CN207570970U - 新型液体表面张力系数测定仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新型液体表面张力系数测定仪，包括基座，基座上设有支撑立杆，支撑立杆的顶端通过支撑横杆依次连接有测量弹簧、校准板和π型金属丝，基座上设有液体容器及与其连接的液位调节装置；支撑立杆上设有游标卡尺，游标部上设有校准镜和连接有游标升降装置；本实用新型通过粗调和细调连续稳定地控制液面下降，以此来实现连续地拉液膜，有效减少液体晃动带来的液膜提前破裂的问题；利用校准镜的位移量来转换测量拉水膜时弹簧的形变量，操作转动手轮调节驱动丝杆，利用数显游标卡尺可实时显示读数；另增加恒温加热套，可测量不同温度下的液体表面张力系数，并探究温度对液体表面张力系数的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及实验仪器技术领域，尤其涉及一种新型液体表面张力系数测定仪。
背景技术
液体表面张力系数是表征液体性质的一个重要参量。由于液体分子间的相互吸引力，使得液体具有尽量收缩其表面的趋势，其表面像一张绷紧的弹性薄膜，即在液体表面存在沿着液面作用的张力，这种张力使液体表面产生收缩的倾向称为表面张力。表面张力垂直于液体表面的任何一条线段，沿着液体表面，作用于单位长度的张力称为表面张力系数。
测定液体表面张力系数的方法有拉脱法、悬滴法、泡压力法和毛细管上升法等，其中拉脱法测量液体表面张力系数是最常用的方法，运用此方法进行的实验是大学物理实验中的基本实验。
拉脱法测量液体表面张力系数的实验原理是：液体表面张力大小Fα与液面长度L成正比，即Fα＝αL，其中α为液体表面张力系数。将一个洁净的弯成π型的金属丝浸入液体中，当拉起金属丝时(如图6所示)，在π型金属丝的框内将形成双面液膜，这时在金属丝附近的液面将产生一个沿着液面切向方向的表面张力，设金属丝的直径为d，内宽为L，重力为mg，受到的浮力为f，弹簧向上的拉力为F，液体的表面张力为Fα，液膜的重力为m'g。则在液膜破裂瞬间，金属丝受到的力平衡公式为：F+f＝mg+Fα+m'g；一般的实验教材将液膜的重力和金属丝受到的浮力忽略，金属丝的重力对拉脱过程弹簧的伸长量没有贡献，则对前式进行简化得到：Fα＝kΔx；由于π型金属丝带出的液膜有两个表面，每一个表面与水面相交的线段上都受到大小为αL的液体表面张力，则可得到水的表面张力系数的公式α＝kΔx/2L。所以只要得出弹簧劲度系数k，记下与液面相切位置到液膜破裂瞬间弹簧的伸长量Δx，测出π型金属丝内宽L，则可计算出液体表面张力系数。
现常用的实验仪器(如图7所示)，主要采用焦利式秤、烧杯等仪器,校准镜是固定在焦利氏秤的立管上的，对π型金属丝的拉脱是通过调节刻度管升降螺母让弹簧拉动金属丝上升和调节载物台升降螺母使载物台下降来实现的，在调节载物台升降螺母时烧杯中的液体会晃动，容易导致液膜提前破裂，使测量精度大大降低。在测量弹簧的劲度系数k值和弹簧变形量Δx时，要通过焦利氏秤上的刻度管升降螺母使刻度管在立管上的升降来调节弹簧的升降，弹簧容易产生晃动且很难稳定下来，在调节三线对齐时用裸眼判断晃动的三线对齐，有很大的视觉差，直接影响了测量结果的准确性。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种制作简单、设计科学，可减小实验误差、提高实验精度的新型液体表面张力系数测定仪。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：新型液体表面张力系数测定仪，包括基座，所述基座上固定设有支撑立杆，所述支撑立杆的顶端设有支撑横杆，所述支撑横杆的端部连接有测量弹簧，所述基座上位于所述测量弹簧下方设有液体容器，所述液体容器连接有液位调节装置，所述测量弹簧的下端连接有位于所述液体容器内且呈π型设置的金属丝，所述测量弹簧和所述金属丝之间设有校准板，所述校准板上设有校准参照线；所述支撑立杆上竖向固定设有游标卡尺，所述游标卡尺的游标部上固定设有校准镜，所述校准镜上设有校准固定线；所述游标部连接有游标升降装置。
作为优选的技术方案，所述液位调节装置包括设置在所述液体容器上的粗调通液口和细调通液口；所述粗调通液口通过粗调导管连接有抽拉粗调器，所述细调通液口通过细调导管连接有螺旋细调器。
作为优选的技术方案，所述抽拉粗调器包括呈圆筒状设置的粗调器外管，所述粗调器外管的一端设有与所述粗调导管连接的粗调器通液嘴，所述粗调器外管内密封滑动连接有粗调器活塞，所述粗调器活塞上连接有穿出所述粗调器外管另一端的粗调抽拉杆。
作为优选的技术方案，所述螺旋细调器包括呈圆筒状设置的细调器外管，所述细调器外管的一端设有与所述细调导管连接的细调器通液嘴，所述细调器外管的另一端固定设有螺纹套，所述螺纹套的中部设有螺纹通孔，所述螺纹通孔上安装有螺旋推动杆，所述螺旋推动杆伸入所述细调器外管内连接有细调器活塞，所述细调器活塞与所述细调器外管的内表面密封滑动连接。
作为优选的技术方案，所述游标升降装置包括转动安装在所述支撑立杆上的驱动丝杆，所述驱动丝杆的一端连接有转动手柄；所述游标部上固定设有螺纹连接座，所述螺纹连接座上设有与所述驱动丝杆对应的螺纹孔。
作为优选的技术方案，所述游标卡尺为数显游标卡尺。
作为优选的技术方案，所述基座上还设有恒温加热套，所述液体容器设置在所述恒温加热套上。
作为优选的技术方案，所述液体容器为烧杯；所述校准板为透明板。
作为优选的技术方案，所述基座上设有水平仪，所述支撑横杆上设有铅垂线。
由于采用了上述技术方案，新型液体表面张力系数测定仪，包括基座，所述基座上固定设有支撑立杆，所述支撑立杆的顶端设有支撑横杆，所述支撑横杆的端部连接有测量弹簧，所述基座上位于所述测量弹簧下方设有液体容器，所述液体容器连接有液位调节装置，所述测量弹簧的下端连接有位于所述液体容器内且呈π型设置的金属丝，所述测量弹簧和所述金属丝之间设有校准板，所述校准板上设有校准参照线；所述支撑立杆上竖向固定设有游标卡尺，所述游标卡尺的游标部上固定设有校准镜，所述校准镜上设有校准固定线；所述游标部连接有游标升降装置；本实用新型在液体容器下方连接两根导管，分别连接抽拉粗调器和螺旋细调器，通过粗调和细调连续稳定地控制液面下降，以此来实现连续地拉液膜，有效减少液体晃动带来的液膜提前破裂的问题；利用校准镜的位移量来转换测量拉水膜时弹簧的形变量，操作转动手轮调节驱动丝杆，利用数显游标卡尺可实时显示读数；另增加恒温加热套，可测量不同温度下的液体表面张力系数，并探究温度对液体表面张力系数的影响；本实用新型可基于焦利氏秤改造而成，制作简单。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
图1是本实用新型实施例的立体结构示意图；
图2是图1的I处结构放大示意图；
图3是本实用新型实施例另一视角的立体结构示意图；
图4是本实用新型实施例液体容器的立体结构示意图；
图5是本实用新型实施例的正视结构示意图；
图6是拉脱法实验原理的示意图；
图7是现常用的拉脱法实验仪器的结构示意图。
图中：1-基座；11-秤基座；12-烧杯基座；13-水平调节螺钉；14-支撑立杆；15-支撑横杆；16-测量弹簧；17-金属丝；18-校准板；19-校准参照线；2-液体容器；21-粗调通液口；22-细调通液口；3-液位调节装置；31-粗调导管；32-细调导管；33-抽拉粗调器；34-螺旋细调器；4-游标卡尺；41-主尺部；42-游标部；5-校准镜；51-校准固定线；6-游标升降装置；61-驱动丝杆；62-转动手柄；63-游标横杆；64-螺纹连接座；7-恒温加热套；81-立管；82-刻度管；83-刻度管升降螺母；84-载物台升降螺母；85-载物台；86-烧杯；91-水平仪；92-铅垂线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1至图7共同所示，新型液体表面张力系数测定仪，包括基座1，本实施例所述基座1包括秤基座11和烧杯基座12，本实施例示意基于焦利氏秤改造而成，所述秤基座11即为焦利氏秤的基座，所述秤基座11上设有水平调节螺钉13，所述秤基座11上设有水平仪91，所述水平仪91为万向水平仪，所述万向水平仪为公知技术，在此不再赘述。所述烧杯基座12为单独制作的，本实施例示意为板材拼焊而成，当然也可为整体注塑而成。
所述基座1上固定设有支撑立杆14，本实施例所述支撑立杆14即为焦利氏秤的立管81和其立管81内安装的刻度管82，所述刻度管82上的刻度对于本实施例来说并不起作用，在此不再赘述。
所述支撑立杆14的顶端设有支撑横杆15，所述支撑横杆15的端部连接有测量弹簧16，所述支撑横杆15和所述测量弹簧16均为焦利氏秤的固有结构，在此不再赘述。
所述基座1上位于所述测量弹簧16下方设有液体容器2，本实施例所述液体容器2为烧杯，为避免实验中所述液体容器2上方的空气流动对实验产生的影响，本实施例采用高度较高的烧杯，使所述液体容器2内的液面距离上方开口较远。所述液体容器2连接有液位调节装置3，所述液位调节装置3包括设置在所述液体容器2上的粗调通液口21和细调通液口22；所述粗调通液口21通过粗调导管31连接有抽拉粗调器33，所述细调通液口22通过细调导管32连接有螺旋细调器34。所述抽拉粗调器33包括呈圆筒状设置的粗调器外管，所述粗调器外管的一端设有与所述粗调导管31连接的粗调器通液嘴，所述粗调器外管内密封滑动连接有粗调器活塞，所述粗调器活塞上连接有穿出所述粗调器外管另一端的粗调抽拉杆,通过抽动所述粗调抽拉杆来实现液位的快速下降，即液位的粗调。所述螺旋细调器34包括呈圆筒状设置的细调器外管，所述细调器外管的一端设有与所述细调导管32连接的细调器通液嘴，所述细调器外管的另一端固定设有螺纹套，所述螺纹套的中部设有螺纹通孔，所述螺纹通孔上安装有螺旋推动杆，所述螺旋推动杆伸入所述细调器外管内连接有细调器活塞，所述细调器活塞与所述细调器外管的内表面密封滑动连接，通过旋转所述螺旋推动杆来实现液位的缓慢下降，即液位的细调。所述抽拉粗调器33为本实施例采用注射器，所述注射器为公知常用技术，所述螺旋细调器34的结构也较为简单，是本领域技术人员很容易理解并得出的，在此不再对两者进行赘述。
所述测量弹簧16的下端连接有位于所述液体容器2内且呈π型设置的金属丝17，所述测量弹簧16和所述金属丝17之间设有校准板18，所述校准板18上设有校准参照线19。本实施例所述校准板18为透明板，方便进行三线对齐。所述金属丝17、所述校准板18和所述校准参照线19为本领域技术人员所熟知的，在此不再赘述。
所述支撑立杆14上竖向固定设有游标卡尺4，所述游标卡尺4的游标部42上固定设有校准镜5，所述校准镜5上设有校准固定线51；所述游标部42连接有游标升降装置6。所述游标升降装置6包括转动安装在所述支撑立杆上的驱动丝杆61，所述驱动丝杆61的一端连接有转动手柄62；所述游标部42上固定设有螺纹连接座64，所述螺纹连接座64上设有与所述驱动丝杆61对应的螺纹孔。本实施例所述游标卡尺4为数显游标卡尺，所述游标卡尺4的主尺部41固定在所述支撑立杆14上，所述游标部42上固定设置游标横杆63，所述游标横杆63的一端固定设置所述校准镜5，所述游标横杆63的另一端固定安装所述螺纹连接座64。通过所述转动手柄62带动所述驱动丝杆61，进而通过螺杆螺孔的配合传动给所述游标部42，使其上升或者下降，操作方便且不易产生晃动。
所述基座1上还设有恒温加热套7，所述液体容器2设置在所述恒温加热套7上，所述液体容器2的底部为与所述恒温加热套7匹配的球状。所述恒温加热套7可调节所述液体容器2内的液体温度，方便测量并探究温度对液体表面张力系数的影响。所述恒温加热套7为公知常用技术，在此不再赘述。
本实施例在所述支撑横杆15上还设有铅垂线92，方便进行实验时作为竖直基准进行参考。
本实施例的使用方法如下：
(1)调节所述支撑立杆14，使所述金属丝17没入液体中，将所述液体容器2内的液体调定到指定温度并保持恒温；
(2)调节所述转动手柄62，所述游标部42升降，直至所述校准参照线19、所述校准固定线51和所述校准参照线19在所述校准镜5内的投影，三线合一时，将所述游标卡尺4的读数清零；
(3)先操作所述抽拉粗调器33，使液位快速下降，待所述金属丝17刚露出液面时，停止操作所述抽拉粗调器33，先调节所述转动手柄62使三线合一；在之后的操作过程中，略微操作所述螺旋细调器34，再略微操作所述转动手柄62使三线合一，上述两操作交替进行，直至液膜破裂；
(4)待液膜破裂时，停止操作所述螺旋细调器34和所述转动手柄62，读取此时所述游标卡尺4的读数，即得到所述测量弹簧16的形变量Δx；
(5)所述测量弹簧16的劲度系数k和所述金属丝17的内宽L可轻易得知，利用公式α＝kΔx/2L，计算当次实验的液体表面张力系数；可重复多次实验，对同一温度下的液体表面张力系数进行测量，以求得更为精确的数据；
(6)调节所述恒温加热套7，分别测量不同温度下的液体表面张力系数。
本实施例在所述液体容器2下方连接两根导管，分别连接所述抽拉粗调器33和所述螺旋细调器34，通过粗调和细调连续稳定地控制液面下降，以此来实现连续地拉液膜，有效减少液体晃动带来的液膜提前破裂的问题；调节所述游标卡尺4可带动所述校准镜5的移动，并实时显示所述校准镜5的位置，方便测量所述校准镜5的位移，从而得知所述测量弹簧16的形变量，操作非常方便；另增加所述恒温加热套7，可测量不同温度下液体表面张力系数，进而研究温度对液体表面张力系数的影响；本实施例可基于焦利氏秤改造而成，制作简单，既有利于学生更好地操作实验，掌握拉脱法测液体表面张力系数实验的精髓，培养创新思维，也有利于物理实验教学，为实验室建设提供了新的思路。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.新型液体表面张力系数测定仪，包括基座，其特征在于：所述基座上固定设有支撑立杆，所述支撑立杆的顶端设有支撑横杆，所述支撑横杆的端部连接有测量弹簧，所述基座上位于所述测量弹簧下方设有液体容器，所述液体容器连接有液位调节装置，所述测量弹簧的下端连接有位于所述液体容器内且呈π型设置的金属丝，所述测量弹簧和所述金属丝之间设有校准板，所述校准板上设有校准参照线；所述支撑立杆上竖向固定设有游标卡尺，所述游标卡尺的游标部上固定设有校准镜，所述校准镜上设有校准固定线；所述游标部连接有游标升降装置。
2.如权利要求1所述的新型液体表面张力系数测定仪，其特征在于：所述液位调节装置包括设置在所述液体容器上的粗调通液口和细调通液口；所述粗调通液口通过粗调导管连接有抽拉粗调器，所述细调通液口通过细调导管连接有螺旋细调器。
3.如权利要求2所述的新型液体表面张力系数测定仪，其特征在于：所述抽拉粗调器包括呈圆筒状设置的粗调器外管，所述粗调器外管的一端设有与所述粗调导管连接的粗调器通液嘴，所述粗调器外管内密封滑动连接有粗调器活塞，所述粗调器活塞上连接有穿出所述粗调器外管另一端的粗调抽拉杆。
4.如权利要求2所述的新型液体表面张力系数测定仪，其特征在于：所述螺旋细调器包括呈圆筒状设置的细调器外管，所述细调器外管的一端设有与所述细调导管连接的细调器通液嘴，所述细调器外管的另一端固定设有螺纹套，所述螺纹套的中部设有螺纹通孔，所述螺纹通孔上安装有螺旋推动杆，所述螺旋推动杆伸入所述细调器外管内连接有细调器活塞，所述细调器活塞与所述细调器外管的内表面密封滑动连接。
5.如权利要求1至4任一权利要求所述的新型液体表面张力系数测定仪，其特征在于：所述游标升降装置包括转动安装在所述支撑立杆上的驱动丝杆，所述驱动丝杆的一端连接有转动手柄；所述游标部上固定设有螺纹连接座，所述螺纹连接座上设有与所述驱动丝杆对应的螺纹孔。
6.如权利要求5所述的新型液体表面张力系数测定仪，其特征在于：所述游标卡尺为数显游标卡尺。
7.如权利要求6所述的新型液体表面张力系数测定仪，其特征在于：所述基座上还设有恒温加热套，所述液体容器设置在所述恒温加热套上。
8.如权利要求7所述的新型液体表面张力系数测定仪，其特征在于：所述液体容器为烧杯；所述校准板为透明板。
9.如权利要求8所述的新型液体表面张力系数测定仪，其特征在于：所述基座上设有水平仪，所述支撑横杆上设有铅垂线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180703 |