机5采用北京奥福宜通CL-03C 三轴控制器；显微镜6采用江西凤凰生物显微镜XSP-06-1600X，放大倍数B在50到1600倍 间可调且放大倍数可读；摄像头7采用罗技C525高清800万像素自动对焦USB摄像头，屏 幕显示的放大倍数b在10-100倍之间可调且可读。
[0025] 基于上述布朗运动测量仪本发明还提供了一种布朗运动测量方法，包括如下步 骤：
[0026] (1)调节显微镜6与摄像头7,在电脑8的屏幕上能观察到清晰的花粉图像，选定 其中某个花粉作为测量对象，又称之为布朗粒子；
[0027] (2)用游标卡尺直接测量此布朗粒子在屏幕上的半径rr = 5. 12mm ;
[0028] (3)读出显微镜6的放大倍数B = 500与摄像头7的放大倍数b = 10 ;
[0029] (4)得到此布朗粒子的真实半径r = rr/Bb = 0· 00102mm ;
[0030] (5)启动摄像头7自动捕捉功能，通过三轴程控电机5改变镜头的空间坐标 位置，使得该点始终处于镜头中央焦点处位置，根据设定的时间间隔t = 3.0s，设定 位置坐标（〇,〇,〇)，分别记录η次（η = 6)的xyz的位置坐标（0.456,0.323,0. 178)、 (0· 014, -0· 125, -0· 196)、（-0· 399, -0· 512, -0· 586)、（0· 026, -0· 203, -0· 189)、（-0· 402， 0· 196,0· 267)、（-0· 827, -0· 258, -0· 178);
[0031] (6)根据记录该位置点的xyz的位置坐标，得到η次（η = 6)的X轴方向的位移测 量值 λ χ= 〇· 456,0· 442,0· 413,0· 427,0· 428,0· 425 ;
[0032] (7)根据设定的时间间隔t与记录的xyz的位置坐标，可以在电脑屏幕上重构或再 现布朗运动过程；
[0033] (8)通过温度计得到环境温度T = 295. 4K，黏度k取值L 35 X 10 3N ·8/πι2,根据时 间间隔t = 3. Os与η = 6次的位移测量值，通过
式可计算出 阿伏伽德罗常数N = 6. 07,与标准值的误差为1 %。
[0034] 对比例
[0035] 采用山东菏泽神宏桥教学仪器研究所的Χ33061布朗运动演示装置测量观察片3 中的花粉布朗运动，得到室温T = 295. 4Κ，粒子直径0. 001mm，1. 35 X 10 3N · s/m2, t = 3. Os 条件下，测量次数η = 6次的位移测量值分别为：0. 432,0. 426,0. 406,0. 402,0. 413,0. 408， 可计算出阿伏伽德罗常数N = 6. 9,与标准值的误差为10%。由对比也可得知本发明的测 量更加精确。
[0036] 上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得 的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种布朗运动测量仪，其特征在于：包括底座（1)、光源（2)、观察片（3)、支架（4)、 三轴程控电机（5)、显微镜（6)、摄像头（7)、电脑（8)，其中光源（2)固定在底座（1)的中间， 支架（4)固定在底座（1) 一侧，三轴程控电机（5)固定在支架（4)上，摄像头（7)固定在显 微镜（6)上端，观察片⑶放在显微镜（6)下方的底座⑴上表面，显微镜（6)竖直固定在 三轴程控电机（5)上并可以在轴程控电机（5)的控制下整体沿X轴、y轴、z轴三个方向移 动。2. 根据权利要求1所述的一种布朗运动测量仪，其特征在于：光源（2)为白光LED。3. 根据权利要求1所述的一种布朗运动测量仪，其特征在于：观察片（3)由透明的载 玻片与盖玻片装配而成，具体装备结构为底部为载玻片，上部为盖玻片，在载玻片与盖玻片 四周通过防水固化胶将载玻片与盖玻片平行固定在一起，载玻片与盖玻片中间夹有一厚度 在Imm-lOmm的花粉悬池液。4. 根据权利要求1所述的一种布朗运动测量仪，其特征在于：三轴程控电机（5)采用 CL-03C三轴控制器。5. 根据权利要求1所述的一种布朗运动测量仪，其特征在于：显微镜(6)的放大倍数 可调且放大倍数B可读。6. 根据权利要求1所述的一种布朗运动测量仪，其特征在于：摄像头（7)采用具有自 动对焦功能的数码摄像头且屏幕显示的放大倍数b可读。7. -种布朗运动测量方法，其特征在于：包括如下步骤： (1) 调节显微镜（6)与摄像头（7)，在电脑⑶的屏幕上能观察到清晰的花粉图像，选 定其中一个花粉作为测量对象，该测量对象即为布朗粒子； (2) 用游标卡尺直接测量此布朗粒子在屏幕上的半径rr; (3) 读出显微镜（6)的放大倍数B与摄像头7的放大倍数b; (4) 得到此布朗粒子的真实半径r=rr/Bb; (5) 启动摄像头（7)自动捕捉功能，通过三轴程控电机（5)改变镜头在x轴、y轴z轴 上的位置，使得该位置点始终处于镜头中央焦点处位置，根据设定的时间间隔t，位置点坐 标； (6) 根据记录的的位置坐标，得到η次的X轴方向的位移测量值λχ; (7) 根据设定的时间间隔t与记录的位置坐标在电脑屏幕上重构或再现布朗运动过 程； (8) 通过温度计得到环境温度T，根据时间间隔t与η次的位移测量值，通过 Λ'、/m/3#乂f( 3 )式计算出阿伏伽德罗常数Ν，其中黏度k取值1. 35X103Ν·s/m2。
【专利摘要】本发明公开了一种布朗运动测量仪，包括底座、光源、观察片、支架、三轴程控电机、显微镜、摄像头、电脑，其中光源固定在底座的中间，支架固定在底座一侧，三轴程控电机固定在支架上，摄像头固定在显微镜上端，观察片放在显微镜下方的底座上表面，显微镜竖直固定在三轴程控电机上并可以在轴程控电机的控制下整体沿x轴、y轴、z轴三个方向移动。以前的装置通过显微镜观察布朗运动并测量位移时，只能测量实际位移在观察平面xy上的投影值，在z轴方向上的位移无法测量，测量误差大，导致最终的阿伏伽德罗常数测量结果比标准值大。本发明通过镜头自动寻踪技术，精确记录镜头xyz方向上的坐标位置，可以得到精确的位移测量结果，提高了测量的精度。
【IPC分类】G01N15/00
【公开号】CN105259081
【申请号】CN201510698438
【发明人】朱卫华, 张开骁, 刘明熠, 陶成君, 佟光恒
【申请人】河海大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月22日