CN203551433U - 一种测量不同温度下液体粘滞系数的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种测量不同温度下液体粘滞系数的实验装置。它采用一个一端封闭的玻璃圆筒，筒壁采用双层结构，中间抽成真空，以起到良好的保温效果，玻璃圆筒固定在底座上，通过底脚螺钉可将底座调水平。在玻璃圆筒内液体中靠上部分设置一半导体制冷装置，用来冷却待测液体，靠下部分设置一加热装置，用来加热待测液体，中间部分设置一温度传感器，半导体制冷装置、加热装置及温度传感器分别通过接口与温度控制器相连接，通过按键可以设定待测液体的温度。在玻璃圆筒外部设置上下两个接近开关，接近开关通过接口与计时装置相连接。本实用新型实验过程中不需要反复调整，可以方便地测量高于室温或低于室温某一温度下液体的粘滞系数。

Description

一种测量不同温度下液体粘滞系数的实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种大学物理实验装置，具体是涉及一种测量液体粘滞系数的实验装置。 

背景技术

当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，因此各层之间就存在摩擦力，阻碍液体的相对运动，这是一种内摩擦力，通常称为粘滞力，其方向平行于两层液体的接触面，其大小与接触面处的速度梯度

及接触面积S成正比，即粘滞力

其中比例系数η称为液体的粘滞系数，又称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。对液体粘滞性的研究及测量非常重要，在流体力学、水利、医疗、化学化工等领域都有广泛的应用。例如，在用管道输送液体时，要根据输送液体的流量、压力差、输送距离及液体粘滞系数大小来设计输送管道的口径，比方说在封闭管道中长距离输送石油，设计管道前必须测量被输石油的粘滞系数。另外，现代医学研究表明，许多心血管疾病都与血液粘滞系数的变化有关，血液粘滞系数的增大可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此，血液粘滞系数的大小是人体血液健康情况的重要标志之一。另外，液体粘滞系数的大小还取决于液体的温度，温度升高，粘滞系数将迅速减小。因此，测定液体在不同温度的粘滞系数有重要的实际意义。 

一般液体均具有不同程度的粘滞性。测量液体粘滞系数的方法很多，有落球法、毛细管法、转筒法、振动法等，大学物理实验中一般采用落球法，因为这种方法简单有效。通常采用一小球在粘滞液体中垂直下落，由于附着于小球表面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球就会受到粘滞阻力 作用，它的大小与小球下落的速度有关。小球开始下落时，由于速度比较小，所以阻力也不大；但随着下落速度的增大，阻力也随之增大，最后，小球受力平衡，最终将做匀速运动。测出小球匀速运动的速度，根据公式就可以计算出液体的粘滞系数。测速度所采取的方法通常是测量小球经过一段距离所用的时间，以前测时间是用秒表，误差较大，随着技术的进步，现在测量液体粘滞系数的装置测时间大多采用光电计时器。现有的测量液体粘滞系数的装置一般只能测室温下液体的粘滞系数，而测量变温液体粘滞系数的装置一般采用水浴或油浴加热的方法，只能测比较高温度下液体的粘滞系数。目前测量液体粘滞系数的装置主要存在以下不足： 

其一，由于测时间采用光电计时器，需要小球下落过程中能同时遮挡住上下激光发射管发出的光线，稍有偏离则无法正常计时，因此实验过程中往往需要反复调整激光发射管与接收管的位置，这个过程相当繁琐；有些学生为了使小球下落过程中同时遮挡住上下激光发射管发出的光线，甚至将装置调倾斜，不满足铅直条件，这样势必会影响实验结果的准确性。 

其二，由于测时间采用光电计时器，激光发射管发出的光线需要穿过待测液体，所以这种方法只适合测透明、半透明液体，无法测量不透明液体。 

其三，采用水浴或油浴加热的方法，只能测室温或高于室温情况下液体在不同温度下的粘滞系数。 

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本实用新型提出一种测量不同温度下液体粘滞系数的实验装置，该装置实验过程中不需要反复调整，既可以测量高于室温又可以测量低于室温某一温度下液体的粘滞系数。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是： 

采用一个一端封闭的玻璃圆筒，玻璃圆筒固定在底座上，通过底脚螺钉可以将底座调水平，在玻璃圆筒内液体中靠上部分设置一半导体制冷装置，用来冷却待测液体，靠下部分设置一加热装置，用来加热待测液体，中间部分设置一温度传感器，在玻璃圆筒外部设置上下两个接近开关。半导体制冷装置、加热装置及温度传感器分别通过接口与温度控制器相连接，通过温度控制器上的按键可以设定待测液体的温度，并可在温度显示屏上显示出来。 

玻璃圆筒的筒壁采用双层结构，中间抽成真空，可以起到良好的保温效果。 

上下两个接近开关分别通过接口与计时装置相连接，时间显示屏上显示小球经过上下接近开关之间距离所用的时间。 

通过温度控制器上的按键设定待测液体的温度，利用温度传感器测量待测液体的实际温度，温度控制器内部有微处理器进行控制，如果设定温度低于实际温度，则启动半导体制冷装置，冷却待测液体，直到温度降低到设定值；如果设定温度高于实际温度，则启动加热装置，加热待测液体，直到温度增加到设定值。接下来，通过气囊吸取一个小球，在液体上方接近玻璃圆筒中心轴线处释放，小球进入液体最终将做匀速运动。当小球接近位于玻璃圆筒上方的接近开关一时，开关动作，给计时装置一触发信号，计时开始，当小球接近位于玻璃圆筒下方的接近开关二时，开关动作，给计时装置一触发信号，计时停止，时间显示屏上显示小球经过上下接近开关这段距离所用的时间。测出上下接近开关之间的距离，算出小球做匀速运动所对应的速度，代入公式就可计算出待测液体的粘滞系数。 

本实用新型的有益效果是，该装置可以测量不同温度下，高于室温或低于室温，液体的粘滞系数，由于采用接近开关，只需实验前将底座调水平，实验过程中不需要反复调整激光发射管与接收管的位置，方便测量时间，不仅适用 于测量透明、半透明液体，而且还可以测量不透明液体的粘滞系数。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 

附图是本实用新型的结构示意图。 

图中1.气囊，2.小球，3.玻璃圆筒，4.接近开关一，5.半导体制冷装置，6.上调按键，7.温度显示屏，8.指示灯，9.复位按键，10.温度设定按键，11.数字选择按键，12.下调按键，13.加热装置，14.温度传感器，15.时间显示屏，16.电源开关按键，17.复位按键，18.接近开关一接口，19.接近开关二接口，20.接近开关二，21.底脚螺钉。 

具体实施方式

图中，一个一端封闭的玻璃圆筒3，筒壁采用双层结构，中间抽成真空，以起到良好的保温效果，玻璃圆筒固定在底座上，通过底脚螺钉21可以将底座调水平。待测液体注入玻璃圆筒3内，高度合适。在玻璃圆筒3内液体中靠上部分设置一半导体制冷装置5，用来冷却待测液体，靠下部分设置一加热装置13，用来加热待测液体，中间部分设置一温度传感器14，半导体制冷装置5、加热装置13及温度传感器14分别通过接口与温度控制器相连接，通过温度控制器上的温度设定按键10，数字选择按键11，上调按键6，下调按键12，可以设定待测液体的温度，并可在温度显示屏7上显示出来。在玻璃圆筒3外部上方设置接近开关一4，下方设置接近开关二20，接近开关一4和接近开关二20分别通过接口与计时装置相连接。时间显示屏15可以显示测量时间。气囊1用来吸取并释放小球2。指示灯8用来指示待测液体温度是否达到设定温度，待测液体温度不等于设定温度，指示灯8显示为红灯，待测液体温度达到设定温度，指示灯8显示为绿灯。 

具体实验操作步骤为： 

(1)调节底脚螺钉21，将底座调水平。 

(2)通过温度控制器上的温度设定按键10，数字选择按键11，上调按键6，下调按键12，设定待测液体的温度。利用温度传感器14测量待测液体的实际温度，温度控制器内部有微处理器进行控制，如果设定温度低于实际温度，则启动半导体制冷装置5，冷却待测液体，直到温度降低到设定值，指示灯8由红灯变为绿灯；如果设定温度高于实际温度，则启动加热装置13，加热待测液体，直到温度增加到设定值，指示灯8由红灯变为绿灯。 

(3)通过气囊1吸取一个小球2，在液体上方接近玻璃圆筒3中心轴线处释放，小球2进入液体最终将做匀速运动，当小球2接近位于玻璃圆筒3上方的接近开关一4时，开关动作，给计时装置一触发信号，计时开始，当小球接近位于玻璃圆筒下方的接近开关二20时，开关动作，给计时装置一触发信号，计时停止，时间显示屏15显示小球2经过接近开关一4和接近开关二20之间距离所用的时间t。 

(4)用米尺测出接近开关一4和接近开关二20之间距离L，算出小球做匀速运动所对应的速度

用螺旋测微器测出小球的直径d，小球的密度用ρ表示，待测液体的密度用ρ₀表示，重力加速度用g表示，代入公式

就可计算出待测液体的粘滞系数。 

(5)考虑到上式只适用于小球在无限广延的液体中运动的情况，而本实验中小球在有限的玻璃圆筒中运动，圆筒的直径用D表示，圆筒内液体的高度用H表示，考虑四壁的影响，可以得到修正公式

测出各量，代入公式即可算出修正后待测液体的粘滞系数。 

Claims (3)

1.一种测量不同温度下液体粘滞系数的实验装置，包括一个一端封闭的玻璃圆筒，玻璃圆筒固定在底座上，通过底脚螺钉可以将底座调水平，在玻璃圆筒内液体中靠上部分设置一半导体制冷装置，用来冷却待测液体，靠下部分设置一加热装置，用来加热待测液体，中间部分设置一温度传感器，在玻璃圆筒外部设置上下两个接近开关，其特征是：半导体制冷装置、加热装置及温度传感器分别通过接口与温度控制器相连接，通过温度控制器上的按键可以设定待测液体的温度，并可在温度显示屏上显示出来。

2.根据权利要求1所述的测量不同温度下液体粘滞系数的实验装置，其特征是：玻璃圆筒的筒壁采用双层结构，中间抽成真空，可以起到良好的保温效果。

3.根据权利要求1所述的测量不同温度下液体粘滞系数的实验装置，其特征是：上下两个接近开关分别通过接口与计时装置相连接，时间显示屏上显示小球经过上下接近开关之间距离所用的时间。