CN114360340A - 用于演示液体的温度与密度关系的实验设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种用于演示液体的温度与密度关系的实验设备，包括：盛液容器，盛液容器的顶部敞开且内部用于盛放液体；多个温度传感器，温度传感器的下端形成检测端；第一固定部，盖设于盛液容器的顶部，第一固定部设有在其高度方向上贯通的多个第一固定孔，第一固定孔用于供对应的温度传感器穿过，且各温度传感器的检测端分别位于液体的不同深度区间，以检测液体在不同深度区间的温度；温度调节部，设于第一固定部，用于对液体的温度进行调节。本申请实施例通过采用上述技术方案，可以测得液体在不同深度区间的温度，从而根据液体在不同深度区间的温度与密度之间的关系，直观地展示液体的热胀冷缩或者反常膨胀的物理现象。

Description

用于演示液体的温度与密度关系的实验设备

技术领域

本申请涉及教学设备技术领域，尤其涉及一种用于演示液体的温度与密度关系的实验设备。

背景技术

自然界中，热胀冷缩现象是指物体受热时会膨胀，遇冷时会收缩的特性。由于物体内的粒子(原子)运动会随温度改变，当温度上升时，粒子的振动幅度加大，令物体膨胀；但当温度下降时，粒子的振动幅度便会减少，使物体收缩。例如，在4至100℃的温度范围内，水的温度越高体积越大，密度也就越小，呈现热胀冷缩的现象；而在0至4℃的温度范围内，水的温度越低体积越大，密度也就越小，呈现热缩冷胀的现象，称为“反常膨胀现象”。

以上所述的知识点都在初中物理教科书内容内，但是相关技术中并没有相应的实验仪器能够较好的演示上述物理现象，无法为学生提供探究学习的有利条件。

发明内容

本申请实施例提供一种用于演示液体的温度与密度关系的实验设备，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。

根据本申请实施例的用于演示液体的温度与密度关系的实验设备，包括：

盛液容器，盛液容器的顶部敞开且内部用于盛放液体；

多个温度传感器，温度传感器的下端形成检测端；

第一固定部，盖设于盛液容器的顶部，第一固定部设有在其高度方向上贯通的多个第一固定孔，第一固定孔用于供对应的温度传感器穿过，且各温度传感器的检测端分别位于液体的不同深度区间，以检测液体在不同深度区间的温度；

温度调节部，设于第一固定部，用于对液体的温度进行调节。

在一种实施方式中，第一固定部包括盖板和多个第一空心柱体，第一空心柱体的至少部分由盖板的上侧表面向上延伸形成，第一空心柱体中空设置以限定出第一固定孔；

其中，多个第一空心柱体的延伸高度各不相同，温度传感器设有支撑凸缘，支撑凸缘支撑于第一空心柱体的上端面。

在一种实施方式中，第一固定部还设有贯通其的中心固定孔，温度调节部包括导热容器和手柄，导热容器用于容纳冷媒或热媒，冷媒或热媒的温度与液体的温度均不相同，导热容器适于通过中心固定孔固定于第一固定部，且导热容器的至少部分浸设于液体中。

在一种实施方式中，导热容器采用导热材质，手柄采用隔热材质。

在一种实施方式中，该实验设备还包括：

第二固定部，适于通过中心固定孔固定于第一固定部，第二固定部包括支撑板和多个第二空心柱体，第二空心柱体的至少部分由支撑板向上延伸形成，第二空心柱体中空设置以限定出第二固定孔，第二固定孔用于供温度传感器穿过；

其中，多个第二空心柱体的延伸高度均相同，以使穿设于各第二空心柱体中的温度传感器的检测端分别位于液体的同一深度区间。

在一种实施方式中，盛液容器和/或第一固定部采用塑料材质。

在一种实施方式中，该实验设备还包括：

保温容器和保温盖，保温盖盖设于保温容器的顶部以共同限定出密闭的保温腔，保温腔用于容纳盛液容器、多个温度传感器以及第一固定部。

在一种实施方式中，保温盖设有与多个第一固定孔一一对应的多个伸出孔，伸出孔贯穿保温盖，伸出孔用于供穿设于第一固定孔的温度传感器的至少部分向上伸出。

在一种实施方式中，保温盖的内侧表面还设有凹槽，第一固定部的顶部嵌设于凹槽内。

在一种实施方式中，保温容器和/或保温盖采用发泡胶材质。

在一种实施方式中，该实验设备还包括：

数字化采集器，与多个温度传感器电通讯，用于将温度传感器输出的电信号转化为数字信号，并传输至数字显示设备。

在一种实施方式中，数字化采集器具备温度均等化功能，以在各温度采集器的检测端位于同一高度区间的情况下，将各温度采集器输出的电信号转化为用于表征符合阈值条件的温度数值的数字信号。

本申请实施例通过采用上述技术方案，可以测得液体在不同深度区间的温度，从而根据液体在不同深度区间的温度与密度之间的关系，直观地展示液体的热胀冷缩或者反常膨胀的物理现象。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1示出根据本申请实施例的实验设备的结构示意图；

图2示出根据本申请实施例的实验设备的第一固定部的结构示意图；

图3示出根据本申请实施例的实验设备的温度调节部的结构示意图；

图4示出根据本申请实施例的实验设备的第一固定部支撑温度调节部的结构示意图；

图5示出根据本申请实施例的实验设备的第二固定部的结构示意图；

图6示出根据本申请实施例的实验设备的第一固定部支撑第二固定部的结构示意图；

图7示出根据本申请实施例的实验设备的保温容器和保温盖的结构示意图；

图8示出根据本申请实施例的实验设备的保温盖的内侧表面的结构示意图；

图9示出根据本申请实施例的实验设备进行演示实验的流程图。

附图标记说明：

实验设备1；

盛液容器10；

温度传感器20；检测端20a；支撑凸缘21；

第一固定部30；第一固定孔30a；中心固定孔30b；盖板31；第一空心柱体32；

温度调节部40；导热容器41；手柄42；

第二固定部50；第二固定孔50a；支撑板51；第二空心柱体52；

保温容器60；

保温盖70；伸出孔71；第一凹槽72；第二凹槽73。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

下面参照图1至图9描述根据本申请实施例的用于演示液体的温度与密度关系的实验设备1。

如图1所示，本申请实施例的实验设备1包括盛液容器10、多个温度传感器20、第一固定部30以及温度调节部40。

具体而言，盛液容器10的顶部敞开且内部用于盛放液体。温度传感器20的下端形成检测端20a。第一固定部30盖设于盛液容器10的顶部，第一固定部30设有在其高度方向上贯通的多个第一固定孔30a，第一固定孔30a用于供对应的温度传感器20穿过，且各温度传感器20的检测端20a分别位于液体的不同深度区间，以检测液体在不同深度区间的温度。温度调节部40设于第一固定部30，用于对液体的温度进行调节。

示例性地，盛液容器10的内部限定有盛液腔，盛液容器10的顶部敞开以形成盛液腔的敞口。第一固定部30盖设于盛液腔的顶部以覆盖盛液腔的敞口。其中，第一固定孔30a在第一固定部30的高度方向上贯通第一固定部30，即第一固定孔30a形成于第一固定部30的上侧表面和下侧表面之间，以使温度传感器20可以穿设于第一固定孔30a，从而使温度传感器20的检测端20a浸设于盛液腔的液体中。

第一固定孔30a的数量可以大于或等于温度传感器20的数量。例如，第一固定孔30a的数量与温度传感器20的数量相等，且多个第一固定孔30a与多个温度传感器20一一对应设置，每个第一固定孔30a用于分别固定对应的温度传感器20。

本申请实施例对第一固定孔30a的形状和尺寸不作具体限定，只要能够使温度传感器20的至少部分穿设其中即可。

在本申请实施例中，各温度传感器20的检测端20a分别位于液体的不同深度区间。也就是说，各温度传感器20的检测端20a在与水平面相垂直的高度方向上的位置各不相同，以使各温度传感器20可以分别检测液体在不同深度区间的温度。

在一个示例中，多个温度传感器20的高度尺寸各不相同，且多个第一固定孔30a的深度相同。在多个温度传感器20分别固定于多个第一固定孔30a的情况下，各温度传感器20的在高度方向上的位置均相同，但各温度传感器20的下端在高度方向上的位置各不相同，从而使各温度传感器20的检测端20a分别位于液体不同的深度区间。

在另一个示例中，多个温度传感器20的高度尺寸相同，但多个第一固定孔30a的深度不同。在多个温度传感器20分别固定于多个第一固定孔30a的情况下，各温度传感器20的在高度方向上的位置各不相同，并且各温度传感器20的下端在高度方向上的位置也各不相同，从而使各温度传感器20的检测端20a分别位于液体不同的深度区间。

在本申请实施例中，实验设备1的演示对象所采用的液体可以采用密度随温度变化的任意液体。优选地，液体可以采用水作为演示对象。

可以理解的是，水在0～4℃之间热缩冷胀，即在0～4℃的温度范围内，水的密度随温度的降低而减小；水在4℃以上热胀冷缩，即在4℃以上的温度范围内，水的密度随温度的降低而增大。由此，水的密度在0℃以上会随温度的升高而先增大后减小，从而导致水的温度在不同深度区间呈现分层分布。

在一个具体示例中，温度传感器20的数量为四个且分别为温度传感器20、第二温度传感器20、第三温度传感器20和第四温度传感器20，第一固定孔30a的数量为与四个温度传感器20分别对应的四个。盛液容器10中液体的液面高度为50mm，其中，温度传感器20的检测端20a位于液体的第一深度区间，且第一深度区间为0-10mm；第二温度传感器20的检测端20a位于液体的第二深度区间，且第二深度区间为10-20mm；第三温度传感器20的检测端20a位于液体的第三深度区间，且第三深度区间为20-30mm；第四温度传感器20的检测端20a位于液体的第四深度区间，且第四深度区间为30-40mm。其中，液体在深度区间较大的部分密度也相对较大，液体在深度区间较小的部分密度也相对较小，即液体在第一深度区间至第四深度区间的密度逐渐增大。由此，四个温度传感器20可以分别检测液体在四个深度区间的温度值，根据液体在四个深度区间的密度以及温度值的大小关系，从而得到液体的温度与密度之间的关系。

为了进一步观测在温度变化的情况下液体的密度与温度的关系，需要增加液体的温度变化这一变量条件。

在一个示例中，可以通过在盛液腔内放置温度调节部40，温度调节部40中设置有温度低于液体温度的冷媒，以使液体与冷媒发生热交换，从而使液体的温度在一定时间内逐步递减，进而满足液体的温度变化这一变量条件。

在本申请的其他示例中，温度调节部40中还可以设置有温度高于液体温度的热媒，以使液体与热媒发生热交换，从而使液体的温度在一定时间内逐步递增，进而满足液体的温度变化这一变量条件。

根据本申请实施例的用于演示液体的温度与密度关系的实验设备1，通过设置多个温度传感器20，且多个温度传感器20的检测端20a设置于液体的不同深度区间，以检测液体在不同深度区间的温度值，通过比较液体在不同深度区间的温度值的大小关系，可以得到液体在不同深度区间的密度与温度之间的关系，从而直观地展示液体的热胀冷缩或者反常膨胀的物理现象。

在一种实施方式中，如图1和图2所示，第一固定部30包括盖板31和多个第一空心柱体32，第一空心柱体32的至少部分由盖板31的上侧表面向上延伸形成，第一空心柱体32中空设置以限定出第一固定孔30a。其中，多个第一空心柱体32的延伸高度各不相同，温度传感器20设有支撑凸缘21，支撑凸缘21支撑于第一空心柱体32的上端面。

在一个示例中，温度传感器20包括自上而下相连接的塑料手柄42、塑料筒以及金属端，其中，金属端内设置有感应部件，可以根据金属端周围的液体的温度生成电信号。可以理解的是，金属端形成温度传感器20的检测端20a。

更为具体地，塑料手柄42的直径大于塑料筒的直径，以在塑料手柄42以及塑料筒的连接处形成温度传感器20的支撑凸缘21。在温度传感器20穿设于第一空心柱体32的情况下，塑料筒以及金属端穿过第一空心柱体32的内部，且金属端由第一空心柱体32的下侧伸出，其中，支撑凸缘21支撑于第一空心柱体32的上表面，以使塑料手柄42由第一空心柱体32的上方伸出。

多个第一空心柱体32与盖板31可以为一体件，即多个第一空心柱体32与盖板31可以通过一体成型工艺加工而成。其中，第一空心柱体32全部由盖板31的上侧表面向上延伸而成；或者，第一空心柱体32的部分由盖板31的上侧表面向上延伸而成，第一空心柱体32的另一部分由盖板31的下侧表面向下延伸而成。

可以理解的是，通过将多个第一空心柱体32向上延伸的部分的高度设置为各不相同，在将多个相同的温度传感器20穿设于第一空心柱体32上后，可以使多个温度传感器20的检测端20a位于高度方向上的不同位置，从而使多个温度传感器20的检测端20a位于液体的不同深度区间。

通过上述实施方式，在实现多个温度传感器20分别检测液体的不同深度区间的温度的同时，多个温度传感器20可以采用型号以及尺寸完全相同的传感器，从而无需对温度传感器20的高度尺寸进行相应加工，有利于确保各温度传感器20的检测精度相同，从而使测得的不同深度区间的温度值更加精准。

在一种实施方式中，如图2至图4所示，第一固定部30还设有贯通其的中心固定孔30b。温度调节部40包括导热容器41和手柄42，导热容器41用于容纳冷媒或热媒，冷媒或热媒的温度与液体的温度均不相同，导热容器41适于通过中心固定孔30b固定于第一固定部30，且导热容器41的至少部分浸设于液体中。

在本申请实施例中，中心固定孔30b的形状和尺寸可以任意设置，本申请实施例对此不作具体限定。

示例性地，中心固定孔30b可以设于盖板31的中心处，多个第一固定孔30a围绕中心固定孔30b设置。其中，中心固定孔30b的形状可以为圆形。

导热容器41的形状具体可以为筒状，具体可以为圆柱形或圆台形。手柄42包括相连接的卡接部和持握部，卡接部套设于导热容器41的顶部，持握部可以为便于持握的扁平状。

在一个具体示例中，盖板31包括第一矩形板和第二矩形板，第一矩形板叠置于第二矩形板的上侧，第一矩形板的厚度小于第二矩形板的厚度。其中，第一矩形板和第二矩形板上分别设有位置对应的第一通孔和第二通孔，第一通孔和第二通孔共同形成中心固定孔30b。其中，第一通孔的孔径小于第二通孔的孔径，以在中心固定孔30b的内侧形成卡接凸缘，导热容器41的顶部边缘可以卡设于卡接凸缘。

需要说明的是，导热容器41内可以容纳温度远低于液体温度的冷媒，或者用于容纳温度远低于液体温度的热媒，只要使导热容器41内盛放的介质可以与液体发生热交换，从而使液体的温度发生变化即可。

例如，导热容器41内可以用于容纳温度远低于液体温度的冷媒。冷媒具体可以为温度低于0℃的固态盐水混合物。由此，在盛放有冷媒的导热容器41的至少部分浸设于液体内时，冷媒通过导热容器41与液体发生热交换，从而使液体的温度下降。

通过上述实施方式，第一固定部30不仅可以用于固定多个温度传感器20，还可以用于固定温度调节部40，且固定于中心固定孔30b的温度调节部40的导热容器41的至少部分浸设于液体中，从而使液体与导热容器41中的冷媒或热媒发生热交换，进而使液体的温度发生变化，从而满足了实验设备1演示液体的温度与密度之间关系对于温度变化这一变量条件的需求。

在一种实施方式中，导热容器41采用导热材质，手柄42采用隔热材质。

示例性地，导热容器41的材质可以采用具有良好导热性能的金属材质，以提高导热容器41内容纳的冷媒或热媒与液体之间进行热交换的效率。手柄42可以采用具有良好隔热性能的塑料材质，以在用户手持手柄42时，避免用户的肢体与导热容器41内容纳的冷媒或热媒发生热交换，并且也避免了冷媒或热媒的温度过低或过高从而对用户的肢体造成的不适感。

如图5所示，在一种实施方式中，该实验设备1还包括第二固定部50。第二固定部50适于通过中心固定孔30b固定于第一固定部30，第二固定部50包括支撑板51和多个第二空心柱体52，第二空心柱体52的至少部分由支撑板51向上延伸形成，第二空心柱体52中空设置以限定出第二固定孔50a，第二固定孔50a用于供温度传感器20穿过。其中，多个第二空心柱体52的延伸高度均相同，以使穿设于各第二空心柱体52中的温度传感器20的检测端20a分别位于液体的同一深度区间。

示例性地，支撑板51与多个第二空心柱体52可以为一体件，即支撑板51与多个第二空心柱体52通过一体工艺加工成型。其中，第二空心柱体52的部分由支撑板51的上侧表面向上延伸形成，第二空心柱体52的另一部分由支撑板51的下侧表面向下延伸形成。第二空心柱体52的数量与温度传感器20的数量可以相同，以使各第二空心柱体52分别固定对应的温度传感器20。其中，温度传感器20的支撑凸缘21支撑于第二空心柱体52的上端面。

多个第二空心柱体52可以集中设置于支撑板51的与第一固定部30的中心固定孔30b的对应区域内，以使多个第二空心柱体52向下延伸的部分可以穿过第一固定部30的中心固定孔30b，从而使固定于多个第二空心柱体52内的多个温度传感器20的下端延伸至盛液腔内。

进一步地，多个第二空心柱体52的上端面在高度方向上的位置均相同，以使支撑于多个第二空心柱体52内的多个温度传感器20的下端在高度方向上的位置均相同，从而多个温度传感器20的检测端20a位于液体的同一深度区间。

此外，支撑板51的下侧表面支撑于第一固定部30的上侧表面。本申请实施例对支撑板51的形状和尺寸不作具体限定，只要可以使支撑板51能够支撑于第一固定部30的上侧即可。

例如，支撑板51的形状可以为近似于六边形的形状，六边形的相邻的两个边之间通过弧形角相连。其中，支撑板51的最大外径大于第一固定孔30a的中心固定的直径，以使支撑板51可以支撑于第一固定部30的上侧。

需要说明的是，在将多个温度传感器20穿设于多个第一固定部30的第一固定孔30a之前，需要对多个温度传感器20的检测精度进行调节，以确保各第温度传感器20的检测精度符合一定的阈值范围。

根据上述实施方式，通过将多个温度传感器20固定于第二固定部50的多个第二空心柱体52，可以使多个温度传感器20的检测端20a位于液体的同一深度区间，从而使多个温度传感器20可以对液体在同一深度区间的温度进行检测。由此，便于对多个温度传感器20进行均等化校准操作，以确保多个温度传感器20对于液体同一深度区间的检测值大致相同，从而确保各温度传感器20的检测精度大致相同，进而提高实验结果的精准性。

在一种实施方式中，盛液容器10和/或第一固定部30采用塑料材质。

示例性地，盛液容器10和第一固定部30均采用塑料材质。

由此，盛液容器10和第一固定部30的隔热性能较好，可以减缓盛液容器10内的液体与外界环境的热传递，以减少其他变量对实验结果的干扰，尽可能地确保液体与温度调节部40的热交换效果。

优选地，盛液容器10可以采用透明的亚克力材质。由此，在将液体注入盛液容器10后，便于观察液体的液位高度，也便于观察固定于第一固定部30的多个温度检测器的检测端20a在液体不同深度区间的对应位置。

如图7所示，在一种实施方式中，该实验设备1还包括保温容器60和保温盖70。保温盖70盖设于保温容器60的顶部以共同限定出密闭的保温腔，保温腔用于容纳盛液容器10、多个温度传感器20以及第一固定部30。

示例性地，保温容器60的内部限定有顶部敞开的保温腔，以便于通过保温容器60顶部的敞口放置或取出盛液容器10。保温盖70可拆卸地设于保温容器60的顶部，以打开或关闭保温腔顶部的敞口。

根据上述实施方式，通过设置保温容器60和保温盖70，可以将盛液容器10、多个温度传感器20以及第一固定部30安置于密闭的保温腔内，从而进一步降低盛液容器10内的液体与外界发生热传递的概率，确保液体的温度仅受温度调节部40的热传递的影响而变化。

如图8所示，在一种实施方式中，保温盖70设有与多个第一固定孔30a一一对应的多个伸出孔71，伸出孔71贯穿保温盖70，伸出孔71用于供穿设于第一固定孔30a的温度传感器20的至少部分向上伸出。

示例性地，多个伸出孔71的位置与多个第一固定孔30a的位置一一对应，各第一固定孔30a内插设的温度传感器20的上端通过伸出孔71向上伸出。

通过在保温盖70上设置多个伸出孔71，便于将温度传感器20通过伸出孔71插设于对应的第一固定孔30a，或者将温度传感器20由第一固定孔30a通过伸出孔71拔出，由此，提高了温度传感器20安装和取出的便捷性。

在一种实施方式中，保温盖70的内侧表面还设有凹槽，第一固定部30的顶部嵌设于凹槽内。

示例性地，保温盖70的内侧表面设有第一凹槽72，第一凹槽72的形状与第一固定部30的顶部的形状相适配，以使第一固定部30的顶部可以嵌设于第一凹槽72内。

保温盖70的内侧表面还设有第二凹槽73，第二凹槽73的形状与温度调节部40的顶部的形状相适配，以使温度调节部40的顶部可以嵌设于第二凹槽73内。

通过上述实施方式，提高了保温盖70与第一固定部30以及温度调节部40的贴合度，从而提高了保温盖70与保温容器60的密闭性，进一步提高了保温效果。

在一种实施方式中，保温容器60和/或保温盖70采用发泡胶材质。

可以理解的是，发泡胶材质是一种具有发泡特性和粘结特性的胶，是一种依靠湿气固化的聚氨酯弹性密封发泡材料。发泡胶是将聚氨酯预聚体、发泡剂、催化剂、交联剂等填装到耐高压铁罐中，并填装丙烷等气体组成的。

由于发泡胶材质具有较好的密封性以及较好的隔热性，由此，提高了保温容器60以及保温盖70的密封性以及隔热性。

在一种实施方式中，该实验设备1还包括数字化采集器(图中未示出)，与多个温度传感器20电通讯，用于将温度传感器20输出的电信号转化为数字信号，并传输至数字显示设备。

其中，温度传感器20与数字化采集器之间可以通过线缆或者无线通信的方式进行电通讯。

通过设置数字化采集器，可以将温度传感器20输出的电信号转化为数字信号，并且将转化后的数字信号传输至计算机设备，进而通过计算机设备的数字显示设备进行展现。由此，针对液体在不同深度区间的温度值，实现了数据分析、展示、储存等其他功能，提高了实验结果的可视化效果。

在一种实施方式中，数字化采集器具备温度均等化功能，以在各温度采集器的检测端20a位于同一高度区间的情况下，将各温度采集器输出的电信号转化为用于表征符合阈值条件的温度数值的数字信号。

其中，用于表征符合阈值条件的温度数值的数字信号指的是，在各温度采集器的检测端20a位于同一高度区间的情况下，各温度采集器输出的电信号经过数字化采集器的转化，使得各温度传感器20对应的数字信号所表征的温度数值之间的差异符合预设的阈值范围，即使得各温度传感器20的误差范围在预设范围内。

由此，提高了各温度传感器20的检测精度，使得各温度传感器20的误差范围大致相同且符合阈值条件，从而进一步确保了实验结果的精准性。

下面参照图1至图8以一个具体示例描述根据本申请实施例的实验设备1。

如图1至图8所示，该实验设备1具体包括数字化采集器、金属端温度传感器(即上述实施例中的温度传感器20)、塑料内置容器(即上述实施例中的盛液容器10)、塑料内置顶盖(即上述实施例中的第一固定部30)、发泡胶外置容器(即上述实施例中的保温容器60)、发泡胶外置顶盖(即上述实施例中的保温盖70)、温度传感器支架(即上述实施例中的第二固定部50)和冷却部件(即上述实施例中的温度调节部40)。下面针对该实验设备1所包括的各个部件分别进行说明：

(1)数字化采集器

数字化采集器用于采集温度传感器所感应的信号，并将该信号数字化展现于屏幕上，并储存所取得的温度读数。并且，数字化采集器具有传感器均等化的功能。其中，传感器均等化功能指的是在各个温度传感器都处于同样的温度环境下让它们的温度读数相等。

(2)金属端温度传感器

金属端温度传感器的数量为四个，该温度传感器由金属端、塑料筒和塑料手柄42构成。金属端内有感应机件，可将金属端周围的温度转换成适当的信号让数字化采集器接收。

需要说明的是，金属端温度传感器虽然都用“同样”的材料制成，但由于材料性质上不可避免的小偏差，即便是在同样温度环境下不同传感器的温度读数还会有些小差别。这样，不同深度的水的温度差就无法从这些温度读数中真实地体现出来。有鉴于此，在进行探究前将4支温度传感器均等化是绝对有必要的。

(3)塑料内置容器

塑料内置容器除了用来盛放该实验设备1的实验对象即水以外，还用于支撑塑料内置顶盖。塑料内置容器的材质采用塑料的考量是，塑料的导热性低，有助于减低水和外界环境之间的热传递。

(4)塑料内置顶盖

塑料内置顶盖由中央设置有圆形开口的双层矩形板和4支空心圆柱组成。其双层矩形板顶层的厚度小于底层的厚度，但顶层的长度和宽度均大于底层的长度和宽度。4支空心圆柱以不等高度从双层矩形板上方竖起，并以同等长度从双层矩形板底向下延伸。

塑料内置顶盖的材质采用塑料的考量是，降低水和外界环境的热传递，并且，塑料材质也具有一定的硬度和强度来支撑温度传感器、温度传感器支架以及温度调节部。

双层矩形板的底层可刚好塞入上述塑料内置容器，而其顶层却由于长和宽都大于容器而被堵住让该顶盖平稳地搁在塑料内置容器上。

其中，4个空心圆柱可各支撑一支金属端温度传感器。做法是将温度传感器的金属端插入空心圆柱上方让金属端从圆柱下方延伸出来浸入塑料内置容器中的水。温度传感器手柄42大于圆柱而被圆柱上方堵住，让温度传感器搁在圆柱上。

需要说明的是，由于4个空心圆柱的高度不等，4个温度传感器从圆柱下方延伸出来的长度也相应不一，导致其金属端与不同深度的水接触。这样，4支温度传感器所测量的是不同水深度的温度。

温度调节部件塑料圆环之下的金属罐可穿过双层矩形板中央的圆开口，但其塑料圆环却因为大于圆开口而被堵住让温度调节部件平稳地搁在塑料内置顶盖上。

另外，从温度传感器支架之六角板底朝下延伸的4个空心圆柱可穿过双层矩形板中央的圆开口，但六角板却因为大于圆开口而被堵住让该支架平稳地搁在塑料内置顶盖上。

(5)温度传感器支架

温度传感器支架由六角板和4支空心圆柱组成。六角板的长度大于其宽度，而六个角中的两个是弧形角。4支空心圆柱以相等高度从六角板上方竖起，也以相等长度从六角板底部朝下延伸。

温度传感器支架用来促成上述4支温度传感器的均等化工作。

用户在使用时可将4支温度传感器的金属端分别插入4个空心圆柱上方让金属端从圆柱下延伸出来浸入塑料内置容器中的水。温度传感器手柄42大于圆柱而被圆柱上方堵住，让温度传感器搁在圆柱上。

由于4个圆柱的高度相等，传感器的金属端会与同样深度的水接触。这意味着它们的金属端处于同样温度环境中而采集器的均等化作用恰恰能让4支传感器取得一样的温度读数。

温度传感器被均等化后就不需用到了温度传感器支架了，所以得将它取出以腾出空间置放上述温度调节部件。

(6)发泡胶外置容器

发泡胶外置容器的内置空间刚好能让上述塑料内置容器安置在内。发泡胶外置容器上方两旁的边缘有弧形凹陷有助于使用者做探究后将塑料内置容器取出来。此外，其上方有个矩形伸展可让上述温度调节部件的塑料手柄42搁在上面。

此发泡胶外置容器连同上述发泡胶外置顶盖的作用是将塑料内置容器内的水与外界环境的热传递降到很低。一来是因为发泡胶的导热性比塑料还低很多，二来发泡胶外置容器和发泡胶外置顶盖的厚度都比塑料内置容器和塑料内置顶盖的大很多。

需要说明的是，此处不直接用此发泡胶外置容器盛水的原因是，发泡胶与水长期接触后会变软甚至变形。所以，采用塑料内置容器盛放水以避免对发泡胶物质造成不必要的损坏，然后将塑料内置容器套上发泡胶外置容器以达到降低热传递的效果。

(7)发泡胶外置顶盖

发泡胶外置顶盖设有4个与上述塑料内置顶盖的4个空心圆柱对应的圆孔，其直径比塑料内置顶盖圆柱的稍大。外置顶盖的底部中央有一个大矩形凹槽陷、一个小矩形凹槽、以及一个弧形凹槽。

上述4个圆孔、大和小矩形凹槽及弧形凹槽所构成的内置空间恰恰套住上述塑料内置顶盖和搁在它上方的温度调节部件，并让塑料内置顶盖的4个圆柱和温度调节部件的手柄42分别从发泡胶顶盖上方和旁边露出。

(8)冷却部件

冷却部件包括金属罐、塑料手柄和塑料圆环。

金属罐用来盛冷媒所以用导热性高的金属制成以促进罐内冷媒与罐外环境之间的热传递。

用塑料制作冷却部件的手柄和圆环可避免不必要的热传递。塑料手柄可让使用者将冷却部件提起和移动以免手被极冷的金属罐冻伤。

当冷却部件搁在塑料内置顶盖的双层矩形板上时，其金属罐的下部恰恰与塑料内置容器内的水表面接触，从而让水表面的热快速地传递至装有冷媒的金属罐和罐内的冷媒导致水温度快速下降。

优选地，以冷冻盐水作为冷媒。具体而言，将室温盐水倒入冷却部件的金属罐然后将冷却部件连同室温盐水置放于冰箱的冷冻室内(温度-20O C左右)，经过一定时间后，冰冻盐水连同冰冻金属罐就形成极高效的冷媒，能够让塑料内置容器内8℃左右的水在一小时内冷却至约0℃。

下面参考图9描述上述示例的实验设备1进行演示实验时的操作步骤。

如图9所示，该实验设备1的实验步骤具体包括：

步骤1：将塑料内置容器的外表面套上发泡胶外置容器；

步骤2：将8℃至20℃的水倒入塑料内置容器，然后把塑料内置顶盖盖设于塑料内置容器的顶部；然后，判断是否完成温度传感器的温度均等化工作；

如果未完成温度传感器的温度均等化工作，则依次进行：步骤3a：将温度传感器支架放置在塑料内置顶盖上；步骤3b：将4支温度传感器搁在温度传感器支架的空心圆柱上；步骤3c：用数字化采集器将4支温度传感器均等化；

如果已经完成温度传感器均等化工作，则依次进行：步骤3：将装有冷媒的冷却部件搁在塑料内置顶盖上；步骤4：将发泡胶外置顶盖套在发泡胶外置容器上；步骤5：将4支温度传感器搁在塑料内置顶盖的空心圆柱上。

此外，上述实施例的用于演示液体的温度与密度关系的实验设备1的其他构成可以采用于本领域普通技术人员现在和未来知悉的各种技术方案，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电通讯，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种用于演示液体的温度与密度关系的实验设备，其特征在于，包括：

盛液容器，所述盛液容器的顶部敞开且内部用于盛放所述液体；

多个温度传感器，所述温度传感器的下端形成检测端；

第一固定部，盖设于所述盛液容器的顶部，所述第一固定部设有在其高度方向上贯通的多个第一固定孔，所述第一固定孔用于供对应的温度传感器穿过，且各所述温度传感器的检测端分别位于所述液体的不同深度区间，以检测所述液体在不同深度区间的温度；

温度调节部，设于所述第一固定部，用于对所述液体的温度进行调节。

2.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述第一固定部包括盖板和多个第一空心柱体，所述第一空心柱体的至少部分由所述盖板的上侧表面向上延伸形成，所述第一空心柱体中空设置以限定出所述第一固定孔；

其中，多个所述第一空心柱体的延伸高度各不相同，所述温度传感器设有支撑凸缘，所述支撑凸缘支撑于所述第一空心柱体的上端面。

3.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述第一固定部还设有贯通其的中心固定孔；所述温度调节部包括导热容器和手柄，所述导热容器用于容纳冷媒或热媒，所述冷媒或热媒的温度与所述液体的温度均不相同，所述导热容器适于通过所述中心固定孔固定于所述第一固定部，且所述导热容器的至少部分浸设于所述液体中。

4.根据权利要求3所述的实验设备，其特征在于，所述导热容器采用导热材质，所述手柄采用隔热材质。

5.根据权利要求3所述的实验设备，其特征在于，还包括：

第二固定部，适于通过所述中心固定孔固定于所述第一固定部，所述第二固定部包括支撑板和多个第二空心柱体，所述第二空心柱体的至少部分由所述支撑板向上延伸形成，所述第二空心柱体中空设置以限定出第二固定孔，所述第二固定孔用于供所述温度传感器穿过；

其中，多个所述第二空心柱体的延伸高度均相同，以使穿设于各所述第二空心柱体中的所述温度传感器的检测端分别位于所述液体的同一深度区间。

6.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，所述盛液容器和/或所述第一固定部采用塑料材质。

7.根据权利要求1所述的实验设备，其特征在于，还包括：

保温容器和保温盖，所述保温盖盖设于所述保温容器的顶部以共同限定出密闭的保温腔，所述保温腔用于容纳所述盛液容器、多个所述温度传感器以及所述第一固定部。

8.根据权利要求7所述的实验设备，其特征在于，所述保温盖设有与多个所述第一固定孔一一对应的多个伸出孔，所述伸出孔贯穿所述保温盖，所述伸出孔用于供穿设于所述第一固定孔的温度传感器的至少部分向上伸出。

9.根据权利要求7所述的实验设备，其特征在于，所述保温盖的内侧表面还设有凹槽，所述第一固定部的顶部嵌设于所述凹槽内。

10.根据权利要求7所述的实验设备，其特征在于，所述保温容器和/或所述保温盖采用发泡胶材质。

11.根据权利要求1至10任一项所述的实验设备，其特征在于，还包括：

数字化采集器，与多个所述温度传感器电通讯，用于将所述温度传感器输出的电信号转化为数字信号，并传输至数字显示设备。

12.根据权利要求11所述的实验设备，其特征在于，所述数字化采集器具备温度均等化功能，以在各所述温度采集器的检测端位于同一高度区间的情况下，将各所述温度采集器输出的电信号转化为用于表征符合阈值条件的温度数值的数字信号。

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