液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的在于提供一種液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，從而，有效地減小實(shí)驗(yàn)誤差，提高測量結(jié)果的精確度。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：一種液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，包括：液筒，為立式結(jié)構(gòu)，用于盛裝待測液體；筒蓋，為底面在上且頂部開有中心孔的漏斗形筒蓋，用于實(shí)驗(yàn)用小球順導(dǎo)并經(jīng)中心孔通過；豎桿，平行于液筒軸線設(shè)置；以及上檢測元件，設(shè)置在豎桿上下方向預(yù)定位置處，構(gòu)成起點(diǎn)檢測位檢測元件；下檢測元件，設(shè)置在豎桿上相對(duì)于上檢測元件的下方，而構(gòu)成終點(diǎn)檢測位檢測元件。
【專利說明】液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量的儀器。

【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)液體粘滯系數(shù)的測量不僅是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)基本內(nèi)容，而且對(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展都有重大影響?，F(xiàn)在通過落球法測量測定液體的粘滯系數(shù)的方法很多，各有所長，無法取長補(bǔ)短，且存在以下的缺陷:實(shí)驗(yàn)所用小球直徑較小(約I mm)，小球的下落軸線不好控制，對(duì)斯托克斯定律要求的“無限廣延”條件，無法做到最大化滿足。
[0003]實(shí)驗(yàn)中，規(guī)格相同的不同小球，依次落入液體中測量終極速度，實(shí)驗(yàn)是在不等精度條件下進(jìn)行的；當(dāng)前落球法主要采用人工計(jì)時(shí)，人為因素影響比較大，使得時(shí)間測量誤差較大，測量范圍極其狹窄，只能測量透明且粘滯系數(shù)較大的液體。
[0004]另外，在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)儀器周圍環(huán)境溫度會(huì)有小的波動(dòng)變化。由于小球下落過程中隨著各管直徑的不同，管內(nèi)液體隨外界溫度變化的幅度也不一致，這就造成了各管內(nèi)部溫度值的不同，從而產(chǎn)生較大的誤差，并且只能測量當(dāng)時(shí)室溫下的液體粘滯系數(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，從而，有效地減小實(shí)驗(yàn)誤差，提高測量結(jié)果的精確度。
[0006]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，包括:
[0008]液筒，為立式結(jié)構(gòu)，用于盛裝待測液體；
[0009]筒蓋，為底面在上且頂部開有中心孔的漏斗形筒蓋，用于實(shí)驗(yàn)用小球順導(dǎo)并經(jīng)中心孔通過；
[0010]豎桿，平行于液筒軸線設(shè)置；以及
[0011]上檢測元件，設(shè)置在豎桿上下方向預(yù)定位置處，構(gòu)成起點(diǎn)檢測位檢測元件；
[0012]下檢測元件，設(shè)置在豎桿上相對(duì)于上檢測元件的下方，而構(gòu)成終點(diǎn)檢測位檢測元件。
[0013]依據(jù)本實(shí)用新型的液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，基于兩個(gè)方面保證測量結(jié)果的精確度，一個(gè)方面是設(shè)置具有特定結(jié)構(gòu)的筒蓋，可以對(duì)小球進(jìn)行順導(dǎo)，從而使小球的下落軸線處于相對(duì)可控的狀態(tài)。另一方面，采用檢測元件，而非人工計(jì)時(shí)的方式，基于機(jī)器識(shí)別的快速響應(yīng)特性，產(chǎn)生精確的計(jì)時(shí)。因此，基于本實(shí)用新型的上述結(jié)構(gòu)，能夠減小實(shí)驗(yàn)的誤差，并提高測量結(jié)果的精確度。
[0014]上述液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，所述上檢測元件和下檢測元件為光電檢測元件，容易配置，且能夠滿足測量精度的要求。
[0015]上述液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，所述豎桿配置為兩根，而分居于液筒的兩側(cè)，從而光電檢測元件采用對(duì)射型光電傳感器而相應(yīng)配置在兩豎桿上，能夠有效避免高反光物體的干擾，提高檢測的準(zhǔn)確性。
[0016]上述液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，所述液筒的筒底為錐頂在上的正錐形筒底，借助于錐頂，可以有效的確定小球是否沿著液筒軸線下行。
[0017]上述液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，還包括溫控系統(tǒng)，包括溫控裝置和該溫控裝置輸出控制的溫控元件，其中溫控元件配置在液筒上，降低環(huán)境溫度對(duì)測量的影響。
[0018]上述液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，所述溫控元件配置在液筒的非豎桿所在側(cè)，避免對(duì)檢測元件的負(fù)面影響。
[0019]上述液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，所述溫控元件包括用于采集液筒溫度的熱電偶，也用于調(diào)溫的水循環(huán)水套，具有一定的保溫能力。
[0020]上述液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，所述溫控裝置包括用于輸入連接熱電偶的溫控儀，緊湊性好，不必做重新設(shè)計(jì)，該溫控儀輸出連接有加熱裝置，該加熱裝置對(duì)水循環(huán)水套的水箱進(jìn)行加熱。
[0021]上述液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，還包括一支撐液筒的底板，該底板配有成三角形分布的可調(diào)支腳的調(diào)整，使液筒處于豎直狀態(tài)，相應(yīng)地，還配有設(shè)置在底板上的水平儀。
[0022]優(yōu)選地，所述水平儀為設(shè)置在底板上的水泡水平儀，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為依據(jù)本實(shí)用新型的一種液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0024]圖2為一種液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:1.筒底，2.計(jì)時(shí)終點(diǎn)線，3.液筒，4.筒蓋，5.中心孔，6.液面，7.計(jì)時(shí)起點(diǎn)線，8.底板,9.托架，10.液標(biāo)，11.可調(diào)支腳。12.光電傳感器,13.光電傳感器,14.豎桿。

【具體實(shí)施方式】
[0026]依據(jù)本實(shí)用新型較佳的實(shí)施例的原理說明:
[0027]根據(jù)對(duì)現(xiàn)有儀器及實(shí)驗(yàn)方法的分析，汲取不同方法的優(yōu)點(diǎn)，取代單一的實(shí)驗(yàn)分析方法。儀器主要實(shí)現(xiàn)了落球法與升球法共同測量液體粘滯系數(shù)。利用PID及水循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫度的恒定控制；利用三腳調(diào)平設(shè)計(jì)并配合水平儀進(jìn)行調(diào)平；利用“漏斗狀”筒蓋4以保證小球從液筒3中心下落與上升，漏斗狀的設(shè)計(jì)還可以保證小球以很小的速度從液筒3中心處下落；此套新型儀器還將液筒3底部改成了錐形，這樣小球在落到液筒底部時(shí)方便回收，同時(shí)錐形的筒底I與“漏斗狀”的筒蓋4首尾呼應(yīng)，可以雙向監(jiān)測下降與上升的小球是否在中軸線上。
[0028]加以輔助地，為了利于液筒豎直狀態(tài)的調(diào)整，還包括一支撐液筒的底板，該底板配有成三角形分布的可調(diào)支腳的調(diào)整，使液筒處于豎直狀態(tài)，相應(yīng)地，還配有設(shè)置在底板上的水平儀，通過可調(diào)支腳。
[0029]水平儀采用最簡單的水泡水平儀，如圖1中所示的液標(biāo)10，用于確定水泡中的氣泡處于其頂端，方便調(diào)整，且成本比較低。
[0030]依據(jù)前述的原理說明，接合說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型較佳的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]首先關(guān)于液筒3，采用立式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或者說是豎直設(shè)置，匹配小球下落的重力線方向，也就是豎向，如圖1所示，液筒3用于承裝待測液體，圖中標(biāo)號(hào)“6”指代液面，小球進(jìn)入之后有一個(gè)加速過程，直到小球處于平衡狀態(tài)，也就是重力與液體阻力、粘滯力平衡，小球處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么計(jì)時(shí)起點(diǎn)線7所處的液位處，小球需要處于平衡狀態(tài)，然后選擇一個(gè)計(jì)時(shí)終點(diǎn)線2，用于整體的計(jì)算。
[0032]關(guān)于筒蓋4,為底面在上且頂部開有中心孔5的漏斗形筒蓋,或者說漏斗應(yīng)該有中心孔5，刻意強(qiáng)調(diào)中心孔5表示筒蓋4順導(dǎo)小球從液筒3的中心處下落，從而用于實(shí)驗(yàn)用小球順導(dǎo)并經(jīng)中心孔5通過，以保證測量的準(zhǔn)確性。
[0033]進(jìn)一步配置豎桿14，如圖2所示，平行于液筒3的軸線配置，用于安裝檢測元件，可以直接對(duì)小球進(jìn)行到位檢測。
[0034]加以匹配的，檢測元件分成兩組，匹配前述的計(jì)時(shí)起點(diǎn)線7和計(jì)時(shí)終點(diǎn)線2，形成一個(gè)計(jì)時(shí)區(qū)間，用于小球平衡狀態(tài)下速度的計(jì)算。
[0035]一個(gè)直徑為d的小球在靜止的液體中下落時(shí)，豎直方向受到三個(gè)力的作用:重力，液體作用于小球的浮力和粘滯阻力。如果小球速度V很小，且液體在各方向上都無限廣闊，則從流體力學(xué)基本方程可以導(dǎo)出粘滯阻力的斯托克斯公式。
[0036]當(dāng)小球的密度較大，直徑不是很小，而液體的粘滯系數(shù)較小時(shí)，小球在液體中的平衡速度\會(huì)相對(duì)較大。
[0037]依據(jù)本實(shí)用新型的上述結(jié)構(gòu)，可以最大限度的滿足實(shí)驗(yàn)理論斯托克斯理論成立條件為基礎(chǔ)，重新設(shè)計(jì)制作了這套儀器，以最大程度減小實(shí)驗(yàn)誤差。
[0038]關(guān)于檢測元件，在此處顯然需要采用非接觸式檢測，非接觸式檢測主要借助于當(dāng)前使用比較廣泛的聲、光或者電磁效應(yīng)，例如采用超聲，利用超聲回波的變化進(jìn)行小球經(jīng)過檢測點(diǎn)的準(zhǔn)確檢測。
[0039]在一些實(shí)施例中，采用光電設(shè)備，靈敏性高，只需要按要求配置相關(guān)的光電設(shè)備即可，方便布置，在此條件下，液筒3需要配置為透明度良好的液筒，如透明玻璃材質(zhì)的液筒3或者透明度比較好的塑料材質(zhì)的液筒3。
[0040]關(guān)于光電檢測元件，主要是光電傳感器，光電傳感器目前主要有三種類型，分別是對(duì)射型、鏡反射型、漫反射型，三種光電傳感器都可以用于移動(dòng)物體的檢測，各有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)在結(jié)構(gòu)配置上都是兩邊工作，以滿足發(fā)射對(duì)接收，或者發(fā)射對(duì)反射的基本配置。
[0041]有鑒于此，液筒3本身應(yīng)當(dāng)不具備較高的反射能力，從而避免產(chǎn)生誤信號(hào)。
[0042]如對(duì)射型的光電傳感器，優(yōu)點(diǎn)主要是能夠滿足較長距離的檢測，性能相對(duì)比較好，缺點(diǎn)則是兩邊都需要接線，需要兩光電傳感器嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，成本相對(duì)較高。
[0043]由于其他類型的光電傳感器為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。
[0044]下面再看溫度控制，在于液體在不同溫度條件下的粘度會(huì)有所不同，溫度的變化會(huì)影響粘滯系數(shù)的檢測準(zhǔn)確性。因而，需要使實(shí)驗(yàn)最好在溫度可控的條件下完成。
[0045]自然，在一些應(yīng)用，可以在恒溫室來完成，但對(duì)于如大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，這種要求過于苛刻。
[0046]由于水的比熱最大，為了更好的控制溫度，可以采用水浴的方式進(jìn)行溫度控制，但水浴會(huì)影響檢測和布線，在此條件下，可以采用其他的溫度控制方式。
[0047]因而，在一些實(shí)施例中，可以在液筒3上布置半包圍結(jié)構(gòu)的水套，避免光電傳感器的檢測受到影響。
[0048]水套內(nèi)的水采用循環(huán)控制，外部設(shè)置水循環(huán)的水箱和泵浦，同時(shí)需要對(duì)液筒3進(jìn)行溫度檢測，形成閉環(huán)控制。
[0049]溫度檢測主要采用溫度傳感器，諸如熱電偶的檢測元件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，且成本較低，便于大范圍推廣使用。
[0050]通過閉環(huán)控制，使液筒處于溫度可控的狀態(tài)。
[0051]本文將最為常用的落球法、升球法、多管法相結(jié)合，設(shè)計(jì)的新型液體粘滯系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置。再進(jìn)一步的應(yīng)用中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以通過主控芯片STM32單片機(jī)進(jìn)行處理，并利用串口將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，利用matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)的深層處理。在此裝置上加入的恒溫控制系統(tǒng)和小球中軸定位系統(tǒng)，以減小溫度和在液體中的運(yùn)動(dòng)位置對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，效果顯著。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析證明，儀器的改進(jìn)確實(shí)有效地減小了實(shí)驗(yàn)誤差，提高了測量結(jié)果的精確度。
【權(quán)利要求】
1.一種液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，其特征在于，包括: 液筒(3)，為立式結(jié)構(gòu)，用于盛裝待測液體； 筒蓋(4)，為底面在上且頂部開有中心孔(5)的漏斗形筒蓋，用于實(shí)驗(yàn)用小球順導(dǎo)并經(jīng)中心孔(5)通過； 豎桿(14)，平行于液筒軸線設(shè)置；以及 上檢測元件，設(shè)置在豎桿(14)上下方向預(yù)定位置處，構(gòu)成起點(diǎn)檢測位檢測元件； 下檢測元件，設(shè)置在豎桿(14)上相對(duì)于上檢測元件的下方，而構(gòu)成終點(diǎn)檢測位檢測元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，其特征在于，所述上檢測元件和下檢測元件為光電檢測元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，其特征在于，所述豎桿(14)配置為兩根，而分居于液筒(3 )的兩側(cè)，從而光電檢測元件采用對(duì)射型光電傳感器而相應(yīng)配置在兩豎桿(14)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，其特征在于，所述液筒(3)的筒底為錐頂在上的正錐形筒底。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，其特征在于，還包括溫控系統(tǒng)，包括溫控裝置和該溫控裝置輸出控制的溫控元件，其中溫控元件配置在液筒(3)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，其特征在于，所述溫控元件配置在液筒(3)的非豎桿(14)所在側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，其特征在于，所述溫控元件包括用于采集液筒(3 )溫度的熱電偶，也用于調(diào)溫的水循環(huán)水套。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，其特征在于，所述溫控裝置包括用于輸入連接熱電偶的溫控儀，該溫控儀輸出連接有加熱裝置，該加熱裝置對(duì)水循環(huán)水套的水箱進(jìn)行加熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，其特征在于，還包括一支撐液筒(3)的底板(8)，該底板(8)配有成三角形分布的可調(diào)支腳(11)，相應(yīng)地，還配有設(shè)置在底板(8)上的水平儀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的液體粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量儀器，其特征在于，所述水平儀為設(shè)置在底板(8)上的水泡水平儀。
【文檔編號(hào)】G01N11/12GK204142603SQ201420621010
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】王俊平, 陳慶東 申請(qǐng)人:濱州學(xué)院