[发明专利]一种测空气相对压力系数的自动实验与分析装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量技术，特别是一种测空气相对压力系数的自动实验与分析装置。

背景技术

用传感器测空气相对压力系数是大学物理大纲给定的实验，涉及学校和专业相当广。现有实验操作方法使用几十年，基本上通过手工操作来完成实验过程，如图1所示。实验方法是先完成压差传感器的定标，确定扩散硅压阻式传感器压差为零时的输出电压Uo和线性比例系数Kp。结合图9，缓慢转动三通活塞，使差压传感器的C扣与B管相通而A泡断开，这时C通大气。将塑料管G接在接头H上使D口与机械泵相连。将四位半数字电压表接在差压传感器的的输出端3和4上。启动机械泵，从D口抽气。待真空表指针偏转到760mm刻度附近不动时，此时D口气压可视为零，压差⊿P＝Pc，差压传感器的输出电压为Um。然后停止机械泵，从接头H上拔去塑料管G，使D口也通大气。此时⊿P0＝0，数字电压表的读数为U0。然后测量压力传感器信号随温度变换的关系。缓慢转动三通活塞使C口与A泡相通。记录室温下的铜丝电压值Ut和压差传感器的输出电压值Up，调节恒流源对铜丝加热，记录温度升高过程中铜丝电压值Ut和压差传感器的输出电压值Up之间的关系(Ut，Up)。从而绘出反应空气相对压力系数的Ut-Up关系曲线。

以上操作基本上通过手工方式完成实验操作和测量，其存在问题是多次重复操作效率低且容易出错；采用手动调节恒流源对铜丝加热来进行温度控制，这种控温方法，由于采用开环方式控制精度低，无法保证气泡内温度的热平衡；加热时需要使用搅拌器手动进行搅拌，控制好热平衡，以保证读数准确，如果局部升温很快，会导致Ut和Up不断变换，无法记录数据。数据采集与分析由人工完成，操作周期长，效率低，出现问题需要事后处理，实验过程数据不能实时采集、处理、分析和显示，整个实验过程远远落后于现代实验方法和测量技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测空气相对压力系数的自动实验与分析装置，该装置能够自动进行气路切换、测温控温、判定实验状态并完成温度和压力数据采集和分析，可大大提高实验过程的自动化程度和实验数据准确性，简化了操作，显示直观，提高了实验效果。

一种测空气相对压力系数的自动实验与分析装置，包括烧杯、电机、搅拌叶片、气泡、加热棒组件、测温模块、电磁换向阀、压力检测装置、压力检测模块、电磁铁驱动单元、机械泵驱动单元、机械泵、PWM控制单元、搅拌电机驱动单元、MCU单元；其中搅拌叶片设置于盛有液体的烧杯中且通过电机、搅拌电机驱动单元驱动旋转，气泡设置于烧杯内切通过输出管道与电磁换向阀第一端口连接，加热棒组件设置于烧杯内，测温模块分为两路，其中一路为设置于烧杯内的温度计且另一路与加热棒组件连接，压力检测装置与电磁换向阀第二端口连接，压力检测模块与压力检测装置连接，电磁铁驱动单元与电磁换向阀的电磁线圈连接，机械泵与电磁换向阀第三端口连接，机械泵驱动单元与机械泵连接，PWM控制单元与加热棒组件连接，MCU单元分别与测温模块、压力检测模块、电磁铁驱动单元、机械泵驱动单元、PWM控制单元、搅拌电机驱动单元连接；所述电磁换向阀在电磁铁驱动单元的作用下具有两个工作位，其中第一工作位时机械泵与压力检测装置联通，第二工作位时气泡与压力检测装置联通。

采用上述装置，装置还包括与MCU单元连接的声光报警单元、LCD显示单元、USB驱动单元、键盘。

本发明现有技术相比，具有以下优点：

(1)本发明测温模块和压力检测装置，可同步自动完成压力-温度数据的测量，而无需进行手工调节；利用MCU单元对测温模块反馈的温度数据进行分析和处理，然后通过PWM驱动单元对加热棒组件进行闭环控制，对烧杯内水的温度控制更加准确。

(2)本发明通过加热棒组件与测温模块连接，能有效监控温度防止电热丝干烧；利用LCD显示屏能及时显示温度等数据；利用USB驱动单元能实现与上位机的通信，由上位机对其进行控制并对采集数据进行分析处理；利用声光报警器对异常工作装置进行报警提示；利用键盘输入实验参数控制实验的过程。

(3)本发明测空气相对压力系数的自动实验与分析装置能准确、有序地自动进行实验操作并完成数据采集、分析和显示，提高了对温度控制的精度，实验过程更加方便，操作更加简单，极大地提高了实验效率；且由于实验测试任务自动化进行，可以提高实验的准确性，将实验人员从繁琐的工作中解脱出来投入更多精力对实验结果进行分析和研究；保障了每次实验结果和执行内容的一致性，从而达到了实验的可重复性和准确性。

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

附图说明