申请/专利权人：江苏大学

申请日：2019-02-25

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN109813627B

主分类号：G01N7/18

分类号：G01N7/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.06.21#实质审查的生效;2019.05.28#公开

摘要：本发明公开了基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置及方法，包括储液罐、反应腔体、图像采集处理装置以及连接管路，储液罐设有2个，储液罐下端的管道并联后通过微型泵b连接进水口，进水口连接反应腔体的下端，反应腔体的上端连接扁平容器的下端，扁平容器的上端为出水口，出水口通过微型泵a分别连接2个储液罐的上端；图像采集处理装置包括摄像头和计算机，摄像朝向扁平容器正面设置，且所述摄像头连接计算机，用于采集扁平容器内的气泡图像，通过图像识别测算出单位面积内的气泡半径R，从而测算出产生气体体积，获得该时刻的化学反应速率，本发明设计的装置及方法操作简单、便于观察，且能够实时测量化学反应产气速率。

主权项：1.基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置，其特征在于，包括储液罐、反应腔体3、图像采集处理装置以及连接管路；所述储液罐设有2个，2个储液罐下端的管道并联后通过微型泵b18连接进水口4，所述进水口4连接反应腔体3的下端，所述反应腔体3的上端连接扁平容器2的下端，所述扁平容器2的上端为出水口5，所述出水口5通过微型泵a9分别连接2个储液罐的上端；所述图像采集处理装置包括摄像头19和计算机，所述摄像头19朝向扁平容器2正面设置，且所述摄像头19连接计算机20，用于采集扁平容器2内的气泡图像，通过图像识别测算出单位面积内的气泡半径R；所述2个储液罐之间通过管道连通，且在该管道上设置阀门c13；可以实现2个储液罐之间的连通；每个储液罐的底部设有排液管，在所述排液管上设有阀门，用于控制排液管的开关。

全文数据：基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置与方法技术领域本发明属于流量测量技术领域，尤其涉及基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置与方法。背景技术化学反应速率，包括化学反应产气速率，是化学实验中的具有重要意义的信息之一。但目前大多数技术都无法直接测得化学反应产气速率，通常情况下，大都是求平均速率，即用某物质的物质的量浓度的变化除以时间；目前有化学法，物理法，流动法和快速反应的研究等方法；化学法是指用化学分析的方法容量法或重量法，测定不同时间时的物质的量浓度，但其缺点有一般分析速度不快、实验操作往往繁琐、误差较大；物理法是指通过测定反应过程中混合体系反应物和产物某些与浓度有关的物理性质随时间的变化，获得一些原位反应的数据，从而得到动力学曲线。但其不能直接给出物质的量浓度和时间之间的关系；流动法是指将气体或液体混合物以一定的流速V通过恒温T并已知其体积V的容器，但其准确性不高工业上常采用这种流动技术；快速反应的研究有提高分析检测速度和把时间变量通过特定的装置改变成为其它变量两种方法，实际操作难度较大；尚缺少一种能够实时测量化学反应产气速率的仪器。发明内容本发明根据现有技术中存在的问题，提出了基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置与方法，目的在于提供一种操作简单、便于观察，且能够实时测量化学反应产气速率。本发明所采用的技术方案如下：基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置，包括储液罐、反应腔体、图像采集处理装置以及连接管路；所述储液罐设有2个，2个储液罐下端的管道并联后通过微型泵b连接进水口，所述进水口连接反应腔体的下端，所述反应腔体的上端连接扁平容器的下端，所述扁平容器的上端为出水口，所述出水口通过微型泵a分别连接2个储液罐的上端；所述图像采集处理装置包括摄像头和计算机，所述摄像朝向扁平容器正面设置，且所述摄像头连接计算机，用于采集扁平容器内的气泡图像，通过图像识别测算出单位面积内的气泡半径R，进一步，2个储液罐之间通过管道连通，且在该管道上设置阀门c；可以实现2个储液罐之间的连通；进一步，每个储液罐的底部设有排液管，在所述排液管上设有阀门，用于控制排液管的开关；进一步，在扁平容器的两侧设有补光灯，用于增强图像识别的效果，也便于观察者观察；进一步，所述计算机分别连接微型泵a和微型泵b，控制微型泵a和微型泵b的转速，从而控制反应液流量，对反应速率进行控制；基于图像识别法测量化学反应产气速率的方法，将储液罐内的反应液输入反应腔体中，反应腔体中反应后产生的气泡，通过摄像头实时采集气泡图像并输入到计算机内，经图像识别测算出单位面积内的气泡半径R，从而测算出产生气体体积，获得该时刻的化学反应速率。进一步，所述气体体积的计算方法为：V＝πR2h，其中，h为扁平容器的厚度。本发明的有益效果：本发明的反应腔体内可自由放置固体颗粒物，采用倒梯形可使颗粒物均匀集中；扁平容器厚度较小，透明度高，便于观测者直接观察产生气泡的情况，也便于图像识别并精确计算反应气体的体积，进而算出反应速率，通过在扁平容器两侧安装补光灯，增加气泡的亮度，便于观测者观察，也便于图像识别；储液罐可拆卸，易清洗，两个储液罐之间通过引流管和阀门连接，可以使两侧溶液互通，形成一个循环系统，储液罐底下装有排液管，方便排出废液。附图说明图1是本发明的装置的主视图；图2是本发明装置的后视图；图3是本发明装置的右视图；图中，1、挂板，2、扁平容器，3、反应腔体，4、进水口，5、出水口，6、补光灯，7、微调旋钮，8、引流管，9、微型泵a，10、阀门a，11、阀门b，13、阀门c，14、阀门d，15、阀门e，16、阀门f，17、阀门g，12、储液罐a，18、微型泵b，19、摄像头，20、计算机，21、储液罐b。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，以下结合附图及实施例，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用于解释本发明，并不用于限定本发明。如图1、2所示，本发明所提出的一种基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置，在矩形的挂板1正面上设置自上往下设置扁平容器2，扁平容器2为厚度为h的六边形空间且采用透明材质，在扁平容器2的底部连接反应腔体3，本发明中的反应腔体3采用倒梯形，反应腔体3能够打开，可向反应腔体3中加入反应的固体颗粒物如锌粒，反应腔体3的底部通过管道连接挂板1后安装的储液罐a12和储液罐b21，用于存放反应液如稀硫酸，在与储液罐a12连接的进水管上设置阀门g17，在与储液罐b21连接的进水管上设置阀门f16，且储液罐a12和储液罐b21之间通过管道连通，且在该管道上设置阀门c13；可以实现2个储液罐之间的连通；每个储液罐的底部分别设有排液管，在排液管上分别设置阀门d14和阀门e15；储液罐a12和储液罐b21的顶部为出水管道，在该管道上设有微型泵a9，微型泵a9通过出水口5连接扁平容器2；在扁平容器2的左右两侧的挂板1上可以设置补光灯6，用于增强图像识别的效果，也便于观察者观察。如图3所示，在扁平容器2的正前方设有摄像头19，摄像头19连接计算机20，用于采集扁平容器2内的气泡图像，通过计算机20内的图像识别测算出单位面积内的气泡半径R。根据上述提出的装置，本发明还提出了一种基于图像识别法测量化学反应产气速率的方法，将储液罐内的反应液输入反应腔体3中，反应腔体3中反应后产生的气泡，通过摄像头19实时采集气泡图像并输入到计算机20内，经图像识别测算出单位面积内的气泡半径R，从而测算出产生气体体积，获得该时刻的化学反应速率。气体体积的计算方法为：V＝πR2h，其中，h为扁平容器2的厚度。为了更清楚的解释本发明所保护的技术方案，以下结合本发明的工作过程作进一步解释：在储液罐a12中加入反应液，微型泵a9、微型泵b18分别连接计算机，高清数码摄像头19对准扁平容器2并连接计算机，打开补光灯6，在反应腔体3内装入反应颗粒物，依次打开阀门g17、阀门a10，调节微型泵a9、微型泵b18控制反应液流量，当反应液进入反应腔体3内进行反应，可以通过微调旋钮7调节扁平容器2的厚度；在狭窄的扁平容器2中产生的气体呈现一个个小圆柱形空腔体，通过图像识别技术测算出单位面积上，圆柱体的截面圆的面积πR2，在计算机上输入扁平容器2的厚度h，这样一个气泡的体积即为πR2h，测出单位面积内的气泡半径R1、R2、R3……，再将气泡体积相加，即可测算出产生气体的体积，进而得到该时刻的化学反应速率；实时测量即时反应速率，反应结束后，打开阀门d14、阀门e15排出废液，或将储液罐12拆下清洗，将反应腔3内的反应残渣倒出。在本发明说设计的装置工作过程中，也可以打开阀门c13，将反应后进入储液罐b21内的反应液可以再次输入到储液罐a12中，继续参与反应。以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置，其特征在于，包括储液罐、反应腔体3、图像采集处理装置以及连接管路；所述储液罐设有2个，2个储液罐下端的管道并联后通过微型泵b18连接进水口4，所述进水口4连接反应腔体3的下端，所述反应腔体3的上端连接扁平容器2的下端，所述扁平容器2的上端为出水口5，所述出水口5通过微型泵a9分别连接2个储液罐的上端；所述图像采集处理装置包括摄像头19和计算机，所述摄像19朝向扁平容器2正面设置，且所述摄像头19连接计算机20，用于采集扁平容器2内的气泡图像，通过图像识别测算出单位面积内的气泡半径R。2.根据权利要求1所述的基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置，其特征在于，所述2个储液罐之间通过管道连通，且在该管道上设置阀门c13；可以实现2个储液罐之间的连通。3.根据权利要求1所述的基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置，其特征在于，每个储液罐的底部设有排液管，在所述排液管上设有阀门，用于控制排液管的开关。4.根据权利要求1所述的基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置，其特征在于，在扁平容器2的两侧设有补光灯6，用于增强图像识别的效果，也便于观察者观察。5.根据权利要求1所述的基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置，其特征在于，所述计算机20分别连接微型泵a9和微型泵b18，控制微型泵a9和微型泵b18的转速，从而控制反应液流量，对反应速率进行控制。6.一种基于权利要求1所述的基于图像识别法测量化学反应产气速率的装置的测量方法，其特征在于，将储液罐内的反应液输入反应腔体3中，反应腔体3中反应后产生的气泡，通过摄像头19实时采集气泡图像并输入到计算机20内，经图像识别测算出单位面积内的气泡半径R，从而测算出产生气体体积，获得该时刻的化学反应速率。7.根据权利要求6所述的基于图像识别法测量化学反应产气速率的方法，其特征在于，所述气体体积的计算方法为：V＝πR2h，其中，h为扁平容器2的厚度。

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