專利名稱：碰撞沖擊指示器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種碰撞沖擊指示器，適用于貨物在搬運、運輸過程中的監(jiān)控，感應并記錄所受到的碰撞沖擊。
背景技術：
隨著商品流通的增加，特別是對外貿(mào)易的加大，在裝卸運輸過程中物品由于碰撞沖擊、跌落等引起的貨物損壞增多。貨物到達目的地后，每個貨物都拆箱檢查，工作量很大。因此，尋找一種簡單的能夠顯示、指示貨物受到過碰撞沖擊的方法很有必要。這方面國外開展了較多的工作，國內(nèi)還未見任何報道。從發(fā)表的文獻和專利上看，大部分技術和專利如美國專利5323729和6633454結構都很復雜，不經(jīng)濟，在貨物運輸過程中難于普及運用。美國專利4125085、4068613和4177751有一定的參考價值，但這三份專利都有較大的缺陷1)理論上行不通，利用沖擊力使液體只克服界面張力不能明確指示物體受到碰撞沖擊力的大小，在這類指示器碰撞沖擊原理中，液體的粘度起了關鍵性作用；2)液體介質不適合較寬溫度范圍內(nèi)的指示作用。他們利用的是乙二醇系列的液體，而乙二醇系列的水溶液在不同溫度時，其粘度變化很大，只能適用于溫度變化不大的條件下使用，如果指示器標定的沖擊力的使用溫度與實際應用溫度相差較大，則指示器指示的受到?jīng)_擊力大小偏差較大。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提供一種利用沖擊力克服液體粘度和張力、突破液氣界面而實現(xiàn)的碰撞沖擊指示器。
本實用新型的技術解決方案是一種碰撞沖擊指示器，包括外管，外管兩端設有密封端口，外管內(nèi)一端設有或不設有內(nèi)管，內(nèi)管一端與外管相通，內(nèi)管或外管一端設有指示溶液，指示溶液中含有顯色物質或與外管中液體或固體進行顯色反應的物質A，外管另一端為指示觀察區(qū)，其中裝入氣體或含有與指示溶液中的物質A進行顯色反應的物質B的液體或管壁上附著與指示溶液中的物質A進行顯色反應的物質C的固體層，外管內(nèi)兩端液體之間設有氣體分隔區(qū)，氣體與液體之間為氣液界面。
所述的指示溶液在管內(nèi)壁的潤濕角大于90°。
所述的指示溶液的凝固點為0～-50℃。
外管中的氣體是空氣或其他氣體。
所述的指示溶液中含有的顯色物質為濃度＜10％的水或醇可溶性的色素、染料或指示劑。
內(nèi)管中指示溶液所含物質A與外管中液體所含物質B進行絡合反應、酸堿反應或氧化還原反應，物質A或B之一是絡合指示劑、酸堿指示劑或氧化還原指示劑，指示溶液的粘度系數(shù)小于外管中液體的粘度系數(shù)。
內(nèi)管中指示溶液所含物質A與外管壁上附著的固體C進行絡合反應、酸堿反應、或氧化還原反應，物質A或C之一是絡合指示劑、酸堿指示劑或氧化還原指示劑。
所述的內(nèi)管和外管為玻璃管、透明硬質塑料管。
本實用新型外管或內(nèi)管中所盛的液體在預定或超過預定沖擊力的作用下，克服液體粘度和張力，突破液氣界面進入顯示區(qū)，如果飛出的液體是帶顏色的，直接指示所受到的沖擊力或碰撞，或者飛出的無色液體或有色液體在顯示區(qū)內(nèi)與顯示區(qū)內(nèi)原有的液體反應或者與顯示區(qū)管壁上的固體物質反應而指示受到過的沖擊或碰撞。本實用新型結構簡單，成本低，易于在貨物運輸過程中普及運用。碰撞沖擊指示器承受的最小沖擊加速度不但與液體張力有關而且與液體粘度有關。如果液體性質一定和盛液體的內(nèi)管的內(nèi)表面性質一定，取不同的內(nèi)管直徑制成的指示器可以指示貨物所受到的不同碰撞沖擊力?；蛘弑３謨?nèi)管直徑一定，取不同張力和粘度的液體也可以指示不同的碰撞沖擊力。由于不同溶液的粘度在不同溫度下，其值大小不同，本實用新型采用的氯化物指示溶液在指示器經(jīng)常使用的-30℃～70℃范圍溫度內(nèi)粘度變化絕對值較小，可以在較寬溫度范圍內(nèi)使用。


圖1為本實用新型實施例1結構示意圖。
圖2為本實用新型實施例2結構示意圖。
圖3為本實用新型實施例3結構示意圖。
圖4為本實用新型實施例4結構示意圖。
圖5為沸點為34℃、76℃、130℃、175℃、215℃的不同有機氟化物、水和50％濃度的乙二醇溶液粘度系數(shù)-溫度曲線圖。
圖6為50％重量含量的乙二醇溶液和氯化鈣溶液粘度系數(shù)-溫度曲線圖。
圖7為本實用新型應用實例1～3沖擊實驗結果圖。
圖8為本實用新型應用實例4～5沖擊實驗結果圖。
具體實施方式
實施例1碰撞沖擊指示器的結構如圖1所示，包括外管1，外管1兩端設有密封端口2、外管1內(nèi)一端設有內(nèi)管5，內(nèi)管5一端與外管1相通，所述的內(nèi)管5和外管1為玻璃管、透明硬質塑料管。內(nèi)管5中設有指示溶液6，外管1另一端為指示觀察區(qū)3，其中設有空氣或氮氣、氬氣等，內(nèi)管5中液體6與外管1中氣體之間為氣液界面4，內(nèi)管5中的指示溶液6包括低凝固點的溶液如5％～50％氯化鈉或氯化鈣、低沸點有機氟化物、10～70％多元醇類如乙二醇、一縮二乙二醇、二縮三乙二醇等和顯色物質構成。指示溶液6中的顯色物質可以是濃度＜10％的水或醇可溶性的色素(如胭脂紅、大紅等)、指示劑(如酸堿指示劑甲基橙、絡合指示劑鉻黑T、氧化還原指示劑二苯胺磺酸鈉等)或染料(如藏紅T等)。內(nèi)管5中的指示溶液6在預定或超過預定沖擊力的作用下，部分或全部液體克服粘度和張力，突破液氣界面4飛入外管1中的指示觀察區(qū)3，使觀察區(qū)3呈現(xiàn)液體的顏色(如紅色)。因此，當指示觀察區(qū)3變成預定的顏色(如紅色)，表示指示器受到過超過預定沖擊力的作用。
實施例2碰撞沖擊指示器的結構如圖2所示，包括外管1，外管1兩端設有密封端口2、外管1內(nèi)一端設有內(nèi)管5，內(nèi)管5一端與外管1相通，內(nèi)管5內(nèi)設有含有A物質的指示溶液6，外管1一端為指示觀察區(qū)3，其中設有含有B物質的液體，內(nèi)管5與外管1中液體之間設有氣體分隔區(qū)8，內(nèi)管5中液體與氣體分隔區(qū)8之間為氣液界面4，由于外管1內(nèi)含有B物質的40％的氯化鈣溶液的粘度比內(nèi)管5中含有A物質的30％的氯化鈣溶液的粘度大，且兩液體被氣體8分隔，不受到外力時，兩液體是分離的，在外力的作用下，內(nèi)管5中的指示溶液6克服粘度和張力的作用，突破液氣界面4進入外管1中，兩種液體中的A、B物質發(fā)生顯色反應，對于內(nèi)管液體中A物質與外管液體中B物質的顯色反應有幾種1)酸堿指示，如內(nèi)管中A物質為HCl，酸度PH＜1，外管中B物質為甲基橙，內(nèi)管5中指示溶液6進入外管1后，液體顏色由橙黃色變?yōu)榧t色。2)絡合反應，如內(nèi)管5中的A物質為Ca2+，外管1中B物質為鉻黑T(EBT，PH＝10)，內(nèi)管5中指示溶液6進入外管1后，EBT與Ca2+發(fā)生絡合反應，液體顏色由藍色變?yōu)榧t色。3)氧化還原反應，如內(nèi)管5中的A物質為Ce4+，外管1中B物質為二苯胺磺酸鈉，內(nèi)管5中指示溶液6進入外管1后，二苯胺磺酸鈉被Ce4+還原，液體顏色由無色變?yōu)樽霞t色。使觀察區(qū)3顯預定顏色，表示指示器受到過預定或超過預定的沖擊力的作用。
實施例3這類碰撞沖擊指示器的結構如圖3所示，包括外管1，外管1兩端設有密封端口2、外管1內(nèi)一端設有內(nèi)管5，內(nèi)管5一端與外管1相通，內(nèi)管5內(nèi)設有含有A物質的指示溶液6，外管1另一端為指示觀察區(qū)3，外管1壁上設有固體C物質層7，內(nèi)管5中液體與外管1中氣體之間為氣液界面4。在外力的作用下，內(nèi)管5中的指示溶液6克服粘度和張力的作用，突破液氣界面4進入外管1中，外管1壁上的固體物質C與指示溶液6中的物質A發(fā)生顯色反應，對于內(nèi)管5中A物質與外管1中固體C物質的顯色反應有幾種1)酸堿指示，如內(nèi)管5中A物質為HCl，酸度PH＜1，外管1中固體物質C為甲基橙，內(nèi)管5中指示溶液6進入外管1后液體顏色由橙黃色變?yōu)榧t色。2)絡合反應，如內(nèi)管5中的A物質為Fe3+，外管1中固體物質C為KSCN，內(nèi)管5中指示溶液6進入外管1后，SCN-與Fe3+發(fā)生絡合反應，液體顏色變?yōu)榧t色。3)氧化還原反應，如內(nèi)管5中的A物質為Ce4+，外管1中固體物質C為二苯胺磺酸鈉，內(nèi)管5中指示溶液6進入外管1后，二苯胺磺酸鈉被Ce4+還原，液體顏色變?yōu)樽霞t色。使觀察區(qū)3顯預定顏色，表示指示器受到過預定或超過預定的沖擊力的作用。
實施例4碰撞沖擊指示器的結構如圖4所示，包括外管1，外管1兩端設有密封端口2，指示溶液6裝入外管1一端，外管1另一端為指示觀察區(qū)3，其中裝入氣體或與指示溶液6進行顯色反應的液體或管壁上附著與指示溶液6進行顯色反應的固體7，氣體與液體之間為氣液界面4，外管1內(nèi)兩端液體之間設有氣體分隔區(qū)8。外管1中一端的指示溶液6在預定或超過預定沖擊力的作用下，部分或全部液體克服粘度和張力，突破液氣界面4飛入外管1另一端的指示觀察區(qū)3，其作用過程與實施例1～3相同，表示指示器受到過預定或超過預定的沖擊力的作用。
如圖4所示，在沖擊力的作用下，液體要飛出，必須克服液體粘度和張力，即下式成立mA＝F張+F粘(1)式1中m為飛出的液體質量(m＝πr2lρ，l是飛出的液柱長度，ρ是液體比重，πr2是液柱截面積)，A是指示器所受到的最小沖擊加速度，F(xiàn)張是張力，其表達式為F張＝πr2ΔP＝πr22ν/R(2)式2中ΔP＝2ν/R是液氣界面處液體內(nèi)外壓力差，ν是張力系數(shù)，R＝r/cosα(見圖4)，因為本實用新型的外管或內(nèi)管內(nèi)壁經(jīng)過處理其潤濕角大于90℃，所以α小于90℃。對于特定體積的液體飛出，由于粘度產(chǎn)生的阻力F粘可以由下式表達F粘＝kη (3)式3中k是一常數(shù)，η是液體粘度系數(shù)。把式2和3及m＝πr2lρ代入式1，整理得A=2νcosαlρr+kηr2ρ2πl---(4)]]>如果沖擊加速度以重力加速度g為單位，則上式變?yōu)锳=2νcosαlρrg+kηr2ρ2πlg=K1r+K2r2---(5)]]>其中K1＝2νcosα/lρg，K2＝kη/lρg2π。由此可見，指示器能承受的最小沖擊加速度不但與液體張力有關，而且液體粘度影響嚴重，這是本發(fā)明與其它專利(美國專利4125085、4068613和4177751)的根本區(qū)別之處。
由式5可見，如果液體性質一定、盛液體的內(nèi)管的內(nèi)表面性質一定，取不同的內(nèi)管直徑制成的指示器可以指示貨物所受到過的不同碰撞沖擊力。或者保持內(nèi)管直徑一定，取不同張力和粘度的液體也可以指示不同的碰撞沖擊力。這是本發(fā)明的理論依據(jù)所在。
由于不同溶液的粘度在不同溫度下其值大小不同，圖5和6顯示了不同沸點的有機氟化物、水、50％濃度的乙二醇和CaCl2溶液在不同溫度下的粘度系數(shù)，由圖5可見，低沸點的有機氟化物，如沸點為76℃的有機氟化物，在指示器經(jīng)常使用的范圍(負30℃到70℃)內(nèi)粘度的變化(絕對值)較小，只有0.85cSi，而乙二醇溶液的粘度則變化了近40cSi。由式5可見，乙二醇溶液或高沸點的有機氟化物溶液制成的指示器只能在較窄溫度范圍內(nèi)使用，即在天氣溫度變化不大的地區(qū)使用，如果溫度變化大，則誤差大。而較低沸點的有機氟化物和CaCl2溶液(其粘度隨溫度的變化見圖6)能在較寬溫度范圍內(nèi)使用。
下面是部分應用舉例。
例1-3例1-3用低冰點的乙二醇水溶液注入指示器內(nèi)管5，顯色物質用大紅或胭脂紅色素，1公斤指示溶液中各成分列于表1，指示溶液裝入不同半徑的碰撞沖擊指示器，進行沖擊實驗，指示器顯色，測量沖擊力大小，結果見圖7。圖7中■點、○點、▲點分別代表例1、2和3的實測數(shù)據(jù)，連線為各應用實例實驗數(shù)據(jù)用式5擬合的曲線。該類指示劑可以適用于溫度變化不大的條件下。
表1 應用實例1、2和3所用溶液組成

例4和5例4和5用低冰點的氯化鈣水溶液注入指示器內(nèi)管5，顯色物質用硫氰絡鐵或藏紅T，1公斤指示溶液中各成分列于表2，指示溶液裝入不同半徑的碰撞沖擊指示器，進行沖擊實驗，指示器顯色，測量沖擊力大小，結果見圖8。圖8中■點、○點分別代表例4和5的實測數(shù)據(jù)，連線為各應用實例實驗數(shù)據(jù)用式5擬合的曲線。該類指示劑適用于不同溫度(-35℃到70℃)條件下。
表2 應用實例4和5所用溶液組成
權利要求1.一種碰撞沖擊指示器，包括外管(1)，外管兩端設有密封端口(2)，其特征在于外管(1)內(nèi)一端設有或不設有內(nèi)管(5)，內(nèi)管(5)一端與外管(1)相通，內(nèi)管(5)或外管(1)一端設有指示溶液(6)，指示溶液(6)中含有顯色物質或與外管中液體或固體進行顯色反應的物質A，外管(1)另一端為指示觀察區(qū)(3)，其中裝入氣體或含有與指示溶液中的物質A進行顯色反應的物質B的液體或管壁上附著與指示溶液中的物質A進行顯色反應的物質C的固體層(7)，外管(1)內(nèi)兩端液體之間設有氣體分隔區(qū)(8)，氣體與液體之間為氣液界面(4)。
2.如權利要求1所述的碰撞沖擊指示器，其特征在于所述的指示溶液(6)在管內(nèi)壁的潤濕角大于90°。
3.如權利要求1或2所述的碰撞沖擊指示器，其特征在于所述的指示溶液(6)的凝固點為0～-50℃。
4.如權利要求1所述的碰撞沖擊指示器，其特征在于外管(1)中的氣體是空氣或其他氣體。
5.如權利要求1所述的碰撞沖擊指示器，其特征在于所述的指示溶液(6)中含有的顯色物質為濃度＜10％的水或醇可溶性的色素、染料或指示劑。
6.如權利要求1所述的碰撞沖擊指示器，其特征在于內(nèi)管(5)中指示溶液(6)所含物質A與外管(1)中液體所含物質B進行絡合反應、酸堿反應或氧化還原反應，物質A或B之一是絡合指示劑、酸堿指示劑或氧化還原指示劑，指示溶液(8)的粘度系數(shù)小于外管(1)中液體的粘度系數(shù)。
7.如權利要求1所述的碰撞沖擊指示器，其特征在于內(nèi)管(5)中指示溶液(6)所含物質A與外管(1)壁上附著的固體C進行絡合反應、酸堿反應、或氧化還原反應，物質A或C之一是絡合指示劑、酸堿指示劑或氧化還原指示劑。
8.如權利要求1所述的碰撞沖擊指示器，其特征在于所述的內(nèi)管(5)和外管(1)為玻璃管、透明硬質塑料管。
專利摘要本實用新型涉及一種碰撞沖擊指示器，適用于貨物在搬運、運輸過程中的監(jiān)控，感應并記錄所受到的碰撞沖擊。本實用新型提供一種利用沖擊力克服液體粘度和張力、突破液氣界面而實現(xiàn)的碰撞沖擊指示器。本實用新型包括外管，外管內(nèi)一端設有或不設有內(nèi)管，內(nèi)管或外管一端設有指示溶液。本實用新型外管或內(nèi)管中所盛的液體在預定或超過預定沖擊力的作用下，克服液體粘度和張力，突破液氣界面進入顯示區(qū)，指示所受到的沖擊力或碰撞，本實用新型結構簡單，成本低，易于在貨物運輸過程中普及運用。本實用新型適用于在較寬溫度范圍內(nèi)使用。
文檔編號G01L1/24GK2723989SQ20042004180
公開日2005年9月7日 申請日期2004年4月21日 優(yōu)先權日2004年4月21日
發(fā)明者萬俊生 申請人:萬俊生