CN205404338U - 新型液体粘滞系数实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型液体粘滞系数实验仪，包括基座、上盖和安装在基座上的内筒和外筒，所述外筒和内筒之间形成水浴控温腔，在所述内筒上设置有两组电容式传感器。本实用新型能够将恒温与准确测量相结合，提高小球投放挡光准确度，定量验证小球下落是否为匀速且测速操作简单，实验成功概率高，现象明显清晰，有利于学生学习操作。

Description

新型液体粘滞系数实验仪

技术领域

本实用新型涉及液体物理性能测量装置，具体为一种液体粘滞系数的测定实验装置。

背景技术

在流动的液体中，各流体层的流速不同，则在相互接触的两个流体层之间的接触面上，形成一对阻碍两流体层相对运动的等值而反向的摩擦力，流速较慢的流体层给相邻流速较快的流体层一个使之减速的力，而该力的反作用力又给流速较慢的流体层一个使之加速的力，这一对摩擦力称内摩擦力或粘滞阻力，流体的这种性质称为粘滞性。

测定液体的粘滞系数对工业生产和科学研究是十分有价值的。比如，水力、热力工程中涉及各种流体在管道中长距离输送时的能量损耗；在机械工业中，润滑油的最优选择；在航空、航天、造船工业中研究运动物体在流体中受力的情况等等，都必须考虑流体的粘滞性。由于粘滞系数与物质的分子结构有关，化学上可以用它来测定高分子物质的分子量；医学上可以用它来分析、研究血液的粘滞性，得出有价值的诊断材料。因此，精确测定液体的粘滞系数是很有意义的。

现在应用最广泛的通过落球法测液体粘滞系数的仪器主要分为两种：一种是单层量筒设置两个光电门计时测速；另一种是双层水浴恒温加热，秒表计时测速。

在传统的落球法测粘滞系数仪器的基础上现在已经有一些改进：

（1）利用CCD摄像采集器采集频闪图像，每秒25帧传送给电脑保存，数据采集完成后，在显示屏上设置网格，每秒移动格数相同时候，即为匀速运动状态，通过CCD摄像机角度关系，推导出小球实际运动速度，利用斯托克斯公式求解液体粘滞系数。此方法解决了测量精度的问题，但是电脑拟合图像在实际实验操作中难以实施，且造价过于昂贵，不适合学生在实验室中实际操作。

（2）升球法：利用细绳两端连接小球及重物，将小球浸入蓖麻油底部，重物下落通过绳子连接带动小球上升，小球在上升过程中受到拉力，重力及液体粘滞力，根据力学关系及斯托克斯定律测出液体粘滞系数。此种方法存在绳子与滑轮等多种摩擦力，在实际操作过程中误差较大。

（3）多排光电门测量法，在下落管壁外安置竖直一排光电门测速。此种方法虽然解决了两个光电门测速准确度的问题，但是依然存在恒温测控问题。

综上所述，传统及现有改装的仪器存在不能实现恒温与准确测量相结合、无法提高小球投放挡光准确度、难以定量验证小球下落是否为匀速的问题，且传统测速操作困难，实验成功率低，不利于学生学习操作。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种新型液体粘滞系数实验仪，能够将恒温控制与准确测量相结合，便于操作实施。

本实用新型所述的新型液体粘滞系数实验仪，包括基座和安装在基座上的内筒和外筒，所述外筒和内筒之间形成水浴控温腔，在所述内筒上设置有沿竖直方向相隔一段距离的两组电容式传感器，所述每组电容式传感器包括两个对称紧贴于内筒外周上的极板。

优选的，还包括设在内、外筒顶部的上盖，所述上盖中心具有相连通的投球口和漏球口。

优选的，所述电容式传感器连接在位于内筒旁的支架上，电容式传感器可通过支架上的滑动槽沿竖直方向滑动，以调节两组电容式传感器的间距。

优选的，所述电容式传感器通过支架内部电路连接至基座。

优选的，所述电容式传感器的极板与设在基座内的平衡电容相连形成等臂电桥。

优选的，在所述基座上设有通电口和信号输出端口。

优选的，所述外筒上开设有进水口和出水口。

优选的，在所述支架滑动槽边缘设置有刻度标尺。

优选的，所述电容式传感器的极板外覆有防水涂层。

本实用新型的有益效果在于：（1）能够将恒温与准确测量相结合，提高小球投放挡光准确度；（2）能够定量验证小球下落是否为匀速，通过计算机显示小球匀速速率，能精确测定液体粘滞系数；（3）测速操作简单，实验成功概率高，现象明显清晰，有利于学生学习操作。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

图1是本实用新型的整体视图；

图2是本实用新型的剖面视图；

图3是本实用新型的电容式传感器的细节图；

图4是本实用新型的电容式传感器的布置结构俯视图；

图5是本实用新型所述外部转化电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细阐述。

如图1至图4所示的新型液体粘滞系数实验仪，包括基座1、上盖2和安装在基座上的内筒3和外筒4。实验时，在所述内筒内注满待测液体（如蓖麻油），外筒和内筒之间形成有环形的水浴控温腔5，在外筒上开设有进水口6和出水口7，通过水浴锅循环供应温水维持仪器内部温度恒定。

所述上盖2能够严密的扣合在内、外筒顶部，所述上盖2中心具有相连通的投球口8和漏球口9，实验时小球通过投球口8投入，经漏球口9矫正路径后落入内筒3中。

在所述内筒上设置有沿竖直方向相隔一段距离的两组位置可调的电容式传感器10a、10b，所述电容式传感器为绝缘金属电容式传感器。电容式传感器连接在位于内筒旁的支架11上，所述电容式传感器10a、10b可通过支架上的滑动槽12沿竖直方向滑动，在所述支架滑动槽边缘设置有刻度标尺13，用于确定电容式传感器10a、10b位置以及间距。

所述每组电容式传感器包括两个对称紧贴于内筒外周上的弧形的极板14，极板通过导线15连接支架内部电路，再经支架内部电路连接至基座1。所述极板外涂油防水树脂16，导线外包裹绝缘包皮17。

所述两组电容式传感器10a、10b的极板与设在基座内的两平衡电容18a、18b相连形成一等臂电桥，在所述基座上设有用于外接电源为仪器供电的通电口19，以及向外输出电信号的信号输出端口20。所述信号输出端口用于与计算机连接，根据外部转换电路图原理（参见图5），当被测量没有变化时，计算机中振荡器显示的频率是一个固定频率，当被测量改变时，振荡频率也有一个相应的改变量，利用单元机编写的程序即可记录变化的振荡频率图像。

在利用上述仪器进行实验时，先不通入循环温水，根据需要调整好两电容式传感器10a、10b在内筒上的位置，两者的间距可通过支架上的刻度标尺13读数。然后通过外筒上的进出水口向水浴控温腔内通入循环温水21，此时仪器内就分隔为两种液体区域，内部为待测液体22（如蓖麻油），外围为循环温水21。待环境温度稳定后，开启外接的电源，由上盖投球口投入小球，经漏球口矫正路径后，沿轴线掉入内筒中，小球向下依次穿过内筒外的两组电容式传感器，当小球经过时，电容式传感器中间的介质发生改变，从而导致电容改变，通过信号输出端口将信号传送至计算机，便得到一组实验数据。

按照同样的方式，多次实验改变两电容式传感器的间隔距离后投放小球便可得到多组实验数据。通过计算机拟合振荡频率图像，进而定性验证小球在介质中是否是匀速运动，还能够定量计算小球匀速运动的速度大小，进而根据斯托克斯定律可求得液体的粘滞系数。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种新型液体粘滞系数实验仪，其特征在于：包括基座和安装在基座上的内筒和外筒，所述外筒和内筒之间形成水浴控温腔，在所述内筒上设置有沿竖直方向相隔一段距离的两组电容式传感器，所述每组电容式传感器包括两个对称紧贴于内筒外周上的极板。

2.根据权利要求1所述的新型液体粘滞系数实验仪，其特征在于：还包括设在内、外筒顶部的上盖，所述上盖中心具有相连通的投球口和漏球口。

3.根据权利要求1所述的新型液体粘滞系数实验仪，其特征在于：所述电容式传感器连接在位于内筒旁的支架上，电容式传感器可通过支架上的滑动槽沿竖直方向滑动，以调节两组电容式传感器的间距。

4.根据权利要求3所述的新型液体粘滞系数实验仪，其特征在于：所述电容式传感器通过支架内部电路连接至基座。

5.根据权利要求1或4所述的新型液体粘滞系数实验仪，其特征在于：所述电容式传感器的极板与设在基座内的平衡电容相连形成等臂电桥。

6.根据权利要求1所述的新型液体粘滞系数实验仪，其特征在于：在所述基座上设有通电口和信号输出端口。

7.根据权利要求1所述的新型液体粘滞系数实验仪，其特征在于：所述外筒上开设有进水口和出水口。

8.根据权利要求3所述的新型液体粘滞系数实验仪，其特征在于：在所述支架滑动槽边缘设置有刻度标尺。

9.根据权利要求1所述的新型液体粘滞系数实验仪，其特征在于：所述电容式传感器的极板外覆有防水涂层。