本發(fā)明涉及教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種描繪溫度場(chǎng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

傳熱學(xué)是研究溫差引起的熱量傳遞規(guī)律的科學(xué)，其中，溫差是熱傳遞的驅(qū)動(dòng)力，自然界和生產(chǎn)技術(shù)中到處存在著促使熱量傳遞的溫差，而溫度場(chǎng)的大小和方向，決定了熱傳遞速度的大小與方向。

但是，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一般都是通過數(shù)值模擬軟件來描繪溫度場(chǎng)分布。這種方式因無法滿足直接定量測(cè)量的要求，導(dǎo)致學(xué)生難以獲得直觀的感受，從而也無法獲得預(yù)期的教學(xué)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種直觀、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的描繪溫度場(chǎng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種描繪溫度場(chǎng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括水浴槽、記錄板、金屬板、加熱單元、探針、紅外溫度傳感器和支架，所述記錄板通過立柱設(shè)于所述水浴槽的上方，所述水浴槽的側(cè)壁內(nèi)具有空腔，所述水浴槽的上部和下部分別設(shè)有與所述空腔連通的出水口和進(jìn)水口，所述金屬板設(shè)于所述水浴槽的底部，且所述金屬板的邊緣插設(shè)在所述空腔中，所述金屬板的中心與所述加熱單元連接，所述支架設(shè)于所述水浴槽的外側(cè)，所述探針通過所述支架懸置于所述記錄板的上方，所述紅外溫度傳感器通過所述支架懸置于所述記錄板和所述金屬板之間，所述金屬板由熱傳導(dǎo)各向同性的金屬構(gòu)成。

其中，所述進(jìn)水口和所述出水口相對(duì)設(shè)置。

其中，所述加熱單元為插設(shè)在所述金屬板的中心的加熱棒。

其中，所述支架包括主架、第一橫桿和第二橫桿，所述第一橫桿的第一端與所述主架連接、第二端與所述探針連接，所述第二橫桿的第一端與所述主架連接、第二端與所述紅外溫度傳感器連接。

其中，所述主架的底部設(shè)有多個(gè)腳輪。

其中，所述第一橫桿和所述第二橫桿上沿長度方向均設(shè)有滑槽，所述主架上設(shè)有可滑動(dòng)的嵌設(shè)在相應(yīng)的所述滑槽中的滑塊，所述第一橫桿的第一端通過連接桿與所述第二橫桿的第一端連接。

其中，還包括具有顯示屏的控制臺(tái)，所述加熱單元和所述紅外溫度傳感器均與所述控制臺(tái)連接。

其中，還包括與所述控制臺(tái)連接的第一溫度傳感器，所述第一溫度傳感器用于檢測(cè)所述金屬板的中心的溫度。

其中，還包括分別與所述控制臺(tái)連接的水泵和第二溫度傳感器，所述進(jìn)水口通過所述水泵與水管連接，所述第二溫度傳感器設(shè)于所述空腔內(nèi)。

其中，所述控制臺(tái)上設(shè)有電源開關(guān)、參數(shù)減小鍵、參數(shù)增加鍵、參數(shù)設(shè)定鍵、控制選擇鍵、電源指示燈和加熱指示燈。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、操作便捷，通過利用加熱單元、在空腔中充注冷卻水就可使金屬板的中心和邊緣分別保持恒定的高溫和低溫，進(jìn)而就可在金屬板上形成恒定溫度場(chǎng)；然后，通過移動(dòng)支架來帶動(dòng)紅外溫度傳感器移動(dòng)，就可探測(cè)出金屬板上與所需溫度值相同的點(diǎn)，再通過按壓隨之同步移動(dòng)探針就可將該點(diǎn)標(biāo)記在記錄板上，進(jìn)而就可描繪出等溫線，從而整個(gè)過程既便于學(xué)生直接定量測(cè)量又直觀。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的一種描繪溫度場(chǎng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置的剖視圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的一種描繪溫度場(chǎng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置的正視圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的一種描繪溫度場(chǎng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置中支架的示意圖。

附圖標(biāo)記：

1、水浴槽；1-1、空腔；1-2、進(jìn)水口；1-3、出水口；

2、金屬板；3、加熱單元；4、記錄板；5、支架；

5-1、第一橫桿；5-2、第二橫桿；5-3、主架；5-4、滑槽；

5-5、連接桿；6、紅外溫度傳感器；7、探針；8、控制臺(tái)；

8-1、顯示屏。

具體實(shí)施方式

為使發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合發(fā)明中的附圖，對(duì)發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诎l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，術(shù)語“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在發(fā)明中的具體含義。

如圖1所示，本發(fā)明提供了本發(fā)明提供一種描繪溫度場(chǎng)分布的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括水浴槽1、記錄板4、金屬板2、加熱單元3、探針7、紅外溫度傳感器6和支架5，記錄板4通過立柱設(shè)于水浴槽1的上方，水浴槽1的側(cè)壁內(nèi)具有空腔1-1，水浴槽1的上部和下部分別設(shè)有與空腔1-1連通的出水口1-3和進(jìn)水口1-2，其中，進(jìn)水口1-2和出水口1-3相對(duì)設(shè)置，金屬板2設(shè)于水浴槽1的底部，且金屬板2的邊緣插設(shè)在空腔1-1中，金屬板2的中心與加熱單元3連接，其中，加熱單元3優(yōu)選為插設(shè)在金屬板2的中心的加熱棒，支架5設(shè)于水浴槽1的外側(cè)，探針7通過支架5懸置于記錄板4的上方，紅外溫度傳感器6通過支架5懸置于記錄板4和金屬板2之間，金屬板2由熱傳導(dǎo)各向同性的金屬構(gòu)成。

使用時(shí)，首先，在金屬板2上建立恒定的溫度場(chǎng)，具體地：啟動(dòng)加熱單元3對(duì)金屬板2的中心進(jìn)行加熱、以使金屬板2的中心保持恒定高溫，與此同時(shí)，通過進(jìn)水口1-2向空腔1-1中充注冷卻水，以對(duì)金屬板2的邊緣進(jìn)行冷卻，使其保持恒定的低溫；

然后，獲取與所需溫度值相同的點(diǎn)，具體地：通過手動(dòng)推動(dòng)支架5使紅外溫度傳感器6在金屬板2的上方緩慢移動(dòng)，當(dāng)紅外溫度傳感器6檢測(cè)到的溫度值等于所需溫度值時(shí)，按壓與紅外溫度傳感器6同步移動(dòng)的探針7，以將該點(diǎn)標(biāo)記在記錄板4上；接著繼續(xù)移動(dòng)支架5，重復(fù)上述過程直至記錄板4上打出一定數(shù)量的點(diǎn)；

最后，將記錄板4上的點(diǎn)依次連接，就可描繪出與所需溫度對(duì)應(yīng)的等溫線。

由此，實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生只需移動(dòng)支架5和按壓探針7就可獲取與所需溫度值相同的點(diǎn)，再將各個(gè)點(diǎn)依次連接就可描繪出等溫線，進(jìn)而就可獲取溫度場(chǎng)的分布，可見整個(gè)過程簡單、直觀、便于學(xué)生親自動(dòng)手直接定量測(cè)量，進(jìn)而可大大增加學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，顯著提高教學(xué)效果。

再結(jié)合圖3所示，支架5包括主架5-3、第一橫桿5-1和第二橫桿5-2，第一橫桿5-1的第一端與主架5-3連接、第二端與探針7連接，第二橫桿5-2的第一端與主架5-3連接、第二端與紅外溫度傳感器6連接。由此，當(dāng)移動(dòng)主架5-3時(shí)，第一橫桿5-1和第二橫桿5-2也會(huì)同步移動(dòng)，進(jìn)而探針7和紅外溫度傳感器6也會(huì)隨之水平移動(dòng)。優(yōu)選地，探針7和紅外溫度傳感器6位于同一豎直面。

進(jìn)一步地，主架5-3的底部設(shè)有多個(gè)腳輪、以減輕推動(dòng)阻力。

優(yōu)選地，考慮到主架5-3的質(zhì)量和體積均較大，不便于頻繁推動(dòng)，因此，第一橫桿5-1和第二橫桿5-2上沿長度方向均設(shè)有滑槽5-4，主架5-3上設(shè)有可滑動(dòng)的嵌設(shè)在相應(yīng)的滑槽5-4中的滑塊，第一橫桿5-1的第一端通過連接桿5-5與第二橫桿5-2的第一端連接。由此，當(dāng)要獲取與所需溫度值相同的點(diǎn)時(shí)，可直接推動(dòng)連接桿5-5，以使第一橫桿5-1和第二橫桿5-2相對(duì)主架5-3同步水平移動(dòng)，也就是說，此時(shí)主架5-3保持不動(dòng)，通過滑塊和滑槽5-4的滑動(dòng)配合，第一橫桿5-1和第二橫桿5-2分別帶動(dòng)探針7和紅外溫度傳感器6水平移動(dòng)；當(dāng)紅外溫度傳感器6遍歷該方向時(shí)，沿垂直第一橫桿5-1的方向移動(dòng)主架5-3至下一位置，然后再推動(dòng)連接桿5-5，重復(fù)上述過程。

再結(jié)合圖2所示，還包括具有顯示屏8-1的控制臺(tái)8，加熱單元3和紅外溫度傳感器6均與控制臺(tái)8連接。

另外，還包括與控制臺(tái)8連接的第一溫度傳感器，第一溫度傳感器用于檢測(cè)金屬板2的中心的溫度。由此，金屬板2的中心的溫度就可實(shí)時(shí)顯示在顯示屏8-1上，根據(jù)顯示的溫度來調(diào)整加熱單元3的功率，就可使金屬板2的中心的溫度快速處于所需的高溫值。

另外，還包括分別與控制臺(tái)8連接的水泵和第二溫度傳感器，進(jìn)水口1-2通過水泵與水管連接，第二溫度傳感器設(shè)于空腔1-1內(nèi)。由此，金屬板2的邊緣的溫度就可實(shí)時(shí)顯示在顯示屏8-1上，根據(jù)顯示的溫度來調(diào)整水泵的流量和流速，就可改變冷卻水與金屬板2的邊緣之間的換熱效率，進(jìn)而就可使金屬板2的邊緣的溫度快速處于所需的低溫值。

優(yōu)選地，控制臺(tái)8上設(shè)有電源開關(guān)、參數(shù)減小鍵、參數(shù)增加鍵、參數(shù)設(shè)定鍵、控制選擇鍵、電源指示燈和加熱指示燈。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。