CN206772875U - 冰融化热测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种冰融化热测量仪，包括盖子、内筒、外筒与电源；所述内筒位于外筒内；所述盖子由内盖与外盖构成，其中，内盖密封盖在内筒上，外盖密封盖在外筒上；位于所述内筒内的内盖一侧上设有压力传感器与加热片；所述压力传感器与所述加热片通过导线连接至电源；所述盖子上设有温度计插孔。本实用新型将内筒放置在外筒内，通过使用加热片融化内筒的冰块，使用压力传感器测量冰块浮力与重力差的改变量，得到融化冰块的质量，实现冰融化热的测量；整个测量过程与外界零热量交换，测量值精确。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种实验测量仪器，具体是一种冰融化热测量仪。
背景技术
采用热平衡原理测定冰的融化热的仪器装置，目前使用最普遍的是量热器。量热器由保温筒、內筒、温度计、搅拌器等组成。利用热平衡原理进行测量。在保温筒内，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量。以已知质量和温度的水作为高温物体，将已知质量和温度的冰作为低温物体投入水中。当冰完全融化为水后，且系统达到热平衡时，测出水的温度，即可求出冰的融化热。为了得到较准确的测定结果，需要较准确地确定冰的初始温度。通常为此将冰敲成若干小块，置于其自身不断融化形成的冰水中，放置较长时间后，认定其中尚存的冰粒温度已为0℃，取出擦干称重后使用。使用量热器和这种测定方法，存在多种不足之处：制取0℃冰粒的方法不但耗时耗力，效果还很难保证。而且冰粒在取出擦干称重的过程中，继续在融化，带来较大的不便和测量误差。由于冰完全融化所需时间过长，对外散热较多，保温筒和内筒等吸热较大，使热损失增加。水和冰的导热性较差，虽经搅拌，温度分布仍不很均匀，造成水温测量不准。上述以上原因，导致学生实验误差经常过大，难以满足教学需要。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种冰融化热测量仪。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
冰融化热测量仪，包括盖子、内筒、外筒与电源；所述内筒位于外筒内；所述盖子由内盖与外盖构成，其中，内盖密封盖在内筒上，外盖密封盖在外筒上；位于所述内筒内的内盖一侧上设有压力传感器与加热片；所述压力传感器与所述加热片通过导线连接至电源；所述盖子上设有温度计插孔。
所述外筒为双层结构，中间填充绝缘材料；所述内筒双层结构，中间填充绝缘绝缘材料。
所述内筒开口端面上设有一圈圆柱形磁铁二，内筒开口内设有密封圈；所述外筒开口端面上设有一圈圆柱形磁铁三。
所述电源上设有稳压电压表显示器、电压调节旋钮、电流表显示器、电流表调节旋钮、压力传感器显示器、压力传感器调零旋钮与导线接口。
所述加热片、压力传感器均位于内筒内，压力传感器与内盖连接，压力传感器上贴有加热片。
所述外盖与内盖之间通过设有的支柱连接，外盖上设有电源接口，所述加热片、压力传感器与电源接口连接，电源接口通过导线与电源的导线接口连接。
所述内盖直径与内筒外径相适应，外盖直径与外筒外径相适应。
所述温度计插孔用来放置温度计；所述内盖与所述外盖的底侧上均设有一圈圆柱形磁铁一。
本实用新型的有益效果：
1、内筒与外筒间放置冰水混合物，平衡时温度都为零度，使得内筒中的冰水混合物为孤立系统与外界无热量交换，解决了外界环境对测量的干扰；此外，内桶为绝缘体，在加热片对冰块加热的过程中，最大程度的减小了热量的散失，使得加热片产生的热量都被冰块吸收，大大的提高了测量结果的准确性。
2、压力传感器与加热片集成一体，既能够对冰块直接加热，又可以通过压力传感器示数的变化得知系统是否平衡，解释为：加热前，当压力传感器示数上升时，说明冰的质量在增加，系统内冰块的温度低于零度，且冰块温度正在上升；当压力传感器示数下降时，说明冰块正在融化，水的温度依然高于零度；当压力传感器示数不变时，说明系统内冰水混合物为零度，系统达到平衡状态。所以通过压力传感器示数的变化可以确定系统是否达到稳定状态，进而确定实验前冰块确实为零度，将误差减少到最小。
3、提供了系统初态何时为稳定状态的一种方法：加热前，压力传感器示数不变时，与插在内筒中的温度计示数为零相互验证，确定冰水混合物为零度。
4、当内桶中的冰水混合物为孤立系统时，使用压力传感器测冰块浮力与重力差的改变量，得到融化冰块的质量，此方法既可以得到实验中融化冰块的质量，又无需取出冰块，所以整个过程外界与系统无热量交换，大大提高了测量的准确度。
5、提出了一种通过曲线拟合方法求解冰的融化热。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型一种冰融化热测量仪结构示意图；
图2为本实用新型盖子主视图；
图3为本实用新型盖子仰视图；
图4为本实用新型盖子俯视图；
图5为本实用新型内筒结构示意图；
图6为本实用新型外筒结构示意图；
图7为本实用新型电源结构示意图。
具体实施方式
一种冰融化热测量仪，如图1所示，包括盖子1、内筒2、外筒3与电源4；其中，参见图2-4，盖子1由内盖与外盖构成，内盖直径与内筒2外径相适应，外盖直径与外筒3外径相适应；
内盖一侧上设有压力传感器12，压力传感器12上贴有加热片11(用来融化冰块)，压力传感器12用来测量冰块的浮力与重力差(整个过程冰块全部浸没在水中)，盖子1上设有一个温度计插孔14，用来放置温度计(监测内筒温度是否始终为零度)，内盖与内筒之间设有橡胶圈21，可以密封；外盖与内盖成一体，中间有支柱16连接并且相距一段距离，外盖上有电源接口13；
外筒3为双层结构，中间填充绝缘材料；内筒2双层结构，中间填充绝缘绝缘材料；参见图5，内筒2开口端面上设有一圈圆柱形磁铁二22，内筒2开口内设有密封圈21；参见图6，外筒3开口端面上设有一圈圆柱形磁铁三31；
参见图7，电源4上设有稳压电压表显示器41、电压调节旋钮411、电流表显示器42、电流表调节旋钮421、压力传感器显示器43、压力传感器调零旋钮431与导线接口44；
上述内筒2位于外筒3内，内筒与外筒间放置冰水混合物；加热片11、压力传感器12均伸入内筒2内，盖子1的内盖与外盖分别与内筒2与外筒3的开口密封；电源接口13通过导线与电源4的导线接口44连接；
工作原理：
内筒放置冰块和水并充满整个内筒，整个内筒(包括内盖)浸没在外筒盛装的冰水混合物中(为了防止热量交换，因为内筒和外筒的冰水都是零度)。由于冰块的密度小于水的密度，冰块漂浮在水面上，通过压力传感器按压冰块上表面，使得冰块浸没在水中，那么冰块的浮力将大于自身重力，所以压力传感器可以测量浮力与重力差：
对冰块加热前压力传感器显示：f0＝(ρ1-ρ2)gV0；ρ1为水密度，ρ2为冰密度，V0为加热前冰块体积；
加热一段时间后：(此时冰块没有融化完全,内筒温度一直依然维持零度)对冰块加热后压力传感器显示：f1＝(ρ1-ρ2)gV1；V1为加热后冰块体积，那么，整个过程融化冰块的体积为：所以整个过程中融化冰块的质量为：
融化冰块吸收的热量全部来自与电源供电：Q＝Pt；P为功率，t加热时间；
根据能量守恒：Q＝mL；L为冰的融化热
所以：
拟合方法具体说明：
系统达到稳定状态时，压力传感器置零，通电加热并每隔一段时间记录下压力传感器示数，表示为fn-tn，其中fn是在tn时刻对应的压力传感器示数，n＝1,2,3……，
则Qn＝Ptn，所以结合最小二乘法进行拟合得到曲线方程y＝kx+b，其中最后得到：
本实用新型通过使用压力传感器12测冰块浮力与重力差的改变量，得到融化冰块的质量，其优点为：
1.整个过程系统与外界零热量交换，电源提供的热量全部被冰块吸收；
2.采用加热片加热，加热均匀且由于冰块浮力大于重力，所以冰块始终贴合着加热片，加热片的热量直接给予冰块，减去了热量传递给水、再给冰的过程；
3.通电前根据压力传感器示数是否变化确定冰是否为零度，与温度计显示相验证；
4.此测量过程涵盖了热学、电学、力学，可以成为综合实验的基础。
本实用新型将内筒放置在外筒内，通过使用加热片融化内筒的冰块，使用压力传感器测量冰块浮力与重力差的改变量，得到融化冰块的质量，实现冰融化热的测量；整个测量过程与外界零热量交换，测量值精确。
以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.冰融化热测量仪，其特征在于，包括盖子(1)、内筒(2)、外筒(3)与电源(4)；所述内筒(2)位于外筒(3)内；所述盖子(1)由内盖与外盖构成，其中，内盖密封盖在内筒(2)上，外盖密封盖在外筒(3)上；位于所述内筒(2)内的内盖一侧上设有压力传感器(12)与加热片(11)；所述压力传感器(12)与所述加热片(11)通过导线连接至电源(4)；所述盖子(1)上设有温度计插孔(14)。
2.根据权利要求1所述的冰融化热测量仪，其特征在于，所述外筒(3)为双层结构，中间填充绝缘材料；所述内筒(2)双层结构，中间填充绝缘绝缘材料。
3.根据权利要求1所述的冰融化热测量仪，其特征在于，所述内筒(2)开口端面上设有一圈圆柱形磁铁二(22)，内筒(2)开口内设有密封圈(21)；所述外筒(3)开口端面上设有一圈圆柱形磁铁三(31)。
4.根据权利要求1所述的冰融化热测量仪，其特征在于，所述电源(4)上设有稳压电压表显示器(41)、电压调节旋钮(411)、电流表显示器(42)、电流表调节旋钮(421)、压力传感器显示器(43)、压力传感器调零旋钮(431)与导线接口(44)。
5.根据权利要求1所述的冰融化热测量仪，其特征在于，所述加热片(11)、压力传感器(12)均位于内筒(2)内，压力传感器(12)与内盖连接，压力传感器(12)上贴有加热片(11)。
6.根据权利要求1所述的冰融化热测量仪，其特征在于，所述外盖与内盖之间通过设有的支柱(16)连接，外盖上设有电源接口(13)，所述加热片(11)、压力传感器(12)与电源接口(13)连接，电源接口(13)通过导线与电源(4)的导线接口(44)连接。
7.根据权利要求1所述的冰融化热测量仪，其特征在于，所述内盖直径与内筒(2)外径相适应，外盖直径与外筒(3)外径相适应。
8.根据权利要求1所述的冰融化热测量仪，其特征在于，所述温度计插孔(14)内放置有温度计；所述内盖与所述外盖的底侧上均设有一圈圆柱形磁铁一(15)。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106872517A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-20 | 皖西学院 | 冰融化热测量仪 |
| CN110412068A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-05 | 新疆大学 | 一种测试矿区粉尘加速冰川消融的实验方法 |
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| CN110412068A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-05 | 新疆大学 | 一种测试矿区粉尘加速冰川消融的实验方法 |
| CN110412068B (zh) * | 2019-08-02 | 2021-12-31 | 新疆大学 | 一种测试矿区粉尘加速冰川消融的实验方法 |
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