一种适用于中学生携带和做化学实验的实验箱

摘要

本发明属于教学用品技术领域，公开了一种适用于中学生携带和做化学实验的实验箱包括反应室，反应室的下端通过螺栓固定安装有加料口，加料口的下端连通有冷却管，冷却管的下端与驱动泵的输入端相连通，驱动泵的输出端通过管道与反应室的上端相连通；观察室的中部水平安装有蒸发器，蒸发器上端的观察室上通过螺栓固定安装有对称的挂条，挂条上卡接有试品架；试品架的左侧通过螺栓固定安装有保温箱，保温箱的下端铺设有加热丝；观察室的顶部焊接安装有排风装置。通过加料口将检测水样进行添加，通过冷却管进行初步冷却后导入反应室，通过反应室的上端注入不同类型的添加剂进行初步反应；通过抽取泵导入至观察室进行反应情况的检测。

说明书

技术领域

本发明属于教学用品技术领域，尤其涉及一种适用于中学生携带和做化学实验的实验箱。

背景技术

在工农业的生产过程中，经常会产生大量含有不同污染物种、不同污染程度的废水。在对这些污染废水进行处理前，除了对这些污水进行实验室试验外，还需要对处理技术路线、技术参数及工程设计进行中试。

而目前对污水处理的试验装置没有成套的装置，都是用多个容器，根据试验需要，临时拼装组合而成，占地面积大，拼装组合不方便。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有的污水处理装置多为多个容器据试验需要临时拼装组合而成，占地面积大，拼装组合不方便。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于中学生携带和做化学实验的实验箱。

本发明是这样实现的，一种适用于中学生携带和做化学实验的实验箱，该适用于中学生携带和做化学实验的实验箱包括反应室，反应室的下端通过螺栓固定安装有加料口，加料口的下端连通有冷却管，冷却管的下端与驱动泵的输入端相连通，驱动泵的输出端通过管道与反应室的上端相连通；

反应室的底部放置有抽取泵，抽取泵的输出端连通有输送管，输送管设置在观察室内部，输送管的末端螺旋安装有喷雾头；

观察室的中部水平安装有蒸发器，蒸发器上端的观察室上通过螺栓固定安装有对称的挂条，挂条上卡接有试品架；试品架的左侧通过螺栓固定安装有保 温箱，保温箱的下端铺设有加热丝；观察室的顶部焊接安装有排风装置；

所述冷却管以盘管方式放置在冷凝装置内部；冷却管包括外冷却管和内冷却管，外冷却管的内壁有轴向凹槽，内冷却管贴合固定在外冷却管的内部；

所述输送管上依次套装有压缩室、储夜室、冷凝器，压缩室、储夜室、冷凝器均设置在观察室内部；输送管上还安装有截流管，截流管的末端设置在观察室的外部；

所述保温箱内部安装有传感器A和传感器B，传感器A测量温度；传感器B测量湿度；

传感器A、传感器B在本地直角坐标系下的量测数据分别为Y_A(t_i)和Y_B(t_i)，且传感器A的采样频率大于传感器B的采样频率，则由传感器A向传感器B的采样时刻进行配准，具体为：采用内插外推的时间配准算法将传感器A的采样数据向传感器B的数据进行配准，使得两个传感器在空间配准时刻对同一个目标有同步的量测数据，内插外推时间配准算法如下：

在同一时间片内将各传感器观测数据按测量精度进行增量排序，然后将传感器A的观测数据分别向传感器B的时间点内插、外推，以形成一系列等间隔的目标观测数据，采用常用的三点抛物线插值法的进行内插外推时间配准算法得传感器A在t_Bk时刻在本地直角坐标系下的量测值为：

其中，t_Bk为配准时刻，t_k-1,t_k,t_k+1为传感器A距离配准时刻最近的三个采样时刻，Y_A(t_k-1),Y_A(t_k),Y_A(t_k+1)分别为其对应的对目标的探测数据；

完成时间配准后，根据传感器A的配准数据与传感器B的采样数据，采用基于地心地固坐标系下的伪量测法实现传感器A和传感器B的系统误差的估计；基于ECEF的系统误差估计算法具体为：

假设k时刻目标在本地直角坐标系下真实位置为X'₁(k)＝[x'₁(k),y'₁(k),z'₁(k)]^T，极坐标系下对应的量测值为分别为距离、方位角、俯仰角；转换至本地直角坐标系下为X₁(k)＝[x₁(k),y₁(k),z₁(k)]^T；传感器系统偏差为分别为距离、方位角和俯仰角的系统误差；于是有

其中

表示观测噪声,均值为零、方差为

式(1)可以用一阶近似展开并写成矩阵形式为：

X'₁(k)＝X₁(k)+C(k)[ξ(k)+n(k)]>

其中，

设两部传感器A和B,则对于同一个公共目标(设地心地固坐标系下为X'_e＝[x'_e,y'_e,z'_e]^T)，可得

X'_e＝X_As+B_AX'_A1(k)＝X_Bs+B_BX'_B1(k)>

B_A，B_B分别为目标在传感器A与传感器B本地坐标下的位置转换到ECEF坐标系下的位置时的转换矩阵；

定义伪量测为：

Z(k)＝X_Ae(k)-X_Be(k)>

其中，X_Ae(k)＝X_As+B_AX_A1(k)；X_Be(k)＝X_Bs+B_BX_B1(k)

将式(2)、式(3)代入式(4)可以得到关于传感器偏差的伪测量方程

Z(k)＝H(k)β(k)+W(k) (16)

其中，Z(k)为伪测量向量；H(k)为测量矩阵；β为传感器偏差向量；W(k)为测量噪声向量；由于n_A(k),n_B(k)为零均值、相互独立的高斯型随机变量,因此W(k)同样是零均值高斯型随机变量,其协方差矩阵为R(k)。

进一步，所述传感器A的量测模型如下：

Y_A(t_k-1)、Y_A(t_k)、Y_A(t_k+1)分别为传感器A对目标在t_k-1,t_k,t_k+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的量测值，分别为：

其中，Y'_A(t_k-1)、Y'_A(t_k)、Y'_A(t_k+1)分别为传感器A在t_k-1,t_k,t_k+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的真实位置；C_A(t)为误差的变换矩阵；ξ_A(t)为传感器的系统误差；>为系统噪声，假设为零均值、相互独立的高斯型随机变量，噪声协方差矩阵分别为R_A(k-1)、R_A(k)、R_A(k+1)。

进一步，所述传感器A向传感器B进行配准的具体过程如下：

将式(7)、式(8)、式(9)带入式(1)，可得：

其中：为传感器A的本地直角坐标系下目标的真实位置在t_Bk时刻的时间配准值；为系统误差造成的误差项；为随机噪声，假定t_k-1、t_k、t_k+1时刻的噪声互不相关的零均值白噪声，则为均值为零，协方差矩阵为R_A＝a²R_A(k-1)+b²R_A(k)+c²R_A(k+1)的白噪声，而a、b、c、分别为且a+b+c＝1。

本发明的优点及积极效果为：该适用于中学生携带和做化学实验的实验箱可通过加料口将检测水样进行添加，通过冷却管进行初步冷却后导入反应室，通过反应室的上端注入不同类型的添加剂进行初步反应；通过抽取泵导入至观察室进行反应情况的检测，通过试品架可方便对反应容器进行放置，通过加热丝进行加热处理提高反应速度，反应过程中产生的气体通过排风装置排出。

附图说明

图1是本发明实施例提供的适用于中学生携带和做化学实验的实验箱的结构示意图；

图中：1、反应室；2、观察室；3、加料口；4、冷却管；5、驱动泵；6、抽取泵；7、输送管；8、截流管；9、压缩室；10、储夜室；11、冷凝器；12、喷雾头；13、蒸发器；14、挂条；15、试品架；16、加热丝；17、保温箱；18、排风装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

该适用于中学生携带和做化学实验的实验箱包括反应室1，反应室1的下端通过螺栓固定安装有加料口3，加料口3的下端连通有冷却管4，冷却管4的下 端与驱动泵5的输入端相连通，驱动泵5的输出端通过管道与反应室1的上端相连通；

反应室1的底部放置有抽取泵6，抽取泵6的输出端连通有输送管7，输送管7设置在观察室2内部，输送管7的末端螺旋安装有喷雾头12；

观察室2的中部水平安装有蒸发器13，蒸发器13上端的观察室2上通过螺栓固定安装有对称的挂条14，挂条14上卡接有试品架15；试品架15的左侧通过螺栓固定安装有保温箱17，保温箱17的下端铺设有加热丝16；观察室2的顶部焊接安装有排风装置18。

进一步，所述冷却管4以盘管方式放置在冷凝装置内部；冷却管4包括外冷却管和内冷却管，外冷却管的内壁有轴向凹槽，内冷却管贴合固定在外冷却管的内部。

进一步，所述输送管7上依次套装有压缩室、储夜室10、冷凝器11，压缩室、储夜室10、冷凝器11均设置在观察室2内部；输送管7上还安装有截流管8，截流管8的末端设置在观察室2的外部。

所述保温箱内部安装有传感器A和传感器B，传感器A测量温度；传感器B测量湿度；

传感器A、传感器B在本地直角坐标系下的量测数据分别为Y_A(t_i)和Y_B(t_i)，且传感器A的采样频率大于传感器B的采样频率，则由传感器A向传感器B的采样时刻进行配准，具体为：采用内插外推的时间配准算法将传感器A的采样数据向传感器B的数据进行配准，使得两个传感器在空间配准时刻对同一个目标有同步的量测数据，内插外推时间配准算法如下：

在同一时间片内将各传感器观测数据按测量精度进行增量排序，然后将传感器A的观测数据分别向传感器B的时间点内插、外推，以形成一系列等间隔的目标观测数据，采用常用的三点抛物线插值法的进行内插外推时间配准算法得传感器A在t_Bk时刻在本地直角坐标系下的量测值为：

其中，t_Bk为配准时刻，t_k-1,t_k,t_k+1为传感器A距离配准时刻最近的三个采样时刻，Y_A(t_k-1),Y_A(t_k),Y_A(t_k+1)分别为其对应的对目标的探测数据；

完成时间配准后，根据传感器A的配准数据与传感器B的采样数据，采用基于地心地固坐标系下的伪量测法实现传感器A和传感器B的系统误差的估计；基于ECEF的系统误差估计算法具体为：

假设k时刻目标在本地直角坐标系下真实位置为X'₁(k)＝[x'₁(k),y'₁(k),z'₁(k)]^T，极坐标系下对应的量测值为分别为距离、方位角、俯仰角；转换至本地直角坐标系下为X₁(k)＝[x₁(k),y₁(k),z₁(k)]^T；传感器系统偏差为分别为距离、方位角和俯仰角的系统误差；于是有

其中

表示观测噪声,均值为零、方差为

式(1)可以用一阶近似展开并写成矩阵形式为：

X'₁(k)＝X₁(k)+C(k)[ξ(k)+n(k)]>

其中，

设两部传感器A和B,则对于同一个公共目标(设地心地固坐标系下为 X'_e＝[x'_e,y'_e,z'_e]^T)，可得

X'_e＝X_As+B_AX'_A1(k)＝X_Bs+B_BX'_B1(k)>

B_A，B_B分别为目标在传感器A与传感器B本地坐标下的位置转换到ECEF坐标系下的位置时的转换矩阵；

定义伪量测为：

Z(k)＝X_Ae(k)-X_Be(k)>

其中，X_Ae(k)＝X_As+B_AX_A1(k)；X_Be(k)＝X_Bs+B_BX_B1(k)

将式(2)、式(3)代入式(4)可以得到关于传感器偏差的伪测量方程

Z(k)＝H(k)β(k)+W(k) (26)

其中，Z(k)为伪测量向量；H(k)为测量矩阵；β为传感器偏差向量；W(k)为测量噪声向量；由于n_A(k),n_B(k)为零均值、相互独立的高斯型随机变量,因此W(k)同样是零均值高斯型随机变量,其协方差矩阵为R(k)。

进一步，所述传感器A的量测模型如下：

Y_A(t_k-1)、Y_A(t_k)、Y_A(t_k+1)分别为传感器A对目标在t_k-1,t_k,t_k+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的量测值，分别为：

其中，Y'_A(t_k-1)、Y'_A(t_k)、Y'_A(t_k+1)分别为传感器A在t_k-1,t_k,t_k+1时刻的本地笛卡尔坐标系下的真实位置；C_A(t)为误差的变换矩阵；ξ_A(t)为传感器的系统误差；>为系统噪声，假设为零均值、相互独立的高斯型随机变量，噪声协方差矩阵分别为R_A(k-1)、R_A(k)、R_A(k+1)。

进一步，所述传感器A向传感器B进行配准的具体过程如下：

将式(7)、式(8)、式(9)带入式(1)，可得：

其中：为传感器A的本地直角坐标系下目标的真实位置在t_Bk时刻的时间配准值；为系统误差造成的误差项；为随机噪声，假定t_k-1、t_k、t_k+1时刻的噪声互不相关的零均值白噪声，则为均值为零，协方差矩阵为R_A＝a²R_A(k-1)+b²R_A(k)+c²R_A(k+1)的白噪声，而a、b、c、分别为且a+b+c＝1。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

通过加料口3将检测水样进行添加，通过冷却管4进行初步冷却后导入反应室1，冷却管4以盘管方式放置在冷凝装置内部，增加了冷却的效果；通过反应室1的上端注入不同类型的添加剂进行初步反应；通过抽取泵6导入至观察室2，可通过截流管8进行取样检测；对反应溶液进行加压、冷却、加热处理，使之充分反应，通过试品架15可方便对反应容器进行放置，通过加热丝16进行加热处理提高反应速度，反应过程中产生的气体通过排风装置18排出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。