CN215179398U

CN215179398U - 一种液体密度测量实验装置

Info

Publication number: CN215179398U
Application number: CN202121336863.8U
Authority: CN
Inventors: 吕俊; 屠佳佳; 虞佳佳; 刘哲纬; 张永超; 代红艳; 吴子云; 颜建军; 方建华; 胡维庆; 张索
Original assignee: Zhejiang Institute of Mechanical and Electrical Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Dishi Information Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2021-06-16
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2031-06-16

Abstract

本实用新型公开了一种液体密度测量实验装置，包括底板，所述底板的顶部一侧安装有型材架，所述型材架上安装有电动滑动模组平台，所述电动滑动模组平台上通过支架固定有液面检测传感器，所述液面检测传感器的正下方设置有标准液体容器，所述标准液体容器设置在称重传感器的顶部，所述称重传感器固定在底板的顶部一侧，所述底板的顶部另一侧安装有中控箱，所述中控箱的外壁嵌入安装有液晶显示屏，所述液晶显示屏的下方安装有按键开关，所述中控箱的底部内壁安装有直流电源。本实用新型结构新颖，构思巧妙，可大大提高学生学习的积极性，以及深入掌握密度测试装置的结构设计、硬件搭建与软件编程等，提升综合能力。

Description

一种液体密度测量实验装置

技术领域

本实用新型涉及教学实验设备技术领域，具体为一种液体密度测量实验装置及方法。

背景技术

密度是对特定体积内的质量的度量，密度等于物体的质量除以体积，可以用符号ρ表示，国际单位制和中国法定计量单位中，密度的单位为千克每立方米，符号是kg/m³。

密度对于生产生活来说是一个重要参数，是分辨和认识物质的重要环节。在教育教学中，培养学生设计、搭建与控制密度测量实验装置的能力，有助于提高其学习积极性和综合能力。然而，目前的学校实验室针对密度测量的实验仪器少之又少，仅有的也是观察测量结果，简单操作而已，无法让学生参与设计、安装、调试、测试等全过程，远远达不到学生综合能力的培养。因此，设计一种液体密度测量实验装置及方法是很有必要的。

实用新型内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本实用新型提供一种液体密度测量实验装置及方法，本实用新型结构新颖，构思巧妙，可大大提高学生学习的积极性，以及深入掌握密度测试装置的结构设计、硬件搭建与软件编程等，提升综合能力。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种液体密度测量实验装置，包括底板，所述底板的顶部一侧安装有型材架，所述型材架上安装有电动滑动模组平台，所述电动滑动模组平台上通过支架固定有液面检测传感器，所述液面检测传感器的正下方设置有标准液体容器，所述标准液体容器设置在称重传感器的顶部，所述称重传感器固定在底板的顶部一侧，所述底板的顶部另一侧安装有中控箱，所述中控箱的外壁嵌入安装有液晶显示屏，所述液晶显示屏的下方安装有按键开关，所述中控箱的底部内壁安装有直流电源，所述中控箱的顶部内壁安装有控制电路板，所述电路板上安装有处理器和存储器。

优选的，所述处理器采用STC89C51芯片，所述称重传感器采用单点式平衡梁式称重传感器。

优选的，所述电动滑动模组平台包括步进电机、减速器、丝杠滑台底座、滚珠丝杆和滑块，所述杠滑台底座固定在型材架上，所述杠滑台底座的内部转动连接有滚珠丝杆，所述滚珠丝杆与固定在杠滑台底座外壁上的减速器驱动连接，所述减速器的输入端上安装有步进电机，所述杠滑台底座上滑动有与滚珠丝杆啮合连接的滑块，所述滑块上通过支架固定有液面检测传感器。

优选的，所述杠滑台底座的两侧对称安装有限位开关。

优选的，所述步进电机为42型步进电机，所述限位开关为SN04-N型接近开关。

优选的，所述支架的顶部固定有定位环，所述定位环套接固定在液面检测传感器上，所述定位环的一侧旋接固定有定位螺钉。

优选的，所述型材架由竖铝制型材和横铝制型材通过角铁固定成型。

本实用新型的有益效果为：

1、根据密度测量原理，设计了液体密度自动测量实验装置，主要由型材、嵌入式模块、限位开关、按键开关、称重传感器、液面检测传感器、液晶显示器和步进电机等组成，实现了一键自动测量和重复测量，而且测量精度高，在结构上具有创新性；

2、该液体密度自动测量实验装置利用型材搭建机构方便，学生能够全程参与从装置设计--机构搭建--程序编写--装置调试--实验分析的全过程，有助于培养学生的设计、思考、动手、分析等综合能力；

3、该装置涉及专业面宽、成本低，能够在综合性实验室项目中进行推广应用。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型整体平面结构示意图；

图2是本实用新型电动滑动模组平台平面结构示意图；

图3是本实用新型中控箱剖视平面结构示意图；

图中标号：1、底板；2、型材架；3、竖铝制型材；4、液面检测传感器；5、横铝制型材；6、定位环；7、定位螺钉；8、电动滑动模组平台；9、角铁；10、支架；11、中控箱；12、液晶显示屏；13、按键开关；14、步进电机；15、减速器；16、丝杠滑台底座；17、滚珠丝杆；18、滑块；19、限位开关；20、电路板；21、处理器；22、存储器；23、称重传感器；24、标准液体容器；25、直流电源。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。

由图1-3给出，本实用新型提供如下技术方案：一种液体密度测量实验装置，包括底板1，底板1的顶部一侧安装有型材架2，型材架2上安装有电动滑动模组平台8，电动滑动模组平台8上通过支架10固定有液面检测传感器4，利用红外光学原理，将检测的液位、液面信号通过光学信号传递，转换为电信号输出，再通过传感器电路采集的电压信号进行判别液位情况，价格低，检测灵敏度高、性价比高，液面检测传感器4的正下方设置有标准液体容器24，标准液体容器24设置在称重传感器23的顶部，称重传感器23固定在底板1的顶部一侧，底板1的顶部另一侧安装有中控箱11，中控箱11的外壁嵌入安装有液晶显示屏12，液晶显示屏12的下方安装有按键开关13，中控箱11的底部内壁安装有直流电源25，中控箱11的顶部内壁安装有控制电路板20，电路板20上安装有处理器21和存储器22。

优选的，处理器21采用STC89C51芯片，称重传感器23采用单点式平衡梁式称重传感器，接线方式为四线制，红：电源+，黑：电源-，绿：输出信号+，白：输出信号-，驱动电压为5-15V，受力变化直接输出为1-5V电压信号，量程范围0-2kg，误差小于0.1g，使用简单，传感器一端通过螺丝孔固定，另一端保持悬空状态。

优选的，电动滑动模组平台8包括步进电机14、减速器15、丝杠滑台底座16、滚珠丝杆17和滑块18，杠滑台底座16固定在型材架2上，杠滑台底座16的内部转动连接有滚珠丝杆17，滚珠丝杆17与固定在杠滑台底座16外壁上的减速器15驱动连接，减速器15的输入端上安装有步进电机14，杠滑台底座16上滑动有与滚珠丝杆17啮合连接的滑块18，滑块18上通过支架10固定有液面检测传感器4，步进电机14工作，通过减速器15驱动滚珠丝杆17旋转，从而带动滑块18在丝杠滑台底座16的内部上下滑动，具有高精度、可逆性、摩擦阻力小和高效率的特点，有助于提高标准液体容器24内液体体积测量的准确性，最终提高密度测量精度。

优选的，杠滑台底座16的两侧对称安装有限位开关19，当滑块18运行到限位开关19附近时，限位开关19感应到滑块18后，输出信号给处理器21，然后处理器21控制步进电机14停止运行，达到限位的目的，可有效防止产生碰撞损坏设备。

优选的，步进电机14为42型步进电机，由于每步的精度在3～5%，而且不会将上一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性，可以保证液位测量的精度和准确性，性价比非常高，限位开关19为SN04-N型接近开关，三线制NPN常闭型，工作电压10-30V，工作电流300mA，感应距离4mm，外壳防水防火。

优选的，支架10的顶部固定有定位环6，定位环6套接固定在液面检测传感器4上，定位环6的一侧旋接固定有定位螺钉7，液面检测传感器4通过定位螺钉7固定在定位环6的内部，安装拆卸方便。

优选的，型材架2由竖铝制型材3和横铝制型材5通过角铁9固定成型，安装方便，结构设计灵活，且外观易清洁、耐污不褪色，具有耐摔防潮耐腐蚀等特点，可重复使用，符合实验室教学需求。

液体密度测量的实验方法，包括如下步骤：

步骤S1、先将未装任何液体的标准液体容器放置在称重传感器上，称出其质量，记为m1；

步骤S2、然后用尺子量取标准液体容器底部至液面检测传感器之间的高度，记为h1；

步骤S3、接着取下称重传感器上的标准液体容器倒入500ml纯净水，再放回称重传感器上，此时测得标准液体容器和纯净水总质量为m2，再控制液面检测传感器向下运行至水面，测得运行高度为h2，测量完成后液面检测传感器自动恢复到原高度，准备下一次测量；

步骤S4、处理器将根据步骤S3计算纯净水的质量m=m2-m1，液面高度h=h1-h2，可得体积v=s（h1-h2），其中s为容器底面积，已知，然后根据公式ρ=m/v，计算纯净水密度，并将测得纯净水质量、高度、密度值显示在液晶显示器上，学生可查表对照当前温度下纯净水的密度参照值与计算所得的密度，也可将查表所得密度数据录入至存储器中，测量完成后自行对比，并判断输出是何种液体；

步骤S5、测量其他液体时，重复步骤S1、步骤S2、步骤S3和步骤S4即可。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种液体密度测量实验装置，包括底板（1），其特征在于：所述底板（1）的顶部一侧安装有型材架（2），所述型材架（2）上安装有电动滑动模组平台（8），所述电动滑动模组平台（8）上通过支架（10）固定有液面检测传感器（4），所述液面检测传感器（4）的正下方设置有标准液体容器（24），所述标准液体容器（24）设置在称重传感器（23）的顶部，所述称重传感器（23）固定在底板（1）的顶部一侧，所述底板（1）的顶部另一侧安装有中控箱（11），所述中控箱（11）的外壁嵌入安装有液晶显示屏（12），所述液晶显示屏（12）的下方安装有按键开关（13），所述中控箱（11）的底部内壁安装有直流电源（25），所述中控箱（11）的顶部内壁安装有控制电路板（20），所述电路板（20）上安装有处理器（21）和存储器（22）。

2.根据权利要求1所述的一种液体密度测量实验装置，其特征在于：所述处理器（21）采用STC89C51芯片，所述称重传感器（23）采用单点式平衡梁式称重传感器。

3.根据权利要求1所述的一种液体密度测量实验装置，其特征在于：所述电动滑动模组平台（8）包括步进电机（14）、减速器（15）、丝杠滑台底座（16）、滚珠丝杆（17）和滑块（18），所述杠滑台底座（16）固定在型材架（2）上，所述杠滑台底座（16）的内部转动连接有滚珠丝杆（17），所述滚珠丝杆（17）与固定在杠滑台底座（16）外壁上的减速器（15）驱动连接，所述减速器（15）的输入端上安装有步进电机（14），所述杠滑台底座（16）上滑动有与滚珠丝杆（17）啮合连接的滑块（18），所述滑块（18）上通过支架（10）固定有液面检测传感器（4）。

4.根据权利要求3所述的一种液体密度测量实验装置，其特征在于：所述杠滑台底座（16）的两侧对称安装有限位开关（19）。

5.根据权利要求4所述的一种液体密度测量实验装置，其特征在于：所述步进电机（14）为42型步进电机，所述限位开关（19）为SN04-N型接近开关。

6.根据权利要求3所述的一种液体密度测量实验装置，其特征在于：所述支架（10）的顶部固定有定位环（6），所述定位环（6）套接固定在液面检测传感器（4）上，所述定位环（6）的一侧旋接固定有定位螺钉（7）。

7.根据权利要求1所述的一种液体密度测量实验装置，其特征在于：所述型材架（2）由竖铝制型材（3）和横铝制型材（5）通过角铁（9）固定成型。