CN210896124U - 一种一体化数显内聚力演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种一体化数显内聚力演示仪，包括挤压器、削铅器、数显弹簧电阻尺以及转动挂架，其中所述数显弹簧电阻尺包括单片机组件和弹簧电阻尺，所述挤压器包括圆柱形主腔体、上下铅柱以及两个半圆套组件，所述内牙螺母用螺母固定在空心圆柱内，所述圆柱形主腔体底部嵌设有弹簧电阻尺，所述圆柱形主腔体内置有单片机组件，所述削铅器包括削铅刀以及带螺纹的铅柱套，所述铅柱套通过螺栓连接在圆柱形主腔体的开口处，所述转动挂架轴连接在弹簧电阻尺上，所述转动挂架挂钩悬重物体，本装置在普通内聚力演示仪的基础上配合数显弹簧电阻尺、悬重演示架，并使之融为一体，整个装置体积小便于携带防器件丢失，易于推广。

Description

一种一体化数显内聚力演示仪

技术领域

本实用新型涉及教学实验仪器技术领域，尤其是涉及一种一体化数显内聚力演示仪。

背景技术

目前中学在做内聚力物理实验时，在铅柱的端面上用刀片刮平，将两铅柱修整后的平面贴合在一起，并在铅柱的两端施加一定的压力，使两铅柱能够吸合在一起，然后再一铅柱的底端挂砝码，并逐渐增加砝码的数量，直至两铅柱分离为止。由于铅柱的两个端面很难用刀片刮削整齐，两端面不齐平，导致两铅柱很难吸合在一起，就算能够吸合在一起，所钩钓砝码的重量常常达不到大气压强所产生的作用力，因此，中学的内聚力演示实验成功率往往不高。目前，中学中常用的内聚力演示器有两种：

(1)由塑料支架和刀片组成的刮削器取代刀片刮削铅柱的表面，能够将铅柱表面削刮整齐，但两铅柱需要用手挤压后才能粘贴，虽然提高的演示实验的成功率，但也不是很稳定，还有两柱面常常会造成错位，影响铅柱钓砝码的重量。

(2)由两个中空镶铅圆柱体、刮削器、挤压扳动器组成的内聚力演示器，能够大大提高内聚力演示实验的成功率，并且悬重大大超过大气压作用力，证明了两铅块粘贴是分子力的作用而不是大气的作用，但其结构复杂零件散落，实验后容易丢失。

(3)为了体现两铅柱端面的“粘连”效果，采用铁架台进行悬重实验。但其缺点1是悬重的悬挂点靠近铁架台的立杆，则悬重不足；缺点2是悬挂点离开立杆，悬挂砝码可以延伸至桌面外，但铁架台容易倾倒。

专利号为CN209087211U的《一种新型内聚力演示器》实用新型专利，解决了常规内聚力演示器的：其一，两铅柱贴合不紧密、错位、安全，演示实验成功率不高；其二，成功粘连的铅柱所钩钓砝码的重量过小，让学生质疑两端面的“粘连”是大气压的作用；其三，改进型内聚力演示器，用力过猛造成铅柱变形，零件过多，收纳等问题。其操作简单、方便收纳、安全性高；挤压后的铅柱形成整体错位较小，所悬挂重物超过目前实验的产品，实验成功率高；适合学生做分组实验。

但还存在下列问题，旋转把手挤压铅柱时容易用力过猛，造成铅柱变形，对于第一次实验者没有经验可循；其次，演示悬重时，悬挂砝码重量较大时，要一人扶住铁架台控制其不要倾倒；其三，铁架台、砝码与一体式内聚力演示器难以收纳一体，也不便于携带；其四，无法知道挤压器挤压力多大；其五，外挂测力计测量悬重。

基于上述一系列的问题，遂有以下技术方案的产生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种一体化数显内聚力演示仪，本装置在普通内聚力演示仪的基础上配合数显弹簧电阻尺、悬重演示架，并使之融为一体，整个装置体积小便于携带防器件丢失，易于推广。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种一体化数显内聚力演示仪，所述演示仪包括挤压器、削铅器、数显弹簧电阻尺以及转动挂架，其中，

所述数显弹簧电阻尺包括单片机组件和弹簧电阻尺，所述挤压器包括圆柱形主腔体、上下铅柱以及两个半圆套组件，所述圆柱形主腔体上方空心圆柱内设有内牙螺母、带柄螺栓杆以及封板，所述内牙螺母用螺母固定在空心圆柱内，所述圆柱形主腔体底部嵌设有弹簧电阻尺，所述圆柱形主腔体内置有单片机组件，所述削铅器包括削铅刀以及带螺纹的铅柱套，所述铅柱套通过螺栓连接在圆柱形主腔体的开口处，所述转动挂架包括转动挂架轴和转动挂架挂钩，所述转动挂架轴连接在弹簧电阻尺上，所述转动挂架挂钩悬重物体。

进一步的，所述半圆套组件包括上部的小圆柱、C形半圆套以及扳动杆，所述C形半圆套与圆柱形主腔体组成同心圆。

进一步的，所述上下铅柱包括铝合金防变形柱以及浇灌在一起的铅柱，所述铝合金防变形柱开设有挂绳孔和摆动杆插孔，所述挂绳孔与摆动杆插孔的穿心孔相互垂直。

进一步的，所述削铅刀由刀架和刀片组成，所述刀架中心设有凸型刚体，所述凸型刚体用于嵌入铅柱套的凹槽内。

进一步的，所述弹簧电阻尺包括上盖板、强力弹簧、推动杆、直滑式电位器以及下底板，所述下底板固定设在封板上，所述上盖板与转动挂架轴进行连接。

进一步的，所述单片机组件由USB锂电池充电模块、单片机、OLED显示屏、记录按钮、校准按钮、三极管以及蜂鸣器组成。

进一步的，所述USB锂电池充电模块外设有单片机电源端、OLED显示屏电源端，所述单片机、OLED显示屏分别通过单片机电源端和OLED电源端与USB锂电池充电模块相连。

进一步的，所述校准按钮与蜂鸣器、记录按钮以及直滑式电位器相连，所述单片机通过信号线与OLED显示屏、直滑式电位器的动端相连。

进一步的，所述蜂鸣器上设有驱动三极管，所述三极管上设有基极、集电极，所述单片机的控制角与蜂鸣器的驱动三极管基极连接，所述单片机与记录按钮和校准按钮连接。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

1、本实用新型的弹簧电阻尺可以缓冲挤压器对铅柱的压力，防止铅柱变形；强力弹簧和直滑式电位器连接作为线性良好的测力传感器；

2、本实用新型的数显弹簧电阻尺，通过数显监控挤压器对铅柱面压力的大小防止铅柱面变形，测量铅端面悬重并可以记录铅柱面突然脱离时的受力值；解决了数显测力与演示架分开、体积大、不方便携带等问题；

3、本实用新型增加内聚力实验项目，研究不同挤压力下错开相同铅端面悬挂重量；研究在一定挤压力下，铅端面错开不同角度的悬挂重量，并将观察铅端面的毛糙程度；

4、本装置在普通内聚力演示仪的基础上配合数显弹簧电阻尺、悬重演示架，并使之融为一体，整个装置体积小便于携带防器件丢失，易于推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一体式数显内聚力演示仪的结构示意图；

图2是演示仪当中上下铅柱的组合结构示意图；

图3是演示仪当中半圆套组件的结构示意图；

图4是演示仪当中弹簧电阻尺的结构示意图；

图5是演示仪当中数显弹簧电阻尺的结构示意图；

图6是一体式数显内聚力演示仪的电路结构示意图；

图7是演示仪当中削铅刀的组成结构示意图，

图中：1挤压器；1-1圆柱形主腔体；1-2内牙螺母螺母；1-3带柄螺栓杆；1-4封板；2空心圆柱；3削铅器；3-1刀片；3-2刀架；3-3铅柱套；4半圆套组件；4-1C形半圆套；4-2小圆柱；4-3扳动杆；5上下铅柱；5-1铝合金防变形柱；5-2摆动杆插孔；5-3挂绳孔；6数显弹簧电阻尺组件；7弹簧电阻尺；7-1强力弹簧；7-2直滑式电位器；7-3电位器动端；7-4推动杆；7-5上盖板；7-6下底板；8单片机组件；8-1USB锂电池充电模块；8-2单片机；8-3OLED显示屏；8-4蜂鸣器；8-5三极管；8-6记录按钮；8-7校准按钮；9转动挂架；10转动挂架挂钩

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

本实用新型提供了一种一体化数显内聚力演示仪。下面将结合图1～图7对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图1～图7所示，为了解决旋转把手挤压铅柱时容易用力过猛，造成铅柱变形，对于第一次实验者没有经验可循；其次，演示悬重时，悬挂砝码重量较大时，要一人扶住铁架台控制其不要倾倒；其三，铁架台、砝码与一体式内聚力演示器难以收纳一体，也不便于携带；其四，无法知道挤压器挤压力多大；其五，外挂测力计测量悬重的技术问题，如图1所示，本实用新型提出一种一体化数显内聚力演示仪，所述演示仪包括挤压器1、削铅器3、数显弹簧电阻尺6以及转动挂架9，其中，

所述数显弹簧电阻尺6包括单片机组件8和弹簧电阻尺7，所述挤压器1包括圆柱形主腔体1-1、上下铅柱5以及两个半圆套组件4，所述圆柱形主腔体1-1上方空心圆柱2内设有内牙螺母1-2、带柄螺栓杆1-3以及封板1-4，所述内牙螺母1-2用螺母固定在空心圆柱2内，所述圆柱形主腔体1-1底部嵌设有弹簧电阻尺7，所述圆柱形主腔体1-1内置有单片机组件8，所述削铅器3包括削铅刀以及带螺纹的铅柱套3-3，所述铅柱套3-3通过螺栓连接在圆柱形主腔体1-1的开口处，所述转动挂架9包括转动挂架轴和转动挂架挂钩10，所述转动挂架轴连接在弹簧电阻尺7上，所述转动挂架挂钩10悬重物体。

优选的，所述半圆套组件4包括上部的小圆柱4-2、C形半圆套4-1以及扳动杆4-3，所述C形半圆套4-1与圆柱形主腔体1-1组成同心圆。

优选的，所述上下铅柱5包括铝合金防变形柱5-1以及浇灌在一起的铅柱，所述铝合金防变形柱5-1开设有挂绳孔5-3和摆动杆插孔5-2，所述挂绳孔5-3与摆动杆插孔5-2的穿心孔相互垂直。

优选的，所述削铅刀由刀架3-2和刀片3-1组成，所述刀架3-2中心设有凸型刚体，所述凸型刚体用于嵌入铅柱套3-3的凹槽内。

优选的，所述弹簧电阻尺7包括上盖板7-5、强力弹簧7-1、推动杆7-4、直滑式电位器7-2以及下底板7-6，所述下底板7-6固定设在封板1-4上，所述上盖板7-5与转动挂架轴进行连接。

优选的，所述单片机组件8由USB锂电池充电模块8-1、单片机8-2、OLED显示屏8-3、记录按钮8-6、校准按钮8-7、三极管8-5以及蜂鸣器8-4组成。

优选的，所述USB锂电池充电模块8-1外设有单片机8-2电源端、OLED显示屏8-3电源端，所述单片机8-2、OLED显示屏8-3分别通过单片机电源端和OLED电源端与USB锂电池充电模块8-1相连。

优选的，所述校准按钮8-7与蜂鸣器8-4、记录按钮8-6以及直滑式电位器7-2相连，所述单片机8-2通过信号线与OLED显示屏8-3、直滑式电位器7-2的电位器动端7-3相连。

优选的，所述蜂鸣器8-4上设有三极管8-5，所述三极管8-5上设有基极、集电极，所述单片机8-2的控制角与蜂鸣器8-4的三极管8-5基极连接，所述单片机8-2与记录按钮8-6和校准按钮8-7连接

为了更好地解释上述演示仪的工作原理，以下将对演示仪中的重要模块或者部件进行详细的讲解。

首先是数显弹簧电阻尺6的工作原理：它的组成结构是由弹簧电阻尺组件7和单片机组件8构成。弹簧电阻尺组件7由强力弹簧7-1和直滑式电位器7-2组成；单片机组件8由USB锂电池充电模块8-1、单片机8-2、OLED显示屏8-3、记录按钮8-6、校准按钮8-7、三极管8-5、蜂鸣器8-4等组成，组成之间的具体连接关系是USB锂电池充电模块8-1输出5V电源，5V电源与单片机8-2电源端、OLED显示屏8-3电源端、直滑式电位器7-2，蜂鸣器8-4、记录按钮8-6和校准按钮8-7连接。单片机8-2的I2C信号线与OLED显示屏8-3的I2C信号线连接；单片机ADC信号线与直滑式电位器7-2的电位器动端7-3连接；单片机8-2控制脚与蜂鸣器8-4的三极管8-5基极连接，三极管8-5基极连接的集电极与蜂鸣器8-4连接；单片机8-2与记录按钮8-6、校准按钮8-7连接。

其中，USB锂电池充电模块8-1通过USB口与外部5V电源连接，5V电源向内置锂电池充电，USB锂电池充电模块8-1向单片机组件8提供不小于0.5A的5V电源。

单片机8-2作为控制的核心元件内部写入控制程序，利于单片机8-2的ADC功能，获取直滑式电位器7-2中电位器动端7-3的模拟电压值，通过程序换算将力的大小显示在OLED显示屏8-3上。当挤压器1压力或悬重达到一定程度时，通过记录按钮8-6记录弹簧电阻尺7的数值；但悬重超过铅端面所能够承受的悬重铅端面脱离时，单片机8-2可记录本次实验的最大悬重；当挤压器1的压力超过单片机8-2程序所设置的最大值时，蜂鸣器8-4报警提示操作者停止挤压器1的操作，防止上下铅柱5变形。

弹簧电阻尺7是一种强力弹簧7-1与直滑式电位器7-2组成的联动器件。利用“胡克定律：弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力F和弹簧的伸长量(或压缩量)x成正比，即F＝-k·x。k是物质的弹性系数，它由材料的性质所决定，负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。”；直滑式电位器7-2其电位器动端7-3的阻值与距离端点的距离成线性关系，将强力弹簧7-1的长度变化通过推动杆7-4与电位器动端7-3连接，则在弹性范围内直滑式电位器7-2电阻的阻值与强力弹簧长度7-1的变化的大小成线性关系。

上述部件的安装和使用过程中包括：

1.“粘连”铅端面：

1.1清洁上下铅柱5的端面。转动与弹簧电阻尺7组件上盖板7-5的转动挂架9，将上下铅柱5端面放入挤压器1底部的削铅器3内，使刀片3-1的刀刃顶触上下铅柱5端面表面，两手按压并向相反方向旋转1-2周，即刮削出崭新的上下铅柱5端面。

1.2校准数显弹簧电阻尺6。打开数显弹簧电阻尺6电源开关，按下校准按钮8-7至OLED显示屏8-3显示为0。

1.3放置上下铅柱5。将两铅柱扳动杆5-2插孔对准两C形半圆套4-1上的扳动杆4-3，分别放置在C形半圆套4-1内。使两铅柱、挤压器1、两C半圆套4-1与圆柱形主腔体1-1组成同心圆；转动半圆套组件4的扳动杆4-3，使两铅柱的圆心在用一条直线上。

1.4挤压铅柱。通过内牙螺母1-2的螺母顺时针旋动带柄螺栓杆1-3的旋转把手，挤压C形半圆套4-1上的小圆柱4-2，使两铅柱5的刮削面表面压紧，旋动转柄至OLED显示屏8-3显示10KG时，停止挤压。扳动两扳动杆4-3使两铅柱相对旋转10°-80°。

2.悬重实验

2.1取出“粘连”后的两铅柱。将带柄螺栓杆1-3向逆时针方向旋转，直到能够取下被压紧的两铅柱。

2.2悬重。将转动挂架9转动至削铅器3的底部，铅柱的挂绳挂在转动挂架9的转动挂架挂钩10上，向下慢慢拉动下方挂绳，观察OLED显示屏8-3的数值，记录数值；或继续施加更大的力直到两铅块脱离，数显弹簧电阻尺6会自动记录铅柱脱离时瞬间的拉力值，则完成悬重实验。

3.携带：

关闭单片机组件8的电源开关。将两铅柱放入半圆套组件4内，再将放有铅柱的半圆套组件4放置在挤压器1的圆柱形主腔体1-1内，使它们在一条直线上。旋动带柄螺栓杆1-3轻压小圆柱4-2，直至两半圆套组件4对圆柱形主腔体1-1下方的封板1-4有一定的压力，轻摆带铅柱的半圆套组件4，确认半圆套组件4已经紧固在圆柱形主腔体1-1上。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应当涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种一体化数显内聚力演示仪，其特征在于：所述演示仪包括挤压器、削铅器、数显弹簧电阻尺以及转动挂架，其中，

所述数显弹簧电阻尺包括单片机组件和弹簧电阻尺，所述挤压器包括圆柱形主腔体、上下铅柱以及两个半圆套组件，所述圆柱形主腔体上方空心圆柱内设有内牙螺母、带柄螺栓杆以及封板，所述内牙螺母用螺母固定在空心圆柱内，所述圆柱形主腔体底部嵌设有弹簧电阻尺，所述圆柱形主腔体内置有单片机组件，所述削铅器包括削铅刀以及带螺纹的铅柱套，所述铅柱套通过螺栓连接在圆柱形主腔体的开口处，所述转动挂架包括转动挂架轴和转动挂架挂钩，所述转动挂架轴连接在弹簧电阻尺上，所述转动挂架挂钩悬重物体。

2.如权利要求1所述的一体化数显内聚力演示仪，其特征在于：所述半圆套组件包括上部的小圆柱、C形半圆套以及扳动杆，所述C形半圆套与圆柱形主腔体组成同心圆。

3.如权利要求1所述的一体化数显内聚力演示仪，其特征在于：所述上下铅柱包括铝合金防变形柱以及浇灌在一起的铅柱，所述铝合金防变形柱开设有挂绳孔和摆动杆插孔，所述挂绳孔与摆动杆插孔的穿心孔相互垂直。

4.如权利要求1所述的一体化数显内聚力演示仪，其特征在于：所述削铅刀由刀架和刀片组成，所述刀架中心设有凸型刚体，所述凸型刚体用于嵌入铅柱套的凹槽内。

5.如权利要求1所述的一体化数显内聚力演示仪，其特征在于：所述弹簧电阻尺包括上盖板、强力弹簧、推动杆、直滑式电位器以及下底板，所述下底板固定设在封板上，所述上盖板与转动挂架轴进行连接。

6.如权利要求1所述的一体化数显内聚力演示仪，其特征在于：所述单片机组件由USB锂电池充电模块、单片机、OLED显示屏、记录按钮、校准按钮、三极管以及蜂鸣器组成。

7.如权利要求6所述的一体化数显内聚力演示仪，其特征在于：所述USB锂电池充电模块外设有单片机电源端、OLED显示屏电源端，所述单片机、OLED显示屏分别通过单片机电源端和OLED电源端与USB锂电池充电模块相连。

8.如权利要求6所述的一体化数显内聚力演示仪，其特征在于：所述校准按钮与蜂鸣器、记录按钮以及直滑式电位器相连，所述单片机通过信号线与OLED显示屏、直滑式电位器的动端相连。

9.如权利要求6所述的一体化数显内聚力演示仪，其特征在于：所述蜂鸣器上设有驱动三极管，所述三极管上设有基极、集电极，所述单片机的控制角与蜂鸣器的驱动三极管基极连接，所述单片机与记录按钮和校准按钮连接。

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