CN2723989Y - 碰撞冲击指示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种碰撞冲击指示器，适用于货物在搬运、运输过程中的监控，感应并记录所受到的碰撞冲击。本实用新型提供一种利用冲击力克服液体粘度和张力、突破液气界面而实现的碰撞冲击指示器。本实用新型包括外管，外管内一端设有或不设有内管，内管或外管一端设有指示溶液。本实用新型外管或内管中所盛的液体在预定或超过预定冲击力的作用下，克服液体粘度和张力，突破液气界面进入显示区，指示所受到的冲击力或碰撞，本实用新型结构简单，成本低，易于在货物运输过程中普及运用。本实用新型适用于在较宽温度范围内使用。

Description

碰撞冲击指示器

技术领域

本实用新型涉及一种碰撞冲击指示器，适用于货物在搬运、运输过程中的监控，感应并记录所受到的碰撞冲击。

背景技术

随着商品流通的增加，特别是对外贸易的加大，在装卸运输过程中物品由于碰撞冲击、跌落等引起的货物损坏增多。货物到达目的地后，每个货物都拆箱检查，工作量很大。因此，寻找一种简单的能够显示、指示货物受到过碰撞冲击的方法很有必要。这方面国外开展了较多的工作，国内还未见任何报道。从发表的文献和专利上看，大部分技术和专利如美国专利：5323729和6633454结构都很复杂，不经济，在货物运输过程中难于普及运用。美国专利4125085、4068613和4177751有一定的参考价值，但这三份专利都有较大的缺陷：1)理论上行不通，利用冲击力使液体只克服界面张力不能明确指示物体受到碰撞冲击力的大小，在这类指示器碰撞冲击原理中，液体的粘度起了关键性作用；2)液体介质不适合较宽温度范围内的指示作用。他们利用的是乙二醇系列的液体，而乙二醇系列的水溶液在不同温度时，其粘度变化很大，只能适用于温度变化不大的条件下使用，如果指示器标定的冲击力的使用温度与实际应用温度相差较大，则指示器指示的受到冲击力大小偏差较大。

发明内容

本实用新型提供一种利用冲击力克服液体粘度和张力、突破液气界面而实现的碰撞冲击指示器。

本实用新型的技术解决方案是：一种碰撞冲击指示器，包括外管，外管两端设有密封端口，外管内一端设有或不设有内管，内管一端与外管相通，内管或外管一端设有指示溶液，指示溶液中含有显色物质或与外管中液体或固体进行显色反应的物质A，外管另一端为指示观察区，其中装入气体或含有与指示溶液中的物质A进行显色反应的物质B的液体或管壁上附着与指示溶液中的物质A进行显色反应的物质C的固体层，外管内两端液体之间设有气体分隔区，气体与液体之间为气液界面。

所述的指示溶液在管内壁的润湿角大于90°。

所述的指示溶液的凝固点为0～-50℃。

外管中的气体是空气或其他气体。

所述的指示溶液中含有的显色物质为浓度＜10％的水或醇可溶性的色素、染料或指示剂。

内管中指示溶液所含物质A与外管中液体所含物质B进行络合反应、酸碱反应或氧化还原反应，物质A或B之一是络合指示剂、酸碱指示剂或氧化还原指示剂，指示溶液的粘度系数小于外管中液体的粘度系数。

内管中指示溶液所含物质A与外管壁上附着的固体C进行络合反应、酸碱反应、或氧化还原反应，物质A或C之一是络合指示剂、酸碱指示剂或氧化还原指示剂。

所述的内管和外管为玻璃管、透明硬质塑料管。

本实用新型外管或内管中所盛的液体在预定或超过预定冲击力的作用下，克服液体粘度和张力，突破液气界面进入显示区，如果飞出的液体是带颜色的，直接指示所受到的冲击力或碰撞，或者飞出的无色液体或有色液体在显示区内与显示区内原有的液体反应或者与显示区管壁上的固体物质反应而指示受到过的冲击或碰撞。本实用新型结构简单，成本低，易于在货物运输过程中普及运用。碰撞冲击指示器承受的最小冲击加速度不但与液体张力有关而且与液体粘度有关。如果液体性质一定和盛液体的内管的内表面性质一定，取不同的内管直径制成的指示器可以指示货物所受到的不同碰撞冲击力。或者保持内管直径一定，取不同张力和粘度的液体也可以指示不同的碰撞冲击力。由于不同溶液的粘度在不同温度下，其值大小不同，本实用新型采用的氯化物指示溶液在指示器经常使用的-30℃～70℃范围温度内粘度变化绝对值较小，可以在较宽温度范围内使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构示意图。

图2为本实用新型实施例2结构示意图。

图3为本实用新型实施例3结构示意图。

图4为本实用新型实施例4结构示意图。

图5为沸点为34℃、76℃、130℃、175℃、215℃的不同有机氟化物、水和50％浓度的乙二醇溶液粘度系数-温度曲线图。

图6为50％重量含量的乙二醇溶液和氯化钙溶液粘度系数-温度曲线图。

图7为本实用新型应用实例1～3冲击实验结果图。

图8为本实用新型应用实例4～5冲击实验结果图。

具体实施方式

实施例1：

碰撞冲击指示器的结构如图1所示，包括外管1，外管1两端设有密封端口2、外管1内一端设有内管5，内管5一端与外管1相通，所述的内管5和外管1为玻璃管、透明硬质塑料管。内管5中设有指示溶液6，外管1另一端为指示观察区3，其中设有空气或氮气、氩气等，内管5中液体6与外管1中气体之间为气液界面4，内管5中的指示溶液6包括低凝固点的溶液如5％～50％氯化钠或氯化钙、低沸点有机氟化物、10～70％多元醇类如乙二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇等和显色物质构成。指示溶液6中的显色物质可以是浓度＜10％的水或醇可溶性的色素(如胭脂红、大红等)、指示剂(如酸碱指示剂甲基橙、络合指示剂铬黑T、氧化还原指示剂二苯胺磺酸钠等)或染料(如藏红T等)。内管5中的指示溶液6在预定或超过预定冲击力的作用下，部分或全部液体克服粘度和张力，突破液气界面4飞入外管1中的指示观察区3，使观察区3呈现液体的颜色(如红色)。因此，当指示观察区3变成预定的颜色(如红色)，表示指示器受到过超过预定冲击力的作用。

实施例2

碰撞冲击指示器的结构如图2所示，包括外管1，外管1两端设有密封端口2、外管1内一端设有内管5，内管5一端与外管1相通，内管5内设有含有A物质的指示溶液6，外管1一端为指示观察区3，其中设有含有B物质的液体，内管5与外管1中液体之间设有气体分隔区8，内管5中液体与气体分隔区8之间为气液界面4，由于外管1内含有B物质的40％的氯化钙溶液的粘度比内管5中含有A物质的30％的氯化钙溶液的粘度大，且两液体被气体8分隔，不受到外力时，两液体是分离的，在外力的作用下，内管5中的指示溶液6克服粘度和张力的作用，突破液气界面4进入外管1中，两种液体中的A、B物质发生显色反应，对于内管液体中A物质与外管液体中B物质的显色反应有几种：1)酸碱指示，如内管中A物质为HCl，酸度：PH＜1，外管中B物质为甲基橙，内管5中指示溶液6进入外管1后，液体颜色由橙黄色变为红色。2)络合反应，如内管5中的A物质为Ca²⁺，外管1中B物质为铬黑T(EBT，PH＝10)，内管5中指示溶液6进入外管1后，EBT与Ca²⁺发生络合反应，液体颜色由蓝色变为红色。3)氧化还原反应，如内管5中的A物质为Ce⁴⁺，外管1中B物质为二苯胺磺酸钠，内管5中指示溶液6进入外管1后，二苯胺磺酸钠被Ce⁴⁺还原，液体颜色由无色变为紫红色。使观察区3显预定颜色，表示指示器受到过预定或超过预定的冲击力的作用。

实施例3

这类碰撞冲击指示器的结构如图3所示，包括外管1，外管1两端设有密封端口2、外管1内一端设有内管5，内管5一端与外管1相通，内管5内设有含有A物质的指示溶液6，外管1另一端为指示观察区3，外管1壁上设有固体C物质层7，内管5中液体与外管1中气体之间为气液界面4。在外力的作用下，内管5中的指示溶液6克服粘度和张力的作用，突破液气界面4进入外管1中，外管1壁上的固体物质C与指示溶液6中的物质A发生显色反应，对于内管5中A物质与外管1中固体C物质的显色反应有几种：1)酸碱指示，如内管5中A物质为HCl，酸度：PH＜1，外管1中固体物质C为甲基橙，内管5中指示溶液6进入外管1后液体颜色由橙黄色变为红色。2)络合反应，如内管5中的A物质为Fe³⁺，外管1中固体物质C为KSCN，内管5中指示溶液6进入外管1后，SCN^-与Fe³⁺发生络合反应，液体颜色变为红色。3)氧化还原反应，如内管5中的A物质为Ce⁴⁺，外管1中固体物质C为二苯胺磺酸钠，内管5中指示溶液6进入外管1后，二苯胺磺酸钠被Ce⁴⁺还原，液体颜色变为紫红色。使观察区3显预定颜色，表示指示器受到过预定或超过预定的冲击力的作用。

实施例4

碰撞冲击指示器的结构如图4所示，包括外管1，外管1两端设有密封端口2，指示溶液6装入外管1一端，外管1另一端为指示观察区3，其中装入气体或与指示溶液6进行显色反应的液体或管壁上附着与指示溶液6进行显色反应的固体7，气体与液体之间为气液界面4，外管1内两端液体之间设有气体分隔区8。外管1中一端的指示溶液6在预定或超过预定冲击力的作用下，部分或全部液体克服粘度和张力，突破液气界面4飞入外管1另一端的指示观察区3，其作用过程与实施例1～3相同，表示指示器受到过预定或超过预定的冲击力的作用。

如图4所示，在冲击力的作用下，液体要飞出，必须克服液体粘度和张力，即下式成立：

            mA＝F_张+F_粘          (1)

式1中m为飞出的液体质量(m＝πr²lρ，l是飞出的液柱长度，ρ是液体比重，πr²是液柱截面积)，A是指示器所受到的最小冲击加速度，F_张是张力，其表达式为：

          F_张＝πr²ΔP＝πr²2ν/R    (2)

式2中ΔP＝2ν/R是液气界面处液体内外压力差，ν是张力系数，R＝r/cosα(见图4)，因为本实用新型的外管或内管内壁经过处理其润湿角大于90℃，所以α小于90℃。对于特定体积的液体飞出，由于粘度产生的阻力F_粘可以由下式表达：

             F_粘＝kη               (3)

式3中k是一常数，η是液体粘度系数。把式2和3及m＝πr²lρ代入式1，整理得：

$A=\frac{2\mathrm{\ν}\cos \mathrm{\α}}{\mathrm{l\ρr}}+\frac{\mathrm{k\η}}{r^2\mathrm{\ρ}2\mathrm{\πl}}---\left(4\right)$

如果冲击加速度以重力加速度g为单位，则上式变为：

$A=\frac{2\mathrm{\ν}\cos \mathrm{\α}}{\mathrm{l\ρrg}}+\frac{\mathrm{k\η}}{r^2\mathrm{\ρ}2\mathrm{\πlg}}=\frac{K_1}{r}+\frac{K_2}{r^2}---\left(5\right)$

其中K₁＝2νcosα/lρg，K₂＝kη/lρg2π。由此可见，指示器能承受的最小冲击加速度不但与液体张力有关，而且液体粘度影响严重，这是本发明与其它专利(美国专利：4125085、4068613和4177751)的根本区别之处。

由式5可见，如果液体性质一定、盛液体的内管的内表面性质一定，取不同的内管直径制成的指示器可以指示货物所受到过的不同碰撞冲击力。或者保持内管直径一定，取不同张力和粘度的液体也可以指示不同的碰撞冲击力。这是本发明的理论依据所在。

由于不同溶液的粘度在不同温度下其值大小不同，图5和6显示了不同沸点的有机氟化物、水、50％浓度的乙二醇和CaCl₂溶液在不同温度下的粘度系数，由图5可见，低沸点的有机氟化物，如沸点为76℃的有机氟化物，在指示器经常使用的范围(负30℃到70℃)内粘度的变化(绝对值)较小，只有0.85cSi，而乙二醇溶液的粘度则变化了近40cSi。由式5可见，乙二醇溶液或高沸点的有机氟化物溶液制成的指示器只能在较窄温度范围内使用，即在天气温度变化不大的地区使用，如果温度变化大，则误差大。而较低沸点的有机氟化物和CaCl₂溶液(其粘度随温度的变化见图6)能在较宽温度范围内使用。

下面是部分应用举例。

例1-3

例1-3用低冰点的乙二醇水溶液注入指示器内管5，显色物质用大红或胭脂红色素，1公斤指示溶液中各成分列于表1，指示溶液装入不同半径的碰撞冲击指示器，进行冲击实验，指示器显色，测量冲击力大小，结果见图7。图7中■点、○点、▲点分别代表例1、2和3的实测数据，连线为各应用实例实验数据用式5拟合的曲线。该类指示剂可以适用于温度变化不大的条件下。

          表1  应用实例1、2和3所用溶液组成

	乙二醇(g)	水(g)	色素(g)	相对粘度	液体冰点(℃)
						例1	418	582	(胭脂红)87	2.8	-25
例2	456	544	(大红)54	3.2	-31
						例3	557	443	(大红)44	4.5	-44

例4和5

例4和5用低冰点的氯化钙水溶液注入指示器内管5，显色物质用硫氰络铁或藏红T，1公斤指示溶液中各成分列于表2，指示溶液装入不同半径的碰撞冲击指示器，进行冲击实验，指示器显色，测量冲击力大小，结果见图8。图8中■点、○点分别代表例4和5的实测数据，连线为各应用实例实验数据用式5拟合的曲线。该类指示剂适用于不同温度(-35℃到70℃)条件下。

              表2  应用实例4和5所用溶液组成

	氯化钙(g)	水(g)	色素(g)	相对粘度	液体冰点(℃)
						例4	300	700	(硫氰酸钾)7(三氯化铁)3	3.4	-39
例5	326	674	(藏红T)67	4.1	-40

Claims (8)

1、一种碰撞冲击指示器，包括外管(1)，外管两端设有密封端口(2)，其特征在于：外管(1)内一端设有或不设有内管(5)，内管(5)一端与外管(1)相通，内管(5)或外管(1)一端设有指示溶液(6)，指示溶液(6)中含有显色物质或与外管中液体或固体进行显色反应的物质A，外管(1)另一端为指示观察区(3)，其中装入气体或含有与指示溶液中的物质A进行显色反应的物质B的液体或管壁上附着与指示溶液中的物质A进行显色反应的物质C的固体层(7)，外管(1)内两端液体之间设有气体分隔区(8)，气体与液体之间为气液界面(4)。

2、如权利要求1所述的碰撞冲击指示器，其特征在于：所述的指示溶液(6)在管内壁的润湿角大于90°。

3、如权利要求1或2所述的碰撞冲击指示器，其特征在于：所述的指示溶液(6)的凝固点为0～-50℃。

4、如权利要求1所述的碰撞冲击指示器，其特征在于：外管(1)中的气体是空气或其他气体。

5、如权利要求1所述的碰撞冲击指示器，其特征在于：所述的指示溶液(6)中含有的显色物质为浓度＜10％的水或醇可溶性的色素、染料或指示剂。

6、如权利要求1所述的碰撞冲击指示器，其特征在于：内管(5)中指示溶液(6)所含物质A与外管(1)中液体所含物质B进行络合反应、酸碱反应或氧化还原反应，物质A或B之一是络合指示剂、酸碱指示剂或氧化还原指示剂，指示溶液(8)的粘度系数小于外管(1)中液体的粘度系数。

7、如权利要求1所述的碰撞冲击指示器，其特征在于：内管(5)中指示溶液(6)所含物质A与外管(1)壁上附着的固体C进行络合反应、酸碱反应、或氧化还原反应，物质A或C之一是络合指示剂、酸碱指示剂或氧化还原指示剂。

8、如权利要求1所述的碰撞冲击指示器，其特征在于：所述的内管(5)和外管(1)为玻璃管、透明硬质塑料管。

Images