本發明涉及一種液體凝固教學實驗裝置。

背景技術：

在教學中液體的凝固實驗主要用來研究冷水結冰所花時間，冷水和熱水同時制冷時，哪個首先結冰等。液體的凝固從生物作用方面來看，如水要結成冰，水中需要許多結晶的中心，生物實驗發現，水中的微生物往往是結晶中心；而某些微生物在水溫＜100℃的熱水中繁殖比在冷水中快，因此熱水中的結晶中心比冷水中的多，加速了熱水結冰的協同作用，圍繞結晶中心生長出子晶，子晶是外延結晶的晶核，對流使各種取向的分子都流過子晶，依靠晶體表面的分子力，抓住合適取向的水分子，外延出分子作有序排列的許多晶粒并且懸浮在水中，結晶釋放的能量通過對流放出，而各相鄰的冰粒又連結成冰，直到水全部結冰為止。

目前上述的液體凝固知識往往通過課堂上理論性的講解，傳統的實驗僅觀察自然界直觀的結冰現象，無法測量實時的真實數據，也無法做出同步的實驗對比，實驗數據也無法通過各種智能終端進行分析，無法通過具體的實驗直觀了解冷水和熱水的結冰過程，對學生掌握液體凝固知識造成一定的影響。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種液體凝固教學實驗裝置，本裝置結構簡單，實驗操作方便，可方便實施冷水和熱水的結冰過程，提高了學生掌握液體凝固知識的感性認知，提升了教學質量。

為解決上述技術問題，本發明液體凝固教學實驗裝置包括殼體、溶液槽、電源模塊、控制模塊、制冷模塊、溫度設定模塊、溫度檢測模塊、溫度顯示模塊和凝固時間顯示模塊，所述溶液槽、電源模塊和控制模塊分別設于所述殼體內，所述溫度設定模塊、溫度顯示模塊和凝固時間顯示模塊分別設于所述殼體的前面板，所述制冷模塊設于所述溶液槽的底部，所述溫度檢測模塊設于所述溶液槽內，所述電源模塊通過設于所述殼體前面板的電源開關分別提供各模塊的工作電源，所述控制模塊的制冷控制端連接所述制冷模塊的輸入端，所述溫度設定模塊的輸出端連接所述控制模塊的溫度設定端，所述溫度檢測模塊的信號輸出端連接所述控制模塊的溫度信號輸入端，所述溫度顯示模塊和凝固時間顯示模塊的信號輸入端分別連接所述控制模塊的溫度信號和凝固時間信號輸出端。

進一步，本裝置還包括藍牙傳輸模塊和USB接口模塊，所述藍牙傳輸模塊設于所述殼體內并且連接所述控制模塊的藍牙端口，所述USB接口模塊的USB接口設于所述殼體的前面板并且連接所述控制模塊的USB端口。

進一步，本裝置還包括針筒式液體提取器，所述針筒式液體提取器通過卡座設于所述殼體表面。

進一步，所述制冷模塊包括半導體制冷片和散熱器，所述半導體制冷片的制冷面置于溶液槽的底部，所述半導體制冷片的發熱面通過導熱硅膠貼敷于所述散熱器的中心表面，所述散熱器通過螺柱與所述殼體連接。

進一步，所述控制模塊是微處理控制器，所述溫度檢測模塊是熱電偶溫度傳感器并且通過防水密封圈設于所述溶液槽內。

進一步，所述溫度顯示模塊和凝固時間顯示模塊是四位顯示數碼管，所述溫度設定模塊是溫度調節旋鈕。

由于本發明液體凝固教學實驗裝置采用了上述技術方案，即本裝置的溶液槽、電源模塊和控制模塊分別設于殼體內，溫度設定模塊、溫度顯示模塊和凝固時間顯示模塊分別設于殼體的前面板，制冷模塊設于溶液槽的底部，溫度檢測模塊設于溶液槽內，電源模塊提供各模塊的工作電源，控制模塊的制冷控制端連接制冷模塊的輸入端，溫度設定模塊的輸出端連接控制模塊的溫度設定端，溫度檢測模塊的信號輸出端連接控制模塊的溫度信號輸入端，溫度顯示模塊和凝固時間顯示模塊的信號輸入端分別連接控制模塊的溫度信號和凝固時間信號輸出端。本裝置結構簡單，實驗操作方便，可方便實施冷水和熱水的結冰過程，提高了學生掌握液體凝固知識的感性認知，提升了教學質量。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步的詳細說明：

圖1為本發明液體凝固教學實驗裝置的結構示意圖；

圖2為圖1中取下殼體的結構示意圖；

圖3為本裝置的電氣原理框圖。

具體實施方式

實施例如圖1、圖2和圖3所示，本發明液體凝固教學實驗裝置包括殼體1、溶液槽2、電源模塊3、控制模塊4、制冷模塊5、溫度設定模塊6、溫度檢測模塊7、溫度顯示模塊8和凝固時間顯示模塊9，所述溶液槽2、電源模塊3和控制模塊4分別設于所述殼體1內，所述溫度設定模塊6、溫度顯示模塊8和凝固時間顯示模塊9分別設于所述殼體1的前面板11，所述制冷模塊5設于所述溶液槽2的底部，所述溫度檢測模塊7設于所述溶液槽2內，所述電源模塊3通過設于所述殼體前面板11的電源開關31分別提供各模塊的工作電源，所述控制模塊4的制冷控制端連接所述制冷模塊5的輸入端，所述溫度設定模塊6的輸出端連接所述控制模塊4的溫度設定端，所述溫度檢測模塊7的信號輸出端連接所述控制模塊4的溫度信號輸入端，所述溫度顯示模塊8和凝固時間顯示模塊9的信號輸入端分別連接所述控制模塊4的溫度信號和凝固時間信號輸出端。

優選的，本裝置還包括藍牙傳輸模塊41和USB接口模塊42，所述藍牙傳輸模塊41設于所述殼體1內并且連接所述控制模塊4的藍牙端口，所述USB接口模塊42的USB接口43設于所述殼體1的前面板11并且連接所述控制模塊4的USB端口。藍牙傳輸模塊和USB接口模塊分別用于與本裝置與外部智能終端的通訊連接，進行數據傳輸和分析，通過外部智能終端作出時間與溫度的對應曲線等。

優選的，本裝置還包括針筒式液體提取器12，所述針筒式液體提取器12通過卡座13設于所述殼體1表面。針筒式液體提取器可進行溶液槽內水的灌注和提取，方便實驗的操作。

優選的，所述制冷模塊5包括半導體制冷片51和散熱器52，所述半導體制冷片51的制冷面置于溶液槽2的底部，所述半導體制冷片51的發熱面通過導熱硅膠貼敷于所述散熱器52的中心表面，所述散熱器52通過螺柱與所述殼體1連接。半導體制冷片是一種熱泵，其優點是沒有滑動部件，應用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無制冷劑污染的場合；半導體制冷片作為特種冷源在技術應用上具有諸多的優點，其制冷時間段效率高，通過輸入電流的控制，可實現高精度的溫度控制，再加上溫度檢測和控制手段，很容易實現遙控、程控及計算機控制，因此適合應用于教學實驗器械；本裝置采用半導體制冷片提高了溫度控制精度，簡化了制冷手段，并使裝置的結構更為簡單，方便了實驗的操作。

優選的，所述控制模塊4是微處理控制器，所述溫度檢測模塊7是熱電偶溫度傳感器并且通過防水密封圈設于所述溶液槽2內。采用微處理控制器作為控制模塊提高了本裝置的功能性，通過在微處理控制器中編制實驗程序，實現實驗的自動化操作，并且方便與外部的智能終端通訊連接。

優選的，所述溫度顯示模塊8和凝固時間顯示模塊9是四位顯示數碼管，所述溫度設定模塊6是溫度調節旋鈕。

本裝置中，溶液槽可以為單個，也可設置成兩個，兩個溶液槽在液體凝固實驗過程中，可通過針筒式液體提取器向溶液槽內注入不同溫度的水或者其他不同的液體，然后進行溫度設定，由控制模塊通過制冷模塊使兩組水或其他液體進行結冰及溶化實驗，學生可直接看到兩組水或液體結冰、融化的整個過程，并可實時進行比較，對比兩種不同液體的凝固時間和溶化時間，期間溫度和時間的數據可通過溫度顯示模塊和凝固時間顯示模塊實時顯示，也可將數據通過藍牙傳輸模塊和USB接口模塊傳輸至外部智能終端進行進一步的分析，探究水或其他液體的瞬間結冰與融化的規律及圖線，從而有效幫助學生掌握液體凝固知識，使學生對該知識點形成直觀的感性認知，提升了教學質量。