CN111337386A - 基于图像识别的流体粘滞系数测量仪 - Google Patents

Abstract

基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，包括绝热底座、加热丝、半导体制冷片模块、底座盖、支架、光电门、砝码夹、Y型支撑架、定滑轮、水平仪、显示屏、操作盘、光电计时器、气体测量筒、液体测量筒、储气瓶、电子秤、长刻度尺、摄像头、三脚架。本发明采用升球法，可以测量液体、气体的粘滞系数；采用的装置可以达到快速变温、精确控温。实验时，通过基于Visual Studio2017+opencv4.0.0+cpp开发的程序，通过摄像头追踪砝码下落，旁置长刻度尺，通过比较帧间追踪框下落的刻度条数得出砝码下落的实时速度，对采集的数据采用推导出的公式进行拟合，得出流体的粘滞系数。此装置运算精度高，实用性、适用性强，可深入拓展研究性能高，演示直观，操作简便。

Description

基于图像识别的流体粘滞系数测量仪

技术领域

本发明涉及物理学实验仪器领域，特别是基于图像识别的流体粘滞系数测量仪。

背景技术

流体的粘滞系数是描述流体内摩擦力性质的一个重要物理量。粘滞系数除了因材料而异之外还比较敏感的依赖温度，液体的粘滞系数随着温度升高而减少，气体则反之，大体上按正比于的规律增长。研究流体液体的粘滞系数，不仅在材料科学研究方面，而且在工程技术以及其他领域有很重要的作用。

传统测定液体粘滞系数的方法有毛细管法、旋转法、落针法和落球法等。相比前三种方法，落球法由于原理简单且能够直观地展示现象而被广泛采用。传统落球法测定液体粘滞系数分析的出发点是斯托克斯公式F＝6πηrv(式中，F为小球受到的与运动方向相反的粘滞阻力，η为液体的粘滞系数，r为小球的半径，v为小球的运动速度)

但是，传统落球法测定粘滞系数的实验只适用于粘滞系数较大的液体，对于粘滞系数较低的流体如空气等，由于小球下落达到收尾速度后开始进行匀速运动状态的距离较长，难以进行实验,因此无法适用；除此以外，传统落球法测定粘滞系数的仪器内部的液体受环境温度影响极大，采用的将环境温度数值作为液体温度数值极大的失去了准确性；并且，小球下落时的数据采集均依靠人工，误差较大。因此，最终测得的粘滞系数数据误差较大。

目前，有不少对传统落球法测定粘滞系数实验进行改进的方案。但多种改进方案中，仍存在有多种客观因素导致实验数据有误：(1)使用两个光电门对在液体内落下的小球进行监测，但是光的传播在液体中会受到影响，导致数据读取会有较大误差；(2)采用升球法并用两组光电门分布于上下对下落的砝码进行测速，但是仍是用手进行释放，砝码容易晃动，没有解决砝码下落时会摆动的问题；(3)采用线阵CCD进行测速，但是没有对实验环境的温度进行控制，导致实验时所测液体的粘滞系数一直在受温度改变的影响；(4)对仪器进行水浴加热，但是由于水的热惯性较强，很难实现精确、快速的控温、变温；(5)采用升球法进行水汽混合物粘滞系数的测定，但由于只是用了一个定滑轮，最终砝码容易掉进水汽混合物中。除此以外，目前市场上还没有任何一种实验改进可以同时测定高粘滞系数的流体和低粘滞系数的流体；并且，目前对于实验速度采集的部分多是理想化的认为小球是匀速运动，与实际情况相差较大。粘滞系数测定装置中多存在精度低、过于理想化、适用性不高的问题。且许多改进装置外设接线较多、实验繁琐。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其具体技术方案如下：基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，包括绝热底座、加热丝、半导体制冷片模块、底座盖、支架、光电门、砝码夹、Y型支撑架、定滑轮、水平仪、显示屏、操作盘、光电计时器、气体测量筒、液体测量筒、储气瓶、电子秤、长刻度尺、摄像头、三脚架；

所述绝热底座为中空结构，所述绝热底座的内底面周向呈凹槽状，形成绝热底座底槽，所述绝热底座的内底面中心内嵌设有绝热底座铜片，铜片通过导线与主控芯片实现电连接；所述绝热底座的顶端外壁周向设有承重环；所述加热丝设置于绝热底座内壁；所述半导体制冷片模块设置于绝热底座内壁；所述底座盖翻盖于绝热底座的顶端；支架设置于绝热底座的顶端一侧，并与所述承重环插接固定；所述光电门的数量为两个，设置于支架的一侧，两个所述光电门呈近距离相对设置，每个所述光电门通过支架臂与支架的一侧固定连接；所述砝码夹设置于所述光电门的底端，且通过支架臂与支架的一侧固定连接；所述Y型支撑架设置于支架的顶端，所述Y型支撑架的底端与支架的顶端插接，并通过承重调平螺栓实现固定；所述Y型支撑架的两侧顶端均呈镂空状结构，形成定滑轮槽；所述定滑轮的数量为两个，所述定滑轮分别嵌入设置于所述定滑轮槽内，并与Y型支撑架呈转动设置；所述水平仪横向设置于所述Y型支撑架的顶端中心，水平调节螺栓设置于Y型支撑架的两侧底端，每个水平调节螺栓依次贯穿支架、Y型支撑架并伸入水平仪的两侧，实现水平仪与Y型支撑架固定；所述显示屏设置于所述绝热底座的底端一侧面，两个所述显示屏呈上下设置；所述操作盘设置于显示屏的一侧；所述光电计时器设置于所述绝热底座的一侧；所述气体测量筒设置于绝热底座内，所述气体测量筒包括气体盖、气体测量主筒、气体测量筒保险扣、第一气阀栓、第二气阀栓和第三气阀栓，所述气体盖设置于所述气体测量主筒的顶端，所述气体盖通过气体测量筒保险扣与所述气体测量主筒实现固定，所述第一气阀栓设置于所述气体盖的顶面一侧，所述第二气阀栓设置于所述气体盖的顶面另一侧，所述第三气阀栓设置于所述气体测量主筒的底端一侧；所述液体测量筒设置于绝热底座内，所述液体测量筒包括液体盖、液体测量主筒和液体测量筒保险扣，所述液体盖设置于梭梭树液体测量主筒的顶端，所述液体盖通过液体测量筒保险扣与所述液体测量主筒实现固定；所述储气瓶的底端分别设有第一气泵、第二气泵和第三气泵，第一气泵和第三气泵的抽气口均连接于储气瓶内，第一气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的入气口连接，第三气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒下方的入气口连接，第二气泵的抽气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的出气口连接。长刻度尺设置于绝热底座的一侧，呈竖直设置；摄像头设置于长刻度尺的一侧，且摄像头同时可拍摄砝码与长刻度尺；三脚架支撑摄像头。

进一步的，所述绝热底座呈圆筒状结构，为双层结构；所述绝热底座的内壁和外壁均采用铝合金材料，内壁与外壁之间采用聚氨酯泡沫填充。

进一步的，所述绝热底座底槽呈圆环状结构，所述绝热底座底槽的内径、深度与所述气体测量筒、液体测量筒的底端相适应，所述绝热底座底槽的外径略大于所述气体测量筒、液体测量筒的外径。

进一步的，所述加热丝层叠设置于绝热底座的内壁内，呈均匀设置，每层所述加热丝互相连接，每层所述加热丝呈“C”字形结构。

进一步的，所述半导体制冷片模块包括散热器、半导体制冷片、硅脂、隔热垫片、导冷片和风扇，所述隔热垫片贴合设置于绝热底座的内壁，所述导冷片通过硅胶与隔热垫片实现贴合固定，所述导冷片与半导体制冷片连接，半导体制冷片配合散热器并通过风扇实现强制散热。

进一步的，所述绝热底座内设置的导冷片为两层，每层所述导冷片的数量为四个，周向设置于所述绝热底座的内壁，每侧所述导冷片的侧面与液体测量筒的外壁贴合设置。

进一步的，所述支架包括固定块、支撑杆和侧杆，所述固定块的截面呈“匚”字形结构，所述固定块一侧嵌入承重环的外侧，实现固定块与绝热底座固定；所述支撑杆设置所述固定块的顶端，并呈垂直固定连接，所述支撑杆呈“T”字形结构，所述支撑杆的顶端设有支撑杆顶槽；所述侧杆对称设置于所述支撑杆的顶端两侧。

进一步的，所述气体测量主筒的底端外侧周向呈凸块状结构，形成气体测量主筒卡块，所述气体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽，实现所述气体测量主筒与绝热底座固定。

进一步的，所述气体测量主筒的内底面设有气体温度传感器和气体压力传感器，所述气体测量主筒的底端中心设有气体筒铜制凸台，所述气体筒铜制凸台的一端透过气体测量主筒与气体温度传感器、气体压力传感器电连接，所述气体筒铜制凸台的另一端与绝热底座铜片接触。

进一步的，所述液体测量主筒的底端外侧周向呈凸块状结构，形成液体测量主筒卡块，所述液体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽，实现所述液体测量主筒与绝热底座固定。

进一步的，所述液体测量主筒的内底面设有液体温度传感器，所述液体测量主筒的底端中心设有液体筒铜制凸台，所述液体筒铜制凸台的一端透过液体测量主筒与液体温度传感器电连接，所述液体筒铜制凸台的另一端与绝热底座铜片接触。

进一步的，所述采用主控芯片选用STC15W4K32S4单片机，所述主控芯片的输入端通过导线与气体温度传感器、气体压力传感器、液体温度传感器和按键模块实现电连接；所述主控芯片的输出端通过导线与显示屏、按键模块、加热丝继电器和半导体制冷片模块继电器实现电连接。

基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其实验步骤为：

(1)对实验器材进行准备；

①将各部分仪器分别按照设计尺寸进行制作完成；

②将储气瓶内充满高纯度、高压强的测量气体，并计算出储气瓶内部气体的密度ρ0；

③选取十个小球进行承重，取平均值，得到单个小球的质量m；并使用螺旋测微器多次测量取平均值，测出小球的直径d，其中

(r为小球半径，V为小球体积)；并将单个小球与细线进行捆扎固定；

④选取质量为M的砝码；

⑤查找获取当地的重力加速度g；

⑥记录下测量流体的密度ρ；

⑦用游标卡尺测出气体测量筒的内直径D1和液体测量筒内直径D2；

(2)对绝热底座进行装配；将加热丝和半导体制冷片模块装配于绝热底座的内壁内，将按键模块和显示屏装配于绝热底座的底面一侧，并在绝热底座内部打好合适的孔路，将加热丝电路、半导体制冷片模块电路、主控芯片、显示屏连接电路放入操作盘内；

(3)对支架进行装配、调教；将承重环设置高度后并锁紧固定于绝热底座上，将支架的固定块卡于承重环外壁；将Y型支撑架插入于支撑杆顶槽内，通过承重调平螺栓将支架与Y型支撑架进行固定；观察Y型支撑架顶面的水平仪，调节支架两侧的水平调节螺栓将Y型支撑架调至水平；再将两个定滑轮嵌入对应定滑轮槽内；

(4)测量液体粘滞系数；

①将小球放在液体测量筒内底端的半球形凹槽内，在液体测量筒内部放置好高度为H的测量流体，再将细线从液体盖中心的小孔中引出，用液体测量筒保险扣将液体测量主筒和液体盖的把手固定；

②将液体测量筒放置在绝热底座内部，液体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽中，液体筒铜制凸台接触绝热底座铜片；再将细线从底座盖的中心的小孔引出，绕过两个定滑轮，连接在被固定在砝码夹上的砝码上，并将底座盖安装好；

③激活加热丝电路、半导体制冷片模块电路和显示屏连接电路，通过按键模块设定温度值，使加热丝进行加热，直至液体温度传感器所测温度达到设定的温度值，并且将温度相对稳定在设定温度值附近；

④运行计算机中的追踪程序，锁定砝码；

⑤实验开始时，松开砝码夹使得砝码下落，程序处理追踪框帧间变化时砝码经过长刻度尺的刻度个数，从而获取实时速度数据v以及对应的时间数据t；同时，光电门记录细线摆动情况，舍弃掉摆动时间的数据；

⑥重新设定③中的设定温度值，接着重复④⑤步骤，达到在不同设定温度条件下，液体粘滞系数测定的效果；

(5)测量气体粘滞系数；

①将小球放在气体测量筒内底端的半球形凹槽内，此时气体测量筒内流体高度H即为气体测量筒的深度，再将细线从气体盖中心的小孔中引出，用气体测量筒保险扣将气体测量主筒和气体盖的把手固定；

②接着将气体测量筒放置在电子秤上，并通过透明塑料软管分别与储气瓶上的第一气泵、第二气泵和第三气泵连接好，此时电子秤所测重量为m；

③计算出只有测量气体充斥在气体测量筒内且密度为ρ时电子秤(34)显示的质量M；若是测量筒内空气密度ρ₀>ρ，则先旋开第一气阀栓，并激活第二气泵进行抽气，一段时间后旋开第三气阀栓并激活第三气泵进行输气，当电子秤显示质量为M时停止第二气泵、第三气泵工作，并旋紧第一气阀栓和第三气阀栓；若是测量筒内空气密度ρ₀<ρ，则先旋开第一气阀栓并激活第二气泵进行抽气，一段时间后旋开第二气阀栓并激活第一气泵进行输气，当电子秤显示质量为M时停止第一气泵、第二气泵工作，并旋紧第一气阀栓和第二气阀栓；

④将气体测量筒放置在绝热底座的内部，气体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽中，气体筒铜制凸台接触绝热底座铜片；再将细线从底座盖的中心的小孔引出，绕过两个定滑轮，连接在被固定在砝码夹上的砝码上，并将底座盖安装好；

⑤激活加热丝电路、半导体制冷片模块电路和显示屏连接电路，通过按键模块设定温度值，使加热丝进行加热，直至液体温度传感器所测温度达到设定的温度值，并且将温度相对稳定在设定温度值附近；同时，气压保持稳定；

⑥运行计算机中的追踪程序，锁定砝码；

⑦实验开始时，松开砝码夹使得砝码下落，程序处理追踪框帧间变化时砝码经过长刻度尺的刻度个数，从而获取实时速度数据v以及对应的时间数据t；同时，光电门记录细线摆动情况，舍弃掉摆动时间的数据；

⑧不改变⑤中的设定温度值，调节第一气阀栓和第三气阀栓对气体测量筒内部进行输、放气，改变气压大小重新进行实验，达到恒温变压情况下，重复⑥⑦进行重复测定气体粘滞系数；不改变气压，重新设定⑤中温度值，达到恒压变温情况下气体粘滞系数测定的效果；由此可以拓展研究变温变压情况下气体粘滞系数的变化关系；

(6)对砝码的运动状态进行分析；

①砝码在空气中受到的粘滞阻力以及浮力可以忽略不记，同时，对砝码与小球进行受力分析并进行进一步的推导，适合此发明的y-t函数为

②将采集到的y、t数据带入其中进行拟合，最终得到流体的粘滞系数η。

本发明的有益效果是：

(1)本发明设计并采用了绝热底座，内置了加热丝及半导体制冷片模块，并配合气体测量筒、液体测量筒内的温度传感器，可对装置内的温度进行灵敏探测，通过主控芯片与设定温度值比较，控制加热丝继电器或半导体制冷片模块继电器对绝热底座内进行升温和降温工作，实现对温度进行精确控制。

(2)本发明绝热底座的内底面设有绝热底座底槽，绝热底座底槽可分别与气体测量主筒卡块、液体测量主筒卡块实现插接固定，气体盖、液体盖的中心均设有细圆孔，底座盖的中心也设有细圆孔，各个仪器的中心均限位于同一条垂直直线上，准确的控制了小球实验时升球的路径，小球可保持稳定运动，装置运行精确性高。

(3)本发明在绝热底座的顶端侧壁设有支架，并支撑两个定滑轮和一个装配有水平仪的Y型支撑架，可以通过调节两个水平调节螺栓调节Y型支撑架的水平；既保证了绳上力的方向的改变，也保证了细绳在滑轮上移动时不会受到自身重力产生的分力的作用，从而确保运动免受因为两个定滑轮不水平的干扰，进一步保证实验的精准性。

(4)本发明在支架侧设置有砝码夹，实验前通过砝码夹对下落的砝码进行夹持，实验时通过松开砝码夹将砝码垂直下落，避免手扔对砝码下落路径的影响，降低细绳摆动的幅度，减小对实验准确性的影响。

(5)本发明在支架侧设置有光电门，光电门处于空气环境中可保持较高敏感度，且将两个光电门进行极近距离设置，光电门可监测砝码的摆动情况，舍弃细绳摆动时间的数据，得出细绳竖直活动的时间数据，时间数据的精准性强。

(6)本发明可使用同一装置，通过在绝热底座内切换设置气体测量筒或液体测量筒，实现对液体或气体粘滞系数的测量，装置的使用范围更广，使用灵活度更高，功能性强；且装置可快速调节绝热底座内的温度，对温度变量进行控制，实现本装置在不同温度调节下进行快速多次测量实验，实验过程操作迅速，操作简单。

(7)本发明进行气体粘滞系数测定时，给气体测量筒加气的时候考虑气体密度不同，可以在气体测量筒的上部或者下部进行充气，对气体测量筒进行密度调节，保证气体粘滞系数的测量准确性。

(8)本发明采用了基于VisualStudio2017+opencv4.0.0+cpp开发的程序，通过摄像头追踪砝码下落，下落砝码的旁置长刻度尺，通过比较帧间追踪框下落的刻度条数便可精确得出砝码下落的实时速度。

(9)本发明可基于实验得出的液体、气体的粘滞系数，进一步拓展拓展定量研究变温环境下液体粘滞系数的改变情况、变温情况下气体粘滞系数的改变情况、变压情况下气体粘滞系数改变情况、变温变压境况下气体粘滞系数改变情况，这对材料科学等方面的研究提供重要数据依据。

附图说明

图1是本发明的多部分仪器的外观示意图。

图2是本发明绝热底座的剖视示意图。

图3是本发明绝热底座的顶视图。

图4是本发明支架的结构示意图。

图5是本发明气体测量筒的结构示意图。

图6是本发明气体测量筒的局部剖视示意图。

图7是本发明液体测量筒的结构示意图。

图8是本发明液体测量筒的局部剖视示意图。

图9是本发明气体测量筒与储气瓶的连接示意图。

图10是本发明储气瓶的结构示意图。

图11是本发明气体测量筒与绝热底座的装配示意图。

图12是本发明液体测量筒与绝热底座的装配示意图。

图13是本发明主控芯片的电路示意图。

图14是加热丝电路结构示意图。

图15是半导体制冷片模块的电路结构示意图。

图16是本发明计算机数据获取及处理示意图。

图17是实施例测量0℃蓖麻油粘滞系数的y-t数据。

图18是实施例测量0℃蓖麻油粘滞系数的拟合曲线。

附图标记列表：

绝热底座1、绝热底座底槽1-1、绝热底座铜片1-2、承重环1-3；

加热丝2、加热丝继电器2-1；

半导体制冷片模块3、散热器3-1、半导体制冷片3-2、硅脂3-3、隔热垫片3-4、导冷片3-5、风扇3-6、半导体制冷片模块继电器3-7；

底座盖4；

支架5、固定块5-1、支撑杆5-2、支撑杆顶槽5-2-1、侧杆5-3；

光电门6；

砝码夹7；

Y型支撑架8、承重调平螺栓8-1、定滑轮槽8-2；

定滑轮9；

水平仪10、水平调节螺栓10-1；

显示屏11；

操作盘12；

光电计时器13；

气体测量筒14、气体盖14-1、气体测量主筒14-2、气体测量筒保险扣14-3、第一气阀栓14-4、第二气阀栓14-5、第三气阀栓14-6、气体测量主筒卡块14-7、气体温度传感器14-8、气体压力传感器14-9、气体筒铜制凸台14-10；

液体测量筒15、液体盖15-1、液体测量主筒15-2、液体测量筒保险扣15-3、液体测量主筒卡块15-4、液体温度传感器15-5、液体筒铜制凸台15-6；

储气瓶16、第一气泵16-1、第二气泵16-2、第三气泵16-3、透明塑料软管16-4；

电子秤17；

长刻度尺18；

摄像头19；

三脚架20；

主控芯片21。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。本实施例中所提及的固定连接，固定设置、固定结构均为胶粘、焊接、螺钉连接、螺栓螺母连接、铆接等本领域技术人员所知晓的公知技术。

本实施列中所提及的显示屏采用LCD1602显示模块；本实施例中所提及的第一气泵、第二气泵和第三气泵均采用型号为ZQ370-03PM的气泵；本实施例中所提及的气体温度传感器和液体温度传感器均采用型号为DS18B20的温度传感器；本实施例中所提及的气体压力传感器采用型号为GY-68BMP180的压力传感器；本实施例所提及的加热丝继电器和半导体制冷片模块继电器均采用型号为JQC-3FF-S-Z的继电器；本实施例中所提及的半导体制冷片型号为TEC1-12703。本实施例中所提及的各产品均为市场中可直接购买获得的产品，其结构原理为本领域技术人员所熟知的公知技术，在本发明中不进行赘述。

本实施例中提及的公式1-1推导自于《大学物理实验》，书中第85页公式5-6中明确写明本公式的原生推导公式。此《大学物理实验》由浙江大学出版社出版，著书作者为吴文娟、濮兴庭，出版时间为2015年。

结合附图可见，基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，包括绝热底座、加热丝、半导体制冷片模块、底座盖、支架、光电门、砝码夹、Y型支撑架、定滑轮、水平仪、显示屏、操作盘、光电计时器、气体测量筒、液体测量筒、储气瓶、电子秤、长刻度尺、摄像头、三脚架；

绝热底座，用于装载气体测量筒或液体测量筒，并对气体测量筒或液体测量筒进行加热、降温，实现恒温作用；所述绝热底座为中空结构，所述绝热底座的内底面周向呈凹槽状，形成绝热底座底槽，所述绝热底座的内底面中心内嵌设有绝热底座铜片，铜片通过导线与主控芯片实现电连接；所述绝热底座的顶端外壁周向设有承重环；

加热丝，用于对气体测量筒或液体测量筒进行加热作用；所述加热丝设置于绝热底座内壁；

半导体制冷片模块，用于对气体测量筒或液体测量筒进行降温作用；所述半导体制冷片模块设置于绝热底座内壁；

底座盖，用于密封绝热底座的顶端，对绝热底座进行隔热处理；所述底座盖翻盖于绝热底座的顶端；

支架，用于承载光电门、砝码夹、Y型支撑架和水平仪；设置于绝热底座的顶端一侧，并与所述承重环插接固定；

光电门，用于监测与砝码相连的细线的摆动情况；所述光电门的数量为两个，设置于支架的一侧，两个所述光电门呈近距离相对设置，每个所述光电门通过支架臂与支架的一侧固定连接；

砝码夹，用于夹持砝码；所述砝码夹设置于所述光电门的底端，且通过支架臂与支架的一侧固定连接；

Y型支撑架，用于承载支撑定滑轮；所述Y型支撑架设置于支架的顶端，所述Y型支撑架的底端与支架的顶端插接，并通过承重调平螺栓实现固定；所述Y型支撑架的两侧顶端均呈镂空状结构，形成定滑轮槽；

定滑轮，用于改变与砝码连接的细线的拉线方向；所述定滑轮的数量为两个，所述定滑轮分别嵌入设置于所述定滑轮槽内，并与Y型支撑架呈转动设置；

水平仪，用于调节Y型支撑架处于水平状态；所述水平仪横向设置于所述Y型支撑架的顶端中心，水平调节螺栓设置于Y型支撑架的两侧底端，每个水平调节螺栓依次贯穿支架、Y型支撑架并伸入水平仪的两侧，实现水平仪与Y型支撑架固定；

显示屏，数量为两个，一个显示屏用于实时显示绝热底座内测得的温度值，以及人为设定的温度值，一个显示屏用于显示气体测量筒内测得的气压值，以及所测气体测量筒或液体测量筒的筒壁温度；所述显示屏设置于所述绝热底座的底端一侧面，两个所述显示屏呈上下设置；

操作盘，用于配载按键模块、加热丝的电路、半导体制冷片模块的电路、主控芯片和显示屏的连接电路；所述操作盘设置于显示屏的一侧；

光电计时器，用于与光电门通过导线实现电连接；所述光电计时器设置于所述绝热底座的一侧；

气体测量筒，用于配合小球测量气体粘滞系数的容器；所述气体测量筒设置于绝热底座内，所述气体测量筒包括气体盖、气体测量主筒、气体测量筒保险扣、第一气阀栓、第二气阀栓和第三气阀栓，所述气体盖设置于所述气体测量主筒的顶端，所述气体盖通过气体测量筒保险扣与所述气体测量主筒实现固定，所述第一气阀栓设置于所述气体盖的顶面一侧，所述第二气阀栓设置于所述气体盖的顶面另一侧，所述第三气阀栓设置于所述气体测量主筒的底端一侧；

液体测量筒，用于配合小球测量液体粘滞系数的容器；所述液体测量筒设置于绝热底座内，所述液体测量筒包括液体盖、液体测量主筒和液体测量筒保险扣，所述液体盖设置于梭梭树液体测量主筒的顶端，所述液体盖通过液体测量筒保险扣与所述液体测量主筒实现固定；

储气瓶，用于给气体测量筒充气；所述储气瓶的底端分别设有第一气泵、第二气泵和第三气泵，第一气泵和第三气泵的抽气口均连接于储气瓶内，第一气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的入气口连接，第三气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒下方的入气口连接，第二气泵的抽气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的出气口连接。

电子秤，用于称量气体测量筒的总重量；

长刻度尺，用于测量框帧间变化时砝码下落的刻度值；设置于绝热底座的一侧，呈竖直设置；

摄像头，用于拍摄实验过程中砝码的整个下落过程；设置于长刻度尺的一侧，且摄像头同时可拍摄砝码与长刻度尺；

三脚架，用于支撑摄像头。

作为优选方案，所述绝热底座呈圆筒状结构，为双层结构；所述绝热底座的内壁和外壁均采用铝合金材料，内壁与外壁之间采用聚氨酯泡沫填充。

作为优选方案，所述绝热底座底槽呈圆环状结构，所述绝热底座底槽的内径、深度与所述气体测量筒、液体测量筒的底端相适应，所述绝热底座底槽的外径略大于所述气体测量筒、液体测量筒的外径。

作为优选方案，所述加热丝层叠设置于绝热底座的内壁内，呈均匀设置，每层所述加热丝互相连接，每层所述加热丝呈“C”字形结构。

作为优选方案，所述半导体制冷片模块包括散热器、半导体制冷片、硅脂、隔热垫片、导冷片和风扇，所述隔热垫片贴合设置于绝热底座的内壁，所述导冷片通过硅胶与隔热垫片实现贴合固定，所述导冷片与半导体制冷片连接，半导体制冷片配合散热器并通过风扇实现强制散热。

作为优选方案，所述绝热底座内设置的导冷片为两层，每层所述导冷片的数量为四个，周向设置于所述绝热底座的内壁，每侧所述导冷片的侧面与液体测量筒的外壁贴合设置。

作为优选方案，所述支架包括固定块、支撑杆和侧杆，所述固定块的截面呈“匚”字形结构，所述固定块一侧嵌入承重环的外侧，实现固定块与绝热底座固定；所述支撑杆设置所述固定块的顶端，并呈垂直固定连接，所述支撑杆呈“T”字形结构，所述支撑杆的顶端设有支撑杆顶槽；所述侧杆对称设置于所述支撑杆的顶端两侧。

作为优选方案，所述气体测量主筒的底端外侧周向呈凸块状结构，形成气体测量主筒卡块，所述气体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽，实现所述气体测量主筒与绝热底座固定。

作为优选方案，所述气体测量主筒的内底面设有气体温度传感器和气体压力传感器，所述气体测量主筒的底端中心设有气体筒铜制凸台，所述气体筒铜制凸台的一端透过气体测量主筒与气体温度传感器、气体压力传感器电连接，所述气体筒铜制凸台的另一端与绝热底座铜片接触。

作为优选方案，所述液体测量主筒的底端外侧周向呈凸块状结构，形成液体测量主筒卡块，所述液体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽，实现所述液体测量主筒与绝热底座固定。

作为优选方案，所述液体测量主筒的内底面设有液体温度传感器，所述液体测量主筒的底端中心设有液体筒铜制凸台，所述液体筒铜制凸台的一端透过液体测量主筒与液体温度传感器电连接，所述液体筒铜制凸台的另一端与绝热底座铜片接触。

作为优选方案，所述采用主控芯片选用STC15W4K32S4单片机，所述主控芯片的输入端通过导线与气体温度传感器、气体压力传感器、液体温度传感器和按键模块实现电连接；所述主控芯片的输出端通过导线与显示屏、按键模块、加热丝继电器和半导体制冷片模块继电器实现电连接。

基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其实验步骤为：

(1)对实验器材进行准备；

①将各部分仪器分别按照设计尺寸进行制作完成；

②将储气瓶内充满高纯度、高压强的测量气体，并计算出储气瓶内部气体的密度ρ0；

③选取十个小球进行承重，取平均值，得到单个小球的质量m；并使用螺旋测微器多次测量取平均值，测出小球的直径d，其中

(r为小球半径，V为小球体积)；并将单个小球与细线进行捆扎固定；

④选取质量为M的砝码；

⑤查找获取当地的重力加速度g；

⑥记录下测量流体的密度ρ；

⑦用游标卡尺测出气体测量筒的内直径D1和液体测量筒内直径D2；

(2)对绝热底座进行装配；将加热丝和半导体制冷片模块装配于绝热底座的内壁内，将按键模块和显示屏装配于绝热底座的底面一侧，并在绝热底座内部打好合适的孔路，将加热丝电路、半导体制冷片模块电路、主控芯片、显示屏连接电路放入操作盘内；

(3)对支架进行装配、调教；将承重环设置高度后并锁紧固定于绝热底座上，将支架的固定块卡于承重环外壁；将Y型支撑架插入于支撑杆顶槽内，通过承重调平螺栓将支架与Y型支撑架进行固定；观察Y型支撑架顶面的水平仪，调节支架两侧的水平调节螺栓将Y型支撑架调至水平；再将两个定滑轮嵌入对应定滑轮槽内；

(4)测量液体粘滞系数；

①将小球放在液体测量筒内底端的半球形凹槽内，在液体测量筒内部放置好高度为H的测量流体，再将细线从液体盖中心的小孔中引出，用液体测量筒保险扣将液体测量主筒和液体盖的把手固定；

②将液体测量筒放置在绝热底座内部，液体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽中，液体筒铜制凸台接触绝热底座铜片；再将细线从底座盖的中心的小孔引出，绕过两个定滑轮，连接在被固定在砝码夹上的砝码上，并将底座盖安装好；

③激活加热丝电路、半导体制冷片模块电路和显示屏连接电路，通过按键模块设定温度值，使加热丝进行加热，直至液体温度传感器所测温度达到设定的温度值，并且将温度相对稳定在设定温度值附近；

④运行计算机中的追踪程序，锁定砝码；

⑤实验开始时，松开砝码夹使得砝码下落，程序处理追踪框帧间变化时砝码经过长刻度尺的刻度个数，从而获取实时速度数据v以及对应的时间数据t；同时，光电门记录细线摆动情况，舍弃掉摆动时间的数据；

⑥重新设定③中的设定温度值，接着重复④⑤步骤，达到在不同设定温度条件下，液体粘滞系数测定的效果；

(5)测量气体粘滞系数；

①将小球放在气体测量筒内底端的半球形凹槽内，此时气体测量筒内流体高度H即为气体测量筒的深度，再将细线从气体盖中心的小孔中引出，用气体测量筒保险扣将气体测量主筒和气体盖的把手固定；

②接着将气体测量筒放置在电子秤上，并通过透明塑料软管分别与储气瓶上的第一气泵、第二气泵和第三气泵连接好，此时电子秤所测重量为m；

③计算出只有测量气体充斥在气体测量筒内且密度为ρ时电子秤(34)显示的质量M；若是测量筒内空气密度ρ₀>ρ，则先旋开第一气阀栓，并激活第二气泵进行抽气，一段时间后旋开第三气阀栓并激活第三气泵进行输气，当电子秤显示质量为M时停止第二气泵、第三气泵工作，并旋紧第一气阀栓和第三气阀栓；若是测量筒内空气密度ρ₀<ρ，则先旋开第一气阀栓并激活第二气泵进行抽气，一段时间后旋开第二气阀栓并激活第一气泵进行输气，当电子秤显示质量为M时停止第一气泵、第二气泵工作，并旋紧第一气阀栓和第二气阀栓；

④将气体测量筒放置在绝热底座的内部，气体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽中，气体筒铜制凸台接触绝热底座铜片；再将细线从底座盖的中心的小孔引出，绕过两个定滑轮，连接在被固定在砝码夹上的砝码上，并将底座盖安装好；

⑤激活加热丝电路、半导体制冷片模块电路和显示屏连接电路，通过按键模块设定温度值，使加热丝进行加热，直至液体温度传感器所测温度达到设定的温度值，并且将温度相对稳定在设定温度值附近；同时，气压保持稳定；

⑥运行计算机中的追踪程序，锁定砝码；

⑦实验开始时，松开砝码夹使得砝码下落，程序处理追踪框帧间变化时砝码经过长刻度尺的刻度个数，从而获取实时速度数据v以及对应的时间数据t；同时，光电门记录细线摆动情况，舍弃掉摆动时间的数据；

⑧不改变⑤中的设定温度值，调节第一气阀栓和第三气阀栓对气体测量筒内部进行输、放气，改变气压大小重新进行实验，达到恒温变压情况下，重复⑥⑦进行重复测定气体粘滞系数；不改变气压，重新设定⑤中温度值，达到恒压变温情况下气体粘滞系数测定的效果；由此可以拓展研究变温变压情况下气体粘滞系数的变化关系；

(6)对砝码的运动状态进行分析；

①砝码在空气中受到的粘滞阻力以及浮力可以忽略不记，同时，对砝码与小球进行受力分析并进行进一步的推导，适合此发明的y-t函数为

②将采集到的y、t数据带入其中进行拟合，最终得到流体的粘滞系数η。

针对上述实验步骤，以0℃蓖麻油为例进行粘滞系数测量实验：

测量0℃蓖麻油粘滞系数的y-t数据如图17所示，拟合曲线如图18所示。

此时拟合得出的η＝5.129,标准值η₀＝5.300，相对误差E＝3.226％。

本发明的中的控制原理为：

结合附图13可见，主控芯片读取气体温度传感器和液体温度传感器测定的温度值，以及气体压力传感器测定的气压值，主控芯片将温度值和压力值显示在显示屏上；按键模块输入设定温度值给主控芯片，主控芯片将设定的温度值显示在显示屏上；若设定的温度值低于测定的温度值，则主控芯片启动加热丝继电器工作，加热丝继电器驱动加热丝电路工作；若设定的温度值高于测定的温度值，则主控芯片启动半导体制冷片模块继电器工作，半导体制冷片模块继电器驱动半导体制冷片模块工作。

结合附图14可见，通过加热丝继电器控制控制220V交流加热电路的通断，由此控制加热丝的工作状态，并通过发光二极管的亮灭来判断工作电路是否工作。

结合附图15可见，半导体制冷片电路通过半导体制冷片模块继电器，控制12V电源对半导体制冷片及风扇的工作状态；半导体制冷片制冷并将冷量通过导冷片传导至气体测量筒和液体测量筒中，半导体制冷片通过散热器进行散热。

结合附图16可见，通过摄像头(9)拍摄砝码(21)下落，并在计算机中使用基于Visual2017+opencv4.0.0+cpp开发的程序对砝码进行追踪，获取实时速度数据；当中，光电门监测砝码的摆动情况，舍弃掉摆动时间的数据；光电计时器进行时间计算；然后通过推导出的v-t函数进行拟合获得粘滞系数。

本发明的有益效果是：

(1)本发明设计并采用了绝热底座，内置了加热丝及半导体制冷片模块，并配合气体测量筒、液体测量筒内的温度传感器，可对装置内的温度进行灵敏探测，通过主控芯片与设定温度值比较，控制加热丝继电器或半导体制冷片模块继电器对绝热底座内进行升温和降温工作，实现对温度进行精确控制。

(2)本发明绝热底座的内底面设有绝热底座底槽，绝热底座底槽可分别与气体测量主筒卡块、液体测量主筒卡块实现插接固定，气体盖、液体盖的中心均设有细圆孔，底座盖的中心也设有细圆孔，各个仪器的中心均限位于同一条垂直直线上，准确的控制了小球实验时升球的路径，小球可保持稳定运动，装置运行精确性高。

(3)本发明在绝热底座的顶端侧壁设有支架，并支撑两个定滑轮和一个装配有水平仪的Y型支撑架，可以通过调节两个水平调节螺栓调节Y型支撑架的水平；既保证了绳上力的方向的改变，也保证了细绳在滑轮上移动时不会受到自身重力产生的分力的作用，从而确保运动免受因为两个定滑轮不水平的干扰，进一步保证实验的精准性。

(4)本发明在支架侧设置有砝码夹，实验前通过砝码夹对下落的砝码进行夹持，实验时通过松开砝码夹将砝码垂直下落，避免手扔对砝码下落路径的影响，降低细绳摆动的幅度，减小对实验准确性的影响。

(5)本发明在支架侧设置有光电门，光电门处于空气环境中可保持较高敏感度，且将两个光电门进行极近距离设置，光电门可监测砝码的摆动情况，舍弃细绳摆动时间的数据，得出细绳竖直活动的时间数据，时间数据的精准性强。

(6)本发明可使用同一装置，通过在绝热底座内切换设置气体测量筒或液体测量筒，实现对液体或气体粘滞系数的测量，装置的使用范围更广，使用灵活度更高，功能性强；且装置可快速调节绝热底座内的温度，对温度变量进行控制，实现本装置在不同温度调节下进行快速多次测量实验，实验过程操作迅速，操作简单。

(7)本发明进行气体粘滞系数测定时，给气体测量筒加气的时候考虑气体密度不同，可以在气体测量筒的上部或者下部进行充气，对气体测量筒进行密度调节，保证气体粘滞系数的测量准确性。

(8)本发明采用了基于VisualStudio2017+opencv4.0.0+cpp开发的程序，通过摄像头追踪砝码下落，下落砝码的旁置长刻度尺，通过比较帧间追踪框下落的刻度条数便可精确得出砝码下落的实时速度。

(9)本发明可基于实验得出的液体、气体的粘滞系数，进一步拓展拓展定量研究变温环境下液体粘滞系数的改变情况、变温情况下气体粘滞系数的改变情况、变压情况下气体粘滞系数改变情况、变温变压境况下气体粘滞系数改变情况，这对材料科学等方面的研究提供重要数据依据。

Claims (10)

1.基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，包括绝热底座、加热丝、半导体制冷片模块、底座盖、支架、光电门、砝码夹、Y型支撑架、定滑轮、水平仪、显示屏、操作盘、光电计时器、气体测量筒、液体测量筒、储气瓶、电子秤、长刻度尺、摄像头、三脚架；

绝热底座，用于装载气体测量筒或液体测量筒，并对气体测量筒或液体测量筒进行加热、降温，实现恒温作用；所述绝热底座为中空结构，所述绝热底座的内底面周向呈凹槽状，形成绝热底座底槽，所述绝热底座的内底面中心内嵌设有绝热底座铜片，铜片通过导线与主控芯片实现电连接；所述绝热底座的顶端外壁周向设有承重环；

加热丝，用于对气体测量筒或液体测量筒进行加热作用；所述加热丝设置于绝热底座内壁；

半导体制冷片模块，用于对气体测量筒或液体测量筒进行降温作用；所述半导体制冷片模块设置于绝热底座内壁；

底座盖，用于密封绝热底座的顶端，对绝热底座进行隔热处理；所述底座盖翻盖于绝热底座的顶端；

支架，用于承载光电门、砝码夹、Y型支撑架和水平仪；设置于绝热底座的顶端一侧，并与所述承重环插接固定；

光电门，用于监测与砝码相连的细线的摆动情况；所述光电门的数量为两个，设置于支架的一侧，两个所述光电门呈近距离相对设置，每个所述光电门通过支架臂与支架的一侧固定连接；

砝码夹，用于夹持砝码；所述砝码夹设置于所述光电门的底端，且通过支架臂与支架的一侧固定连接；

Y型支撑架，用于承载支撑定滑轮；所述Y型支撑架设置于支架的顶端，所述Y型支撑架的底端与支架的顶端插接，并通过承重调平螺栓实现固定；所述Y型支撑架的两侧顶端均呈镂空状结构，形成定滑轮槽；

定滑轮，用于改变与砝码连接的细线的拉线方向；所述定滑轮的数量为两个，所述定滑轮分别嵌入设置于所述定滑轮槽内，并与Y型支撑架呈转动设置；

水平仪，用于调节Y型支撑架处于水平状态；所述水平仪横向设置于所述Y型支撑架的顶端中心，水平调节螺栓设置于Y型支撑架的两侧底端，每个水平调节螺栓依次贯穿支架、Y型支撑架并伸入水平仪的两侧，实现水平仪与Y型支撑架固定；

显示屏，数量为两个，一个显示屏用于实时显示绝热底座内测得的温度值，以及人为设定的温度值，一个显示屏用于显示气体测量筒内测得的气压值，以及所测气体测量筒或液体测量筒的筒壁温度；所述显示屏设置于所述绝热底座的底端一侧面，两个所述显示屏呈上下设置；

操作盘，用于配载按键模块、加热丝的电路、半导体制冷片模块的电路、主控芯片和显示屏的连接电路；所述操作盘设置于显示屏的一侧；

光电计时器，用于与光电门通过导线实现电连接；所述光电计时器设置于所述绝热底座的一侧；

气体测量筒，用于配合小球测量气体粘滞系数的容器；所述气体测量筒设置于绝热底座内，所述气体测量筒包括气体盖、气体测量主筒、气体测量筒保险扣、第一气阀栓、第二气阀栓和第三气阀栓，所述气体盖设置于所述气体测量主筒的顶端，所述气体盖通过气体测量筒保险扣与所述气体测量主筒实现固定，所述第一气阀栓设置于所述气体盖的顶面一侧，所述第二气阀栓设置于所述气体盖的顶面另一侧，所述第三气阀栓设置于所述气体测量主筒的底端一侧；

液体测量筒，用于配合小球测量液体粘滞系数的容器；所述液体测量筒设置于绝热底座内，所述液体测量筒包括液体盖、液体测量主筒和液体测量筒保险扣，所述液体盖设置于梭梭树液体测量主筒的顶端，所述液体盖通过液体测量筒保险扣与所述液体测量主筒实现固定；

储气瓶，用于给气体测量筒充气；所述储气瓶的底端分别设有第一气泵、第二气泵和第三气泵，第一气泵和第三气泵的抽气口均连接于储气瓶内，第一气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的入气口连接，第三气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒下方的入气口连接，第二气泵的抽气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的出气口连接。

电子秤，用于称量气体测量筒的总重量；

长刻度尺，用于测量框帧间变化时砝码下落的刻度值；设置于绝热底座的一侧，呈竖直设置；

摄像头，用于拍摄实验过程中砝码的整个下落过程；设置于长刻度尺的一侧，且摄像头同时可拍摄砝码与长刻度尺；

三脚架，用于支撑摄像头。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述绝热底座呈圆筒状结构，为双层结构；所述绝热底座的内壁和外壁均采用铝合金材料，内壁与外壁之间采用聚氨酯泡沫填充。

3.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述绝热底座底槽呈圆环状结构，所述绝热底座底槽的内径、深度与所述气体测量筒、液体测量筒的底端相适应，所述绝热底座底槽的外径略大于所述气体测量筒、液体测量筒的外径。

4.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述半导体制冷片模块包括散热器、半导体制冷片、硅脂、隔热垫片、导冷片和风扇，所述隔热垫片贴合设置于绝热底座的内壁，所述导冷片通过硅胶与隔热垫片实现贴合固定，所述导冷片与半导体制冷片连接，半导体制冷片配合散热器并通过风扇实现强制散热。

5.根据权利要求4所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述绝热底座内设置的导冷片为两层，每层所述导冷片的数量为四个，周向设置于所述绝热底座的内壁，每侧所述导冷片的侧面与液体测量筒的外壁贴合设置。

6.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述支架包括固定块、支撑杆和侧杆，所述固定块的截面呈“匚”字形结构，所述固定块一侧嵌入承重环的外侧，实现固定块与绝热底座固定；所述支撑杆设置所述固定块的顶端，并呈垂直固定连接，所述支撑杆呈“T”字形结构，所述支撑杆的顶端设有支撑杆顶槽；所述侧杆对称设置于所述支撑杆的顶端两侧。

7.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述气体测量主筒的内底面设有气体温度传感器和气体压力传感器，所述气体测量主筒的底端中心设有气体筒铜制凸台，所述气体筒铜制凸台的一端透过气体测量主筒与气体温度传感器、气体压力传感器电连接，所述气体筒铜制凸台的另一端与绝热底座铜片接触。

8.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述液体测量主筒的内底面设有液体温度传感器，所述液体测量主筒的底端中心设有液体筒铜制凸台，所述液体筒铜制凸台的一端透过液体测量主筒与液体温度传感器电连接，所述液体筒铜制凸台的另一端与绝热底座铜片接触。

9.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述采用主控芯片选用STC15W4K32S4单片机，所述主控芯片的输入端通过导线与气体温度传感器、气体压力传感器、液体温度传感器和按键模块实现电连接；所述主控芯片的输出端通过导线与显示屏、按键模块、加热丝继电器和半导体制冷片模块继电器实现电连接。

10.根据权利要求1-9所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，实验步骤为：

(1)对实验器材进行准备；

①将各部分仪器分别按照设计尺寸进行制作完成；

②将储气瓶内充满高纯度、高压强的测量气体，并计算出储气瓶内部气体的密度ρ0；

③选取十个小球进行承重，取平均值，得到单个小球的质量m；并使用螺旋测微器多次测量取平均值，测出小球的直径d，其中

(r为小球半径，V为小球体积)；并将单个小球与细线进行捆扎固定；

④选取质量为M的砝码；

⑤查找获取当地的重力加速度g；

⑥记录下测量流体的密度ρ；

⑦用游标卡尺测出气体测量筒的内直径D1和液体测量筒内直径D2；

(2)对绝热底座进行装配；将加热丝和半导体制冷片模块装配于绝热底座的内壁内，将按键模块和显示屏装配于绝热底座的底面一侧，并在绝热底座内部打好合适的孔路，将加热丝电路、半导体制冷片模块电路、主控芯片、显示屏连接电路放入操作盘内；

(3)对支架进行装配、调教；将承重环设置高度后并锁紧固定于绝热底座上，将支架的固定块卡于承重环外壁；将Y型支撑架插入于支撑杆顶槽内，通过承重调平螺栓将支架与Y型支撑架进行固定；观察Y型支撑架顶面的水平仪，调节支架两侧的水平调节螺栓将Y型支撑架调至水平；再将两个定滑轮嵌入对应定滑轮槽内；

(4)测量液体粘滞系数；

①将小球放在液体测量筒内底端的半球形凹槽内，在液体测量筒内部放置好高度为H的测量流体，再将细线从液体盖中心的小孔中引出，用液体测量筒保险扣将液体测量主筒和液体盖的把手固定；

②将液体测量筒放置在绝热底座内部，液体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽中，液体筒铜制凸台接触绝热底座铜片；再将细线从底座盖的中心的小孔引出，绕过两个定滑轮，连接在被固定在砝码夹上的砝码上，并将底座盖安装好；

③激活加热丝电路、半导体制冷片模块电路和显示屏连接电路，通过按键模块设定温度值，使加热丝进行加热，直至液体温度传感器所测温度达到设定的温度值，并且将温度相对稳定在设定温度值附近；

④运行计算机中的追踪程序，锁定砝码；

⑤实验开始时，松开砝码夹使得砝码下落，程序处理追踪框帧间变化时砝码经过长刻度尺的刻度个数，从而获取实时速度数据v以及对应的时间数据t；同时，光电门记录细线摆动情况，舍弃掉摆动时间的数据；

⑥重新设定③中的设定温度值，接着重复④⑤步骤，达到在不同设定温度条件下，液体粘滞系数测定的效果；

(5)测量气体粘滞系数；

①将小球放在气体测量筒内底端的半球形凹槽内，此时气体测量筒内流体高度H即为气体测量筒的深度，再将细线从气体盖中心的小孔中引出，用气体测量筒保险扣将气体测量主筒和气体盖的把手固定；

②接着将气体测量筒放置在电子秤上，并通过透明塑料软管分别与储气瓶上的第一气泵、第二气泵和第三气泵连接好，此时电子秤所测重量为m；

③计算出只有测量气体充斥在气体测量筒内且密度为ρ时电子秤(34)显示的质量M；若是测量筒内空气密度ρ₀>ρ，则先旋开第一气阀栓，并激活第二气泵进行抽气，一段时间后旋开第三气阀栓并激活第三气泵进行输气，当电子秤显示质量为M时停止第二气泵、第三气泵工作，并旋紧第一气阀栓和第三气阀栓；若是测量筒内空气密度ρ₀<ρ，则先旋开第一气阀栓并激活第二气泵进行抽气，一段时间后旋开第二气阀栓并激活第一气泵进行输气，当电子秤显示质量为M时停止第一气泵、第二气泵工作，并旋紧第一气阀栓和第二气阀栓；

④将气体测量筒放置在绝热底座的内部，气体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽中，气体筒铜制凸台接触绝热底座铜片；再将细线从底座盖的中心的小孔引出，绕过两个定滑轮，连接在被固定在砝码夹上的砝码上，并将底座盖安装好；

⑤激活加热丝电路、半导体制冷片模块电路和显示屏连接电路，通过按键模块设定温度值，使加热丝进行加热，直至液体温度传感器所测温度达到设定的温度值，并且将温度相对稳定在设定温度值附近；同时，气压保持稳定；

⑥运行计算机中的追踪程序，锁定砝码；

⑦实验开始时，松开砝码夹使得砝码下落，程序处理追踪框帧间变化时砝码经过长刻度尺的刻度个数，从而获取实时速度数据v以及对应的时间数据t；同时，光电门记录细线摆动情况，舍弃掉摆动时间的数据；

⑧不改变⑤中的设定温度值，调节第一气阀栓和第三气阀栓对气体测量筒内部进行输、放气，改变气压大小重新进行实验，达到恒温变压情况下，重复⑥⑦进行重复测定气体粘滞系数；不改变气压，重新设定⑤中温度值，达到恒压变温情况下气体粘滞系数测定的效果；由此可以拓展研究变温变压情况下气体粘滞系数的变化关系；

(6)对砝码的运动状态进行分析；

①砝码在空气中受到的粘滞阻力以及浮力可以忽略不记，同时，对砝码与小球进行受力分析并进行进一步的推导，适合此发明的y-t函数为

②将采集到的y、t数据带入其中进行拟合，最终得到流体的粘滞系数η。

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