CN212275511U - 一种液体表面张力系数自动测量仪 - Google Patents

Abstract

一种液体表面张力系数自动测量仪。其包括硅力敏传感器、铝制吊环、双层容器、托盘、升降柱、升降柱外壳、防转螺钉、圆盘、立柱、箱体、底座、调平地脚、中控箱、笔记本电脑、联轴器外壳、联轴器、电机外壳、上部深沟油轴承、滚珠丝杠、丝杠螺母、推力球轴承套、推力球轴承、下部深沟油轴承和电机；本实用新型效果：升降柱升降稳定且匀速，拉膜过程明显，精准度高；测试全程实时显示受力曲线，可通过曲线反应铝制吊环受力的微平衡过程，并可通过分析曲线采集点自动选点计算结果，还可与公认值比对进行误差分析；采用双层水浴加热方式进行调温，方便、省时且稳定；中控箱的升降按钮设置多个速度，有利于操作，可提高效率。

Description

一种液体表面张力系数自动测量仪

技术领域

本实用新型属于力学测试装置技术领域，特别是涉及一种液体表面张力系数自动测量仪。

背景技术

目前实验室常用的FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪构造简易、功能单一，存在控速不匀、读数不精准等问题，导致出现拉膜质量差、所测结果误差大、重复性差和定律验证困难等问题，进而使学生难以观察到标准的拉膜现象，无法理解拉膜过程中力的微平衡变化，也不能精准地认识和掌握物理定律。同时，该仪器仅能测试常温下液体的表面张力系数，无法探究温度对液体表面张力的影响，在一定程度上使得该实验与实际中液体物理性质的关联度差。

为使学生能更加清晰地了解拉脱法的本质、更加精准地认识表面张力定律、更多方位地探寻不同因素对表面张力系数的影响规律，急需制造一台新型仪器来改良现有装置的弊病，这对于提升大学物理实验层次与高度，并进一步增强学生的认知水平和动手能力，以及提升教师的技术水平都具有重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种液体表面张力系数自动测量仪。

为了达到上述目的，本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪包括硅力敏传感器、铝制吊环、双层容器、托盘、升降柱、升降柱外壳、防转螺钉、圆盘、立柱、箱体、底座、调平地脚、中控箱、笔记本电脑、联轴器外壳、联轴器、电机外壳、上部深沟油轴承、滚珠丝杠、丝杠螺母、推力球轴承套、推力球轴承、下部深沟油轴承和电机；其中，所述的底座水平设置，并且底面四角处分别安装一个调平地脚；箱体的下端固定在底座的表面边缘；电机的下端固定在底座的表面中部，输出轴向上延伸且通过联轴器与升降柱的下端相连接；升降柱的上端连接在滚珠丝杠的下端；推力球轴承套、推力球轴承和下部深沟油轴承的中心孔套在升降柱的中部外周面上；升降柱外壳、联轴器外壳和电机外壳分别设置在滚珠丝杠下部及升降柱、联轴器和电机的外侧且上下端依次相连，其中升降柱外壳的圆周面中部沿垂直方向形成有两个对称的条形槽；丝杠螺母的中心孔螺纹连接在滚珠丝杠上，同时外周面固定在升降柱外壳的内周面上；每个防转螺钉的中部贯穿设置在一个条形槽内；每个上部深沟油轴承的中心孔套在一个防转螺钉上与条形槽相对应的部位；圆盘的中心孔套在升降柱外壳的下部外圆周面上；多根立柱间隔距离设置，上下端分别连接在圆盘的底面和底座的表面；托盘的底面中部固定在滚珠丝杠的上端；双层容器放置在托盘上，其中外层容器内安装有加热电阻环并填充有水，内层容器内设有微型温度传感器并用于盛放待测液体；硅力敏传感器安装在箱体的顶面中部；铝制吊环的上端挂在硅力敏传感器上，下端位于双层容器的正上方；中控箱的操作面上设有温度控制器、数显单片机及多个控制按钮，内部安装有220交流转24V直流的电源、运动控制器、电机驱动器、固态继电器、放大电路模块在内的组件；数显单片机通过电机驱动器及运动控制器与电机电连接，用于驱动及控制电机的转动，通过温度控制器与双层容器上的加热电阻环及微型温度传感器电连接，用于对待测液体进行加热和控温，通过放大电路模块与硅力敏传感器电连接，用于采集硅力敏传感器的脉冲信号，同时与笔记本电脑电连接。

所述的硅力敏传感器的型号为JH-2肌张力传感器，购自上海弘仁科教器械设备有限公司。

所述的温度控制器和数显单片机的型号分别为XH-W3002、STM32F103，均购自野火旗舰店。

所述的中控箱内的220交流转24V直流的电源的型号为S-250-24，运动控制器的型号为BE-1105，电机驱动器的型号为3ND833，固态继电器的型号为CDG1-1DD10A，放大电路模块的型号为AD620，均来自淘宝采购。

所述的电机采用型号为KSM5776TSJ03的步进电机，购自普菲德家居专营店。

所述的多个控制按钮分别为快升按钮、快降按钮、慢升按钮、慢降按钮、测试按钮、停止按钮及急停按钮。

本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪具有如下效果：

1、本仪器上的升降柱升降稳定且匀速，拉膜过程明显，精准度高；

2、本仪器测试全程实时显示受力曲线，可通过曲线反应铝制吊环受力的微平衡过程，并可通过分析曲线采集点自动选点计算结果，还可与公认值比对进行误差分析；

3、本仪器采用双层水浴加热方式进行调温，方便、省时且稳定；

4、本仪器上中控箱的升降按钮设置多个速度，有利于操作，可提高效率。

附图说明

图1是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪整体结构示意图；

图2是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中箱体内部件结构示意图；

图3是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中壳体内部件结构示意图；

图4是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中升降柱结构示意图；

图5是从另一角度观察时本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中升降柱结构示意图；

图6是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中升降柱导轨外壳结构示意图；

图7是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中防转螺钉结构示意图；

图8是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中底座结构示意图；

图9是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中联轴器外壳结构示意图；

图10是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中电机外壳结构示意图；

图11是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中滚珠丝杠结构示意图；

图12是本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪中滚珠丝杠螺母结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型。

如图1至图12所示，本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪包括硅力敏传感器1、铝制吊环2、双层容器3、托盘4、升降柱5、升降柱外壳6、防转螺钉7、圆盘8、立柱9、箱体10、底座11、调平地脚12、中控箱13、笔记本电脑17、联轴器外壳18、联轴器19、电机外壳20、上部深沟油轴承22、滚珠丝杠23、丝杠螺母24、推力球轴承套25、推力球轴承26、下部深沟油轴承27和电机28；其中，所述的底座11水平设置，并且底面四角处分别安装一个调平地脚12；箱体10的下端固定在底座11的表面边缘；电机28的下端固定在底座11的表面中部，输出轴向上延伸且通过联轴器19与升降柱5的下端相连接；升降柱5的上端连接在滚珠丝杠23的下端；推力球轴承套25、推力球轴承26和下部深沟油轴承27的中心孔套在升降柱5的中部外周面上；升降柱外壳6、联轴器外壳18和电机外壳20分别设置在滚珠丝杠23下部及升降柱5、联轴器19和电机28的外侧且上下端依次相连，其中升降柱外壳6的圆周面中部沿垂直方向形成有两个对称的条形槽21；丝杠螺母24的中心孔螺纹连接在滚珠丝杠23上，同时外周面固定在升降柱外壳6的内周面上；每个防转螺钉7的中部贯穿设置在一个条形槽21内；每个上部深沟油轴承22的中心孔套在一个防转螺钉7上与条形槽21相对应的部位；圆盘8的中心孔套在升降柱外壳6的下部外圆周面上；多根立柱9间隔距离设置，上下端分别连接在圆盘8的底面和底座11的表面；托盘4的底面中部固定在滚珠丝杠23的上端；双层容器3放置在托盘4上，其中外层容器内安装有加热电阻环并填充有水，内层容器内设有微型温度传感器并用于盛放待测液体；硅力敏传感器1安装在箱体10的顶面中部；铝制吊环2的上端挂在硅力敏传感器1上，下端位于双层容器3的正上方；中控箱13的操作面上设有温度控制器14、数显单片机15及多个控制按钮16，内部安装有220交流转24V直流的电源、运动控制器、电机驱动器、固态继电器、放大电路模块在内的组件；数显单片机15通过电机驱动器及运动控制器与电机28电连接，用于驱动及控制电机28的转动，通过温度控制器14与双层容器3上的加热电阻环及微型温度传感器电连接，用于对待测液体进行加热和控温，通过放大电路模块与硅力敏传感器1电连接，用于采集硅力敏传感器1的脉冲信号，同时与笔记本电脑17电连接。

所述的硅力敏传感器1的型号为JH-2肌张力传感器，购自上海弘仁科教器械设备有限公司。

所述的温度控制器14和数显单片机15的型号分别为XH-W3002、STM32F103，均购自野火旗舰店。

所述的中控箱13内的220交流转24V直流的电源的型号为S-250-24，运动控制器的型号为BE-1105，电机驱动器的型号为3ND833，固态继电器的型号为CDG1-1DD10A，放大电路模块的型号为AD620，均来自淘宝采购。

所述的电机28采用型号为KSM5776TSJ03的步进电机，购自普菲德家居专营店。

所述的多个控制按钮16分别为快升按钮(50mm/min)、快降按钮(50mm/min)、慢升按钮(15mm/min)、慢降按钮(15mm/min)、测试按钮(5-10mm/min)、停止按钮及急停按钮，方便不同用途的操作。

现将本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪的工作原理阐述如下：

当需要利用本实用新型提供的液体表面张力系数自动测量仪进行待测液体的表面张力系数测试时，首先：

1)由实验人员接通本液体表面张力系数自动测量仪的电源，进行预热，检查电源、中控箱13与笔记本电脑17间的连接是否正常；

2)将水平仪放置到托盘4上，利用调平地脚12调整本测量仪上箱体10的四角，直至本测量仪水平；

3)将双层容器3、铝制吊环2等与待测液体接触的物件放入酒精中进行超声清洗；

4)将洗净的双层容器3、铝制吊环2控干，然后手动粗调铝制吊环2的水平度，使得铝制吊环2的下端与桌面接触时目视无倾斜；

5)将待测液体加入到双层容器3上内层容器的内部至指定刻度，在外层容器内加水，然后一起放置到托盘4上，同时将铝制吊环2的上端挂到硅力敏传感器1的挂钩上；

6)测前调试：点击控制按钮16上的快升按钮，在数显单片机15的控制下，通过电机驱动器及运动控制器使电机28旋转，由此带动联轴器19、升降柱5、滚珠丝杠23、托盘4及双层容器3一起转动而上升，在此过程中，防转螺钉7可防止升降柱5产生偏斜；在双层容器3内待测液体的液面即将与铝制吊环2接触时，按下慢升按钮使得铝制吊环2微微浸入液面。然后点击笔记本电脑17显示屏上的测试键和数据采集键，此后铝制吊环2将被缓慢拉出液面，同时显示屏上将实时绘制出受力曲线。在铝制吊环2和液面间的液膜被拉断的瞬间，显示屏上曲线将出现断崖式下降。在此过程中，观察显示屏上显示的曲线是否平稳上升，是否出现屈服阶段，同时观察液膜被拉断后的铝制吊环2是否出现轻微摇晃。若无屈服阶段且摇晃严重，继续调节铝制吊环2的水平度使上述现象都达标；若有屈服阶段且液膜拉断后铝制吊环2不明显摇晃，则直接进行正式测试。

7)正式测试：在笔记本电脑17上设置不同的测试温度，然后在数显单片机15的控制下通过温度控制器14使双层容器3上的加热电阻环加热，并由微型温度传感器将检测到的待测液体温度传送给数显单片机15，数显单片机15再传送给笔记本电脑17。待测试温度稳定后，数显单片机15通过放大电路模块采集硅力敏传感器1的脉冲信号，然后再传送给笔记本电脑17，每隔两分钟测试一次数据，连续测量五次，最后由笔记本电脑17记录上述数据、计算出表面张力系数平均值并与公认值进行比对，以评估测试的精准度。

8)如实验过程中出现异常情况，迅速按下急停按钮；

9)测量完毕后，点击快降按钮使电机28反转，直到托盘4复位，按下停止按钮，取下双层3容器和铝制吊环2并利用超声清洗仪洗净晾干，备用。

Claims (6)

1.一种液体表面张力系数自动测量仪，其特征在于：所述的液体表面张力系数自动测量仪包括硅力敏传感器(1)、铝制吊环(2)、双层容器(3)、托盘(4)、升降柱(5)、升降柱外壳(6)、防转螺钉(7)、圆盘(8)、立柱(9)、箱体(10)、底座(11)、调平地脚(12)、中控箱(13)、笔记本电脑(17)、联轴器外壳(18)、联轴器(19)、电机外壳(20)、上部深沟油轴承(22)、滚珠丝杠(23)、丝杠螺母(24)、推力球轴承套(25)、推力球轴承(26)、下部深沟油轴承(27)和电机(28)；其中，所述的底座(11)水平设置，并且底面四角处分别安装一个调平地脚(12)；箱体(10)的下端固定在底座(11)的表面边缘；电机(28)的下端固定在底座(11)的表面中部，输出轴向上延伸且通过联轴器(19)与升降柱(5)的下端相连接；升降柱(5)的上端连接在滚珠丝杠(23)的下端；推力球轴承套(25)、推力球轴承(26)和下部深沟油轴承(27)的中心孔套在升降柱(5)的中部外周面上；升降柱外壳(6)、联轴器外壳(18)和电机外壳(20)分别设置在滚珠丝杠(23)下部及升降柱(5)、联轴器(19)和电机(28)的外侧且上下端依次相连，其中升降柱外壳(6)的圆周面中部沿垂直方向形成有两个对称的条形槽(21)；丝杠螺母(24)的中心孔螺纹连接在滚珠丝杠(23)上，同时外周面固定在升降柱外壳(6)的内周面上；每个防转螺钉(7)的中部贯穿设置在一个条形槽(21)内；每个上部深沟油轴承(22)的中心孔套在一个防转螺钉(7)上与条形槽(21)相对应的部位；圆盘(8)的中心孔套在升降柱外壳(6)的下部外圆周面上；多根立柱(9)间隔距离设置，上下端分别连接在圆盘(8)的底面和底座(11)的表面；托盘(4)的底面中部固定在滚珠丝杠(23)的上端；双层容器(3)放置在托盘(4)上，其中外层容器内安装有加热电阻环并填充有水，内层容器内设有微型温度传感器并用于盛放待测液体；硅力敏传感器(1)安装在箱体(10)的顶面中部；铝制吊环(2)的上端挂在硅力敏传感器(1)上，下端位于双层容器(3)的正上方；中控箱(13)的操作面上设有温度控制器(14)、数显单片机(15)及多个控制按钮(16)，内部安装有220交流转24V直流的电源、运动控制器、电机驱动器、固态继电器、放大电路模块在内的组件；数显单片机(15)通过电机驱动器及运动控制器与电机(28)电连接，用于驱动及控制电机(28)的转动，通过温度控制器(14)与双层容器(3)上的加热电阻环及微型温度传感器电连接，用于对待测液体进行加热和控温，通过放大电路模块与硅力敏传感器(1)电连接，用于采集硅力敏传感器(1)的脉冲信号，同时与笔记本电脑(17)电连接。

2.根据权利要求1所述的液体表面张力系数自动测量仪，其特征在于：所述的硅力敏传感器(1)的型号为JH-2肌张力传感器。

3.根据权利要求1所述的液体表面张力系数自动测量仪，其特征在于：所述的温度控制器(14)和数显单片机(15)的型号分别为XH-W3002、STM32F103。

4.根据权利要求1所述的液体表面张力系数自动测量仪，其特征在于：所述的中控箱(13)内的220交流转24V直流的电源的型号为S-250-24，运动控制器的型号为BE-1105，电机驱动器的型号为3ND833，固态继电器的型号为CDG1-1DD10A，放大电路模块的型号为AD620。

5.根据权利要求1所述的液体表面张力系数自动测量仪，其特征在于：所述的电机(28)采用型号为KSM5776TSJ03的步进电机。

6.根据权利要求1所述的液体表面张力系数自动测量仪，其特征在于：所述的多个控制按钮(16)分别为快升按钮、快降按钮、慢升按钮、慢降按钮、测试按钮、停止按钮及急停按钮。

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