的时间，减轻演示实验时操作者的心理负担，安全系数显著提高。

(4)本发明的探究气体的爆炸极限实验装置，采用电子点火装置代替传统的使用燃着小木条点燃点燃爆炸性气体，纠正观察者认为必须点燃才会爆炸的思维误区；也利于对未爆炸情况时的原因进行查找，不用担心可能由于氢气等可燃性爆炸气体纯度太高时，需要燃烧一会儿再爆炸的情况发生，适合学生进行实际操作，使学生能亲身感受爆炸的危险，提高学生的观察效果和安全意识。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A的局部放大图的结构示意图。

图中标记：1.大头针，2.电子打火器，3.针筒，4.活塞，5.推杆，6.铁夹，7.铁架台，8.固定线，9.储气袋，10.针头端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。

如图1-图2所示，本发明提供一种探究气体的爆炸极限实验装置，包括注射器、两根大头针1和电子打火器2，注射器包括针筒3、活塞4和推杆5，两根大头针1的尖端分别穿过活塞4插入针筒3与活塞4围成的空腔后并弯曲相对设置，大头针1的另一端通过导线分别与电子打火器2的正负极相连接，此种设计利用尖端放电原理进行点火，为探究气体的爆炸极限实验提供电火花，且时实验者远离明火。用电子打火器2代替传统的用燃着小木条点燃气体，一是，可纠正实验者认为必须点燃才会爆炸的思维误区；二是，实验者远离爆炸实验装置，增加了安全性，三是，也利于对未爆炸时原因的进行查找，不用担心可能由于可燃性气体纯度太高，需要燃烧一会儿再爆炸的情况发生，有效消除实验者的恐惧心理，保证实验更顺利的进行，使实验者更直观、可视化观察、感受爆炸过程。

大头针1的尖端穿过活塞插入针筒3与活塞4围成的空腔内的一端弯曲且与活塞4上表面贴合设置，可以有效避免爆炸后，裸露的大头针1针尖对人体造成伤害，提高其安全系数。首先通过电子打火器2控制大头针1的尖端插入针筒3与活塞4围成的空腔内进行尖端放电，为探究气体的爆炸极限实验提供电火花，且时实验者远离明火，本发明的装置安全性能显著提高，同时有效消除实验者的恐惧心理，保证实验更顺利的进行，使实验者更直观、可视化观察、感受爆炸过程。

注射器的针头端10采用可拆卸固定的密封装置进行密封设置，使用方便，当密封装置取下时，便于对针筒3内气体定量吸入，当密封装置将注射器的针头端10密封时，保证针筒3内爆炸实验室的顺利进行，便于观察。

注射器的推杆5通过铁夹6竖直方向固设于铁架台7上，省时省力，不需要人体拿取注射器，使用时，实验者远离注射器等爆炸装置，提高其安全系数；同时，竖直方向固定注射器，爆炸时，针筒3和推杆5在竖直空间内弹出，可以防止爆炸时针筒3向周围弹出，造成人员损伤的情况发生，其使用的安全系数进一步提高。

注射器的针筒3和推杆5均通过固定线8与铁架台7相连接，固定线8用于防止实验时针筒3和推杆5被炸飞，有效防止爆炸时，针筒3和推杆5弹出造成不安全事故情况的发生，进一步使爆炸实验可控化、安全化，消除实验操作者心中的恐惧感。

本发明提供一种探究气体的爆炸极限实验装置，其还设有储气袋9，储气袋9用于储存气体。储气袋9内储存气体为可燃性气体。用储气袋9提前储存气体，防止在分组实验时，因制取气体多，遇到明火发生爆炸的隐患，安全性进一步提高。

针筒3侧壁上设有体积刻度值，便于对待测爆炸极限的气体和氧气进行定量分析观察，让可燃性爆炸气体和氧气的混合体积比例可定量、直观、可视化观察，感受爆炸，体会化学实验带来的乐趣。

一种探究气体的爆炸极限实验的方法，使用上述的一种探究气体的爆炸极限实验装置的方法，包括以下步骤：

(1)先用注射器从储气袋9中抽取一定量待测爆炸极限的气体后，再吸取一定量空气，用密封装置密封注射器的针头端10，将注射器的推杆5通过铁夹6竖直固定在铁架台7上；

(2)按下电子打火器2的开关按钮，注射器针筒3内部的混合气体在有限空间内，遇到明火，剧烈燃烧，产生热量在有限空间不能及时散失，体积膨胀，注射器针筒被向上弹起，发生爆炸。

为使观察者亲自感受气体爆炸的条件，采用中值法确定收集体积分数不同的的待测可燃性气体和空气或者氧气的混合气体，进行实验，感受爆炸时能量的变化和爆炸的威力，得出可燃性气体的爆炸极限。

使用本发明的探究气体的爆炸极限实验装置时，氢气等可燃性爆炸气体和氧气直接混合点火，减少氢气等可燃性爆炸气体燃烧的时间，大大缩短从点火到爆炸的时间，减轻演示实验时操作者的心理负担与恐惧，安全性能显著提高。

综上，本发明的探究气体的爆炸极限实验装置及其方法中，用注射器代替传统实验用的易拉罐或是塑料瓶等装置，其能够直观、定量、简便的控制混合气体的比例，易于观察着清楚理解爆炸发生必须达到爆炸极限条件。

本发明的探究气体的爆炸极限实验装置及其方法，实验装置简单安全，制作容易，操作稳定，可以培养学生废物利用的意识，实验数据结构准确度高、可重复好，安全性高，适合学生进行实际操作，使学生能亲身感受爆炸的危险，提高学生的观察效果和安全意识。

以上仅是本发明的实施例而已，例如储气袋9内储存气体为可燃性气体氢气等，均可以实现本发明的探究气体的爆炸极限实验装置及其方法。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”、“外”、“中间”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备特定的方位、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。

惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。

Claims (10)

1.一种探究气体的爆炸极限实验装置，其特征在于，包括注射器、两根大头针和电子打火器，所述注射器包括针筒、活塞和推杆，两根所述大头针的尖端分别穿过所述活塞插入所述针筒与所述活塞围成的空腔后并弯曲相对设置，所述大头针的另一端通过导线分别与所述电子打火器的正负极相连接。

2.根据权利要求1所述的一种探究气体的爆炸极限实验装置，其特征在于，所述注射器的针头端采用可拆卸固定的密封装置进行密封设置。

3.根据权利要求2所述的一种探究气体的爆炸极限实验装置，其特征在于，所述注射器的推杆通过铁夹竖直方向固设于铁架台上。

4.根据权利要求3所述的一种探究气体的爆炸极限实验装置，其特征在于，所述注射器的针筒和推杆均通过固定线与所述铁架台相连接，所述固定线用于防止实验时所述针筒和推杆被炸飞。

5.根据权利要求1所述的一种探究气体的爆炸极限实验装置，其特征在于，其还设有储气袋，所述储气袋用于储存气体。

6.根据权利要求5所述的一种探究气体的爆炸极限实验装置，其特征在于，所述储气袋内储存气体为可燃性气体。

7.根据权利要求1所述的一种探究气体的爆炸极限实验装置，其特征在于，所述针筒侧壁上设有体积刻度值。

8.根据权利要求1所述的一种探究气体的爆炸极限实验装置，其特征在于，所述大头针的尖端分别弯曲后，且与所述活塞的上表面贴合设置。

9.一种探究气体的爆炸极限实验的方法，使用权利要求1-8任何一项所述的一种探究气体的爆炸极限实验装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)先用注射器从储气袋中抽取一定量待测爆炸极限的可燃性气体后，再吸取一定量空气，用密封装置密封注射器的针头端，将注射器的推杆通过铁夹竖直固定在铁架台上；

(2)按下电子打火器的开关按钮，注射器针筒内部的混合气体在有限空间内，遇到电火花，剧烈燃烧，产生热量在有限空间不能及时散失，体积膨胀，注射器针筒被向上弹起，发生爆炸。

10.根据权利要求9所述的一种探究气体的爆炸极限实验的方法，其特征在于，采用中值法确定收集体积分数不同的待测爆炸性气体和空气的混合气体，进行实验，感受爆炸时能量的变化和爆炸的威力，得出可燃性气体的爆炸极限。