一種測量不同溫度下液體粘滯系數的實驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提出了一種測量不同溫度下液體粘滯系數的實驗裝置。它采用一個一端封閉的玻璃圓筒，筒壁采用雙層結構，中間抽成真空，以起到良好的保溫效果，玻璃圓筒固定在底座上，通過底腳螺釘可將底座調水平。在玻璃圓筒內液體中靠上部分設置一半導體制冷裝置，用來冷卻待測液體，靠下部分設置一加熱裝置，用來加熱待測液體，中間部分設置一溫度傳感器，半導體制冷裝置、加熱裝置及溫度傳感器分別通過接口與溫度控制器相連接，通過按鍵可以設定待測液體的溫度。在玻璃圓筒外部設置上下兩個接近開關，接近開關通過接口與計時裝置相連接。本實用新型實驗過程中不需要反復調整，可以方便地測量高于室溫或低于室溫某一溫度下液體的粘滯系數。
【專利說明】一種測量不同溫度下液體粘滯系數的實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種大學物理實驗裝置，具體是涉及一種測量液體粘滯系數的實驗裝置。
【背景技術】
[0002]當液體流動時，平行于流動方向的各層流體速度都不相同，即存在著相對滑動，因此各層之間就存在摩擦力，阻礙液體的相對運動，這是一種內摩擦力，通常稱為粘滯力，其
方向平行于兩層液體的接觸面，其大小與接觸面處的速度梯度#及接觸面積S成正比，即
OX
粘滯力/ =城#，其中比例系數n稱為液體的粘滯系數，又稱為粘度，它是表征液體粘滯
αχ
性強弱的重要參數。對液體粘滯性的研究及測量非常重要，在流體力學、水利、醫療、化學化工等領域都有廣泛的應用。例如，在用管道輸送液體時，要根據輸送液體的流量、壓力差、輸送距離及液體粘滯系數大小來設計輸送管道的口徑，比方說在封閉管道中長距離輸送石油，設計管道前必須測量被輸石油的粘滯系數。另外，現代醫學研究表明，許多心血管疾病都與血液粘滯系數的變化有關，血液粘滯系數的增大可能引起多種心腦血管疾病和其他許多身體不適癥狀。因此，血液粘滯系數的大小是人體血液健康情況的重要標志之一。另外，液體粘滯系數的大小還取決于液體的溫度，溫度升高，粘滯系數將迅速減小。因此，測定液體在不同溫度的粘滯系數有重要的實際意義。
[0003]一般液體均具 有不同程度的粘滯性。測量液體粘滯系數的方法很多，有落球法、毛細管法、轉筒法、振動法等，大學物理實驗中一般采用落球法，因為這種方法簡單有效。通常米用一小球在粘滯液體中垂直下落，由于附著于小球表面的液層與周圍其他液層之間存在著相對運動，因此小球就會受到粘滯阻力作用，它的大小與小球下落的速度有關。小球開始下落時，由于速度比較小，所以阻力也不大；但隨著下落速度的增大，阻力也隨之增大，最后，小球受力平衡，最終將做勻速運動。測出小球勻速運動的速度，根據公式就可以計算出液體的粘滯系數。測速度所采取的方法通常是測量小球經過一段距離所用的時間，以前測時間是用秒表，誤差較大，隨著技術的進步，現在測量液體粘滯系數的裝置測時間大多采用光電計時器。現有的測量液體粘滯系數的裝置一般只能測室溫下液體的粘滯系數，而測量變溫液體粘滯系數的裝置一般采用水浴或油浴加熱的方法，只能測比較高溫度下液體的粘滯系數。目前測量液體粘滯系數的裝置主要存在以下不足:
[0004]其一，由于測時間采用光電計時器，需要小球下落過程中能同時遮擋住上下激光發射管發出的光線，稍有偏離則無法正常計時，因此實驗過程中往往需要反復調整激光發射管與接收管的位置，這個過程相當繁瑣；有些學生為了使小球下落過程中同時遮擋住上下激光發射管發出的光線，甚至將裝置調傾斜，不滿足鉛直條件，這樣勢必會影響實驗結果的準確性。
[0005]其二，由于測時間采用光電計時器，激光發射管發出的光線需要穿過待測液體，所以這種方法只適合測透明、半透明液體，無法測量不透明液體。
[0006]其三，采用水浴或油浴加熱的方法，只能測室溫或高于室溫情況下液體在不同溫度下的粘滯系數。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術的上述不足，本實用新型提出一種測量不同溫度下液體粘滯系數的實驗裝置，該裝置實驗過程中不需要反復調整，既可以測量高于室溫又可以測量低于室溫某一溫度下液體的粘滯系數。
[0008]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0009]采用一個一端封閉的玻璃圓筒，玻璃圓筒固定在底座上，通過底腳螺釘可以將底座調水平，在玻璃圓筒內液體中靠上部分設置一半導體制冷裝置，用來冷卻待測液體，靠下部分設置一加熱裝置，用來加熱待測液體，中間部分設置一溫度傳感器，在玻璃圓筒外部設置上下兩個接近開關。半導體制冷裝置、加熱裝置及溫度傳感器分別通過接口與溫度控制器相連接，通過溫度控制器上的按鍵可以設定待測液體的溫度，并可在溫度顯示屏上顯示出來。
[0010]玻璃圓筒的筒壁采用雙層結構，中間抽成真空，可以起到良好的保溫效果。
[0011]上下兩個接近開關分別通過接口與計時裝置相連接，時間顯示屏上顯示小球經過上下接近開關之間距離所用的時間。
[0012]通過溫度控制器上的按鍵設定待測液體的溫度，利用溫度傳感器測量待測液體的實際溫度，溫度控制器內部有微處理器進行控制，如果設定溫度低于實際溫度，則啟動半導體制冷裝置，冷卻待測液體，直到溫度降低到設定值；如果設定溫度高于實際溫度，則啟動加熱裝置，加熱待測液體，直到溫度增加到設定值。接下來，通過氣囊吸取一個小球，在液體上方接近玻璃圓筒中心軸線處釋放，小球進入液體最終將做勻速運動。當小球接近位于玻璃圓筒上方的接近開關一時，開關動作，給計時裝置一觸發信號，計時開始，當小球接近位于玻璃圓筒下方的接近開關二時，開關動作，給計時裝置一觸發信號，計時停止，時間顯示屏上顯示小球經過上下接近開關這段距離所用的時間。測出上下接近開關之間的距離，算出小球做勻速運動所對應的速度，代入公式就可計算出待測液體的粘滯系數。
[0013]本實用新型的有益效果是，該裝置可以測量不同溫度下，高于室溫或低于室溫，液體的粘滯系數，由于采用接近開關，只需實驗前將底座調水平，實驗過程中不需要反復調整激光發射管與接收管的位置，方便測量時間，不僅適用于測量透明、半透明液體，而且還可以測量不透明液體的粘滯系數。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0015]附圖是本實用新型的結構示意圖。
[0016]圖中1.氣囊，2.小球，3.玻璃圓筒，4.接近開關一，5.半導體制冷裝置，6.上調按鍵，7.溫度顯示屏，8.指示燈，9.復位按鍵，10.溫度設定按鍵，11.數字選擇按鍵，12.下調按鍵，13.加熱裝置，14.溫度傳感器，15.時間顯示屏，16.電源開關按鍵，17.復位按鍵，18.接近開關一接口，19.接近開關二接口，20.接近開關二，21.底腳螺釘。【具體實施方式】
[0017]圖中，一個一端封閉的玻璃圓筒3，筒壁采用雙層結構，中間抽成真空，以起到良好的保溫效果，玻璃圓筒固定在底座上，通過底腳螺釘21可以將底座調水平。待測液體注入玻璃圓筒3內，高度合適。在玻璃圓筒3內液體中靠上部分設置一半導體制冷裝置5，用來冷卻待測液體，靠下部分設置一加熱裝置13，用來加熱待測液體，中間部分設置一溫度傳感器14，半導體制冷裝置5、加熱裝置13及溫度傳感器14分別通過接口與溫度控制器相連接，通過溫度控制器上的溫度設定按鍵10，數字選擇按鍵11，上調按鍵6，下調按鍵12，可以設定待測液體的溫度，并可在溫度顯示屏7上顯示出來。在玻璃圓筒3外部上方設置接近開關一 4，下方設置接近開關二 20，接近開關一 4和接近開關二 20分別通過接口與計時裝置相連接。時間顯示屏15可以顯示測量時間。氣囊I用來吸取并釋放小球2。指示燈8用來指示待測液體溫度是否達到設定溫度，待測液體溫度不等于設定溫度，指示燈8顯示為紅燈，待測液體溫度達到設定溫度，指示燈8顯示為綠燈。
[0018]具體實驗操作步驟為:
[0019](1)調節底腳螺釘21，將底座調水平。
[0020](2)通過溫度控制器上的溫度設定按鍵10，數字選擇按鍵11，上調按鍵6，下調按鍵12，設定待測液體的溫度。利用溫度傳感器14測量待測液體的實際溫度，溫度控制器內部有微處理器進行控制，如果設定溫度低于實際溫度，則啟動半導體制冷裝置5，冷卻待測液體，直到溫度降低到設定值，指示燈8由紅燈變為綠燈；如果設定溫度高于實際溫度，則啟動加熱裝置13，加熱待測液體，直到溫度增加到設定值，指示燈8由紅燈變為綠燈。
[0021](3)通過氣囊I吸取一個小球2，在液體上方接近玻璃圓筒3中心軸線處釋放，小球2進入液體最終將做勻速運動，當小球2接近位于玻璃圓筒3上方的接近開關一 4時，開關動作，給計時裝置一觸發信號，計時開始，當小球接近位于玻璃圓筒下方的接近開關二 20時，開關動作，給計時裝置一觸發信號，計時停止，時間顯示屏15顯示小球2經過接近開關一 4和接近開關二 20之間距離所用的時間t。
[0022](4)用米尺測出接近開關一 4和接近開關二 20之間距離L，算出小球做勻速運動所對應的速度
【權利要求】
1.一種測量不同溫度下液體粘滯系數的實驗裝置，包括一個一端封閉的玻璃圓筒，玻璃圓筒固定在底座上，通過底腳螺釘可以將底座調水平，在玻璃圓筒內液體中靠上部分設置一半導體制冷裝置，用來冷卻待測液體，靠下部分設置一加熱裝置，用來加熱待測液體，中間部分設置一溫度傳感器，在玻璃圓筒外部設置上下兩個接近開關，其特征是:半導體制冷裝置、加熱裝置及溫度傳感器分別通過接口與溫度控制器相連接，通過溫度控制器上的按鍵可以設定待測液體的溫度，并可在溫度顯示屏上顯示出來。
2.根據權利要求1所述的測量不同溫度下液體粘滯系數的實驗裝置，其特征是:玻璃圓筒的筒壁采用雙層結構，中間抽成真空，可以起到良好的保溫效果。
3.根據權利要求1所述的測量不同溫度下液體粘滯系數的實驗裝置，其特征是:上下兩個接近開關分別通過接口與計時裝置相連接，時間顯示屏上顯示小球經過上下接近開關之間距離所用的時間。
【文檔編號】G01N11/12GK203551433SQ201320541312
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】田凱, 孫彩霞, 王寧, 王博, 楊東 申請人:黃河科技學院