CN111402688A - 一种多功能的物理气体做功实验器材 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能的物理气体做功实验器材，包括箱体，箱体内设置有实验面板；所述实验面板上设置有透明玻璃瓶以及电性连接的触碰屏、压力表、温度传感器、气泵、PLC控制器和电源模块，其中所述透明玻璃瓶的瓶口处配备有瓶塞，透明玻璃瓶的瓶身上开设有三个通气口，三个通气口分别通过管道与压力表、温度传感器和气泵连接，其中气泵用于向透明玻璃瓶内泵入空气，温度传感器用于监测透明玻璃瓶内的温度，压力表用于监测透明玻璃瓶内的压力。本发明通过设置透明玻璃瓶、触碰屏、压力表、温度传感器、气泵、PLC控制器和电源模块，能够有效展示压力与温度之间的物理关系，有助于学员对物理学知识进行掌握，同时整个操控过程中方便快捷。

Description

一种多功能的物理气体做功实验器材

技术领域

本发明涉及教学设施领域，具体是一种多功能的物理气体做功实验器材。

背景技术

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。

在物理学教学过程中，会经常使用到一些辅助器材以加强学员对于知识点的理解，但是现有的实验器材大多功能较为单一，操作起来存在诸多不便，有必要进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能的物理气体做功实验器材，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多功能的物理气体做功实验器材，包括箱体，箱体内设置有实验面板；所述实验面板上设置有透明玻璃瓶以及电性连接的触碰屏、压力表、温度传感器、气泵、PLC控制器和电源模块，其中所述透明玻璃瓶的瓶口处配备有瓶塞，透明玻璃瓶的瓶身上开设有三个通气口，三个通气口分别通过管道与压力表、温度传感器和气泵连接，其中气泵用于向透明玻璃瓶内泵入空气，温度传感器用于监测透明玻璃瓶内的温度，压力表用于监测透明玻璃瓶内的压力。

在进一步的方案中：所述电源模块为可充电电池。

在进一步的方案中：所述箱体上还安装有用于控制电源模块启闭的控制开关。

在进一步的方案中：所述箱体由铝合金材料制作而成。

在进一步的方案中：所述箱体由两个开口相对的半壳体组成，两个所述半壳体的一侧通过限位铰链连接，另一侧通过锁合结构连接。

在进一步的方案中：所述箱体上安装有把手，把手转动连接在箱体的外壁上。

在进一步的方案中：所述箱体的底部外壁上还设置有软胶垫。

在进一步的方案中：所述气泵为微型卧式活塞电动泵，气泵与箱体的连接处设置有塑胶隔振层和海绵隔垫。

在进一步的方案中：所述压力表为防震压力表。

在进一步的方案中：所述透明玻璃瓶为加厚玻璃瓶，透明玻璃瓶与气泵的连接管路上安装有安全阀。

在进一步的方案中：所述瓶塞通过牵引绳与箱体的内壁连接。

在进一步的方案中：所述牵引绳由弹性材料制作而成。

在进一步的方案中：还包括蜂鸣报警器，蜂鸣报警器电性连接温度传感器和PLC控制器，当温度传感器监测到温度升高值大于预设值时，PLC控制器控制蜂鸣报警器发生报警信号，当温度传感器监测到温度升高值小于预设值或温度降低时，PLC控制器控制蜂鸣报警器保持关闭

在进一步的方案中：所述预设值为0.2℃。

相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明通过设置透明玻璃瓶、触碰屏、压力表、温度传感器、气泵、PLC控制器和电源模块，能够有效展示压力与温度之间的物理关系，有助于学员对物理学知识进行掌握，同时整个操控过程中方便快捷；通过设置报警器，能够进一步完善整体的功能，是学员对物理学现象进行直观了解；同时整体器材采用箱体式的设计，便携程度高，非常适合于差旅使用。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明的俯视结构示意图。

图3为本发明的侧视结构示意图。

图4为本发明箱体合起后的结构示意图。

图5为本发明蜂鸣报警器的工作原理图。

附图标记注释：1-触控屏、2-蜂鸣报警器、3-压力表、4-箱体、5-实验面板、6-透明玻璃瓶、7-温度传感器、8-可充电电源、9-控制开关、10-限位铰链、11-把手、12-瓶塞、121-牵引绳、13-气泵、14-PLC控制器、15-半壳体。

具体实施方式

以下实施例会结合附图对本发明进行详述，在附图或说明中，相似或相同的部分使用相同的标号，并且在实际应用中，各部件的形状、厚度或高度可扩大或缩小。本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何显而易知的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。

实施例1

请参阅图1～5，本发明实施例中，一种多功能的物理气体做功实验器材，包括箱体4，箱体4内设置有实验面板5；所述实验面板5上设置有透明玻璃瓶6以及电性连接的触碰屏1、压力表3、温度传感器7、气泵13、PLC控制器14和电源模块，其中所述透明玻璃瓶6的瓶口处配备有瓶塞12，透明玻璃瓶6的瓶身上开设有三个通气口，三个通气口分别通过管道与压力表3、温度传感器7和气泵13连接，其中气泵13用于向透明玻璃瓶6内泵入空气，温度传感器7用于监测透明玻璃瓶6内的温度，压力表3用于监测透明玻璃瓶6内的压力，使用过程中，瓶塞12对透明玻璃瓶6的瓶口进行封闭，由触控屏1进行气泵13的启闭操作，气泵13运行时向透明玻璃瓶6内泵入空气使得透明玻璃瓶6内的压力增大从而将瓶塞12顶开，此过程中，压力表3和温度传感器7可以监测到透明玻璃瓶6内的压力变化以及温度变化，而温度传感器7所监测的温度变化可以被绘制成曲线从而在触碰屏1上进行显示，以使学员可以清楚的观察到瓶盖12被顶开前后透明玻璃瓶6内温度的变化情况，从而了解相关的物理学原理。

所述电源模块的具体结构不加限定，本实施例中，所述电源模块为可充电电池8，实验操作环境适宜性强，无须额外采购电池。

进一步的，所述箱体4上还安装有用于控制电源模块启闭的控制开关9。

所述箱体4的具体材质和结构不加限定，本实施例中，所述箱体4由铝合金材料制作而成，携带起来更为轻便；所述箱体4由两个开口相对的半壳体15组成，两个所述半壳体15的一侧通过限位铰链10连接，另一侧通过锁合结构连接，方便进行启闭，限位铰链10能够确保箱体在打开90°后不会后仰和关闭。

进一步的，所述箱体4上安装有把手11，把手11转动连接在箱体4的外壁上，使得整体装置在收叠起来以后便于携带。

进一步的，所述箱体4的底部外壁上还设置有软胶垫，确保提放过程不会伤到箱体且不会产生噪音。

为保证气体输送系统的稳定性，本实施例中，所述气泵13为微型卧式活塞电动泵，气泵13与箱体4的连接处设置有塑胶隔振层和海绵隔垫，可以大大降低气泵13运行过程中产生的振动，保证气流接口的牢固性。

所述压力表3为防震压力表，在具体实施过程中，压力表3的量程可根据试验压力进行定制。

为提高使用的安全性，本实施例中，所述透明玻璃瓶6为加厚玻璃瓶，保证实验过程不会出现爆瓶意外，透明玻璃瓶6与气泵13的连接管路上安装有安全阀，当出现意外无法顶开瓶塞12时，压力持续升高会启动安全阀泄压，避免透明玻璃瓶6内的压力过大导致安全事故的发生。

为避免瓶塞12这种小部件的丢失，本实施例中，所述瓶塞12通过牵引绳121与箱体4的内壁连接，从而瓶塞12在顶开以后不会掉落至箱体4的外壁。

进一步的，所述牵引绳121由弹性材料制作而成，这样瓶塞12在被顶出后有足够的缓冲，避免长期使用起来牵引绳121与箱体4的连接处出现松脱。

为更一步完善功能性，本实施例中，还包括蜂鸣报警器2，蜂鸣报警器2电性连接温度传感器7和PLC控制器14，当温度传感器7监测到温度升高值大于预设值时，PLC控制器14控制蜂鸣报警器2发生报警信号，当温度传感器7监测到温度升高值小于预设值或温度降低时，PLC控制器14控制蜂鸣报警器2保持关闭。

进一步的，所述预设值为0.2℃，设置为0.2℃而不是0.1℃是因为温度传感器7测量温度是有误差的，而且温度的下降过程很缓慢，当温度升到峰值后开始下降过程中，会存在某一个温度值反复出现的情况，例如温度开始从25℃下降，可能会在24.8℃时又显示24.9℃，温度越低，温度下降的速度越慢，这类现象越普遍，而将温度变化改为0.1摄氏度时，可能会在温度下降过程中，蜂鸣器报警器2也会启动报警，将温度变化改为0.2摄氏度后，该问题就被彻底解决，也就很完美的实现了该套仪器的作用，即整个实验过程温度升高过程蜂鸣报警器2启动报警，温度下降过程蜂鸣报警器2不启动。

总结来说，本实施例中，通过设置透明玻璃瓶6、触碰屏1、压力表3、温度传感器7、气泵13、PLC控制器14和电源模块，能够有效展示气体做功过程，有助于学员对物理学知识进行掌握，同时整个操控过程中方便快捷；通过设置蜂鸣报警器2，能够进一步完善整体的功能，是学员对物理学现象进行直观了解；同时整体器材采用箱体式的设计，便携程度高，非常适合于差旅使用。

实施例2

本发明实施例提供一种如实施例1所述的试验器材的使用方法，具体如下：

1）首先打开箱体4，通过控制铰链10将箱体控制成试验状态（张开90°固定），合闸控制开关9，这时触控屏1和PLC组运行；

2）将透明玻璃瓶6内喷入少量酒精或者清水，把瓶塞12塞好；

3）通过触控屏1控制启动气泵，这时会发现压力表3指针开始动作，指示示数越来越高，触控屏1显示温度逐渐升高，温度曲线开始向上生成波峰，蜂鸣报警器2蜂鸣声响起，报警灯光闪烁；等将透明玻璃瓶6塞顶出后，透明玻璃瓶66内和瓶口出现明显白雾，蜂鸣报警器2停止报警，压力表3指针回落指向0刻度，触控屏显示的温度逐渐下降，温度曲线完成波峰，开始逐渐的下降，直到与实验前的温度线一致，此时可以停止温度曲线的继续生成，以观察温度曲线；

4）将控制开关9断开，合并箱体4并锁好，实验完成。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种多功能的物理气体做功实验器材，包括箱体（4），箱体（4）内设置有实验面板（5）；其特征在于，所述实验面板（5）上设置有透明玻璃瓶（6）以及电性连接的触碰屏（1）、压力表（3）、温度传感器（7）、气泵（13）、PLC控制器（14）和电源模块，其中所述透明玻璃瓶（6）的瓶口处配备有瓶塞（12），透明玻璃瓶（6）的瓶身上开设有三个通气口，三个通气口分别通过管道与压力表（3）、温度传感器（7）和气泵（13）连接，其中气泵（13）用于向透明玻璃瓶（6）内泵入空气，温度传感器（7）用于监测透明玻璃瓶（6）内的温度，压力表（3）用于监测透明玻璃瓶（6）内的压力。

2.根据权利要求1所述的多功能的物理气体做功实验器材，其特征在于，所述箱体（4）上还安装有用于控制电源模块启闭的控制开关（9）。

3.根据权利要求1所述的多功能的物理气体做功实验器材，其特征在于，所述箱体（4）由两个开口相对的半壳体（15）组成，两个所述半壳体（15）的一侧通过限位铰链（10）连接，另一侧通过锁合结构连接。

4.根据权利要求1所述的多功能的物理气体做功实验器材，其特征在于，所述气泵（13）为微型卧式活塞电动泵，气泵（13）与箱体（4）的连接处设置有塑胶隔振层和海绵隔垫。

5.根据权利要求1所述的多功能的物理气体做功实验器材，其特征在于，所述压力表（3）为防震压力表。

6.根据权利要求1所述的多功能的物理气体做功实验器材，其特征在于，所述透明玻璃瓶（6）为加厚玻璃瓶，透明玻璃瓶（6）与气泵（13）的连接管路上安装有安全阀。

7.根据权利要求1所述的多功能的物理气体做功实验器材，其特征在于，所述瓶塞（12）通过牵引绳（121）与箱体（4）的内壁连接。

8.根据权利要求7所述的多功能的物理气体做功实验器材，其特征在于，所述牵引绳（121）由弹性材料制作而成。

9.根据权利要求1所述的多功能的物理气体做功实验器材，其特征在于，还包括蜂鸣报警器（2），蜂鸣报警器（2）电性连接温度传感器（7）和PLC控制器（14），当温度传感器（7）监测到温度升高值大于预设值时，PLC控制器（14）控制蜂鸣报警器（2）发生报警信号，当温度传感器（7）监测到温度升高值小于预设值或温度降低时，PLC控制器（14）控制蜂鸣报警器（2）保持关闭。

10.根据权利要求9所述的多功能的物理气体做功实验器材，其特征在于，所述预设值为0.2℃。

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