CN211697376U - 一种基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于液体粘度测定技术领域，特别涉及一种基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，包括：支架、玻璃容器3、反射镜、激光光源、光敏接收器和数字毫秒计12、限位管11和刚性小球14；所述支架左、右各有一个与底盘牢固连接的垂直支柱，分别为左侧支柱1和右侧支柱2，上方有限定支柱垂直的两端带孔的金属铁块；所述反射镜有上、下平行的两组，一组两片，均平行相对放置于容器内壁的下半部分，所述反射镜与地面垂直，粘在玻璃容器3的相对两个内壁上，使两片反射镜交错重合。本实用新型可有效提高测定精度，减小系统误差，有效提高刚性小球14的捕获率，提高了实验的效率，且准确度高，测定成功率高且方便快捷。

Description

一种基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置

技术领域

本实用新型属于液体粘度测定技术领域，特别涉及一种基于激光扩展平面定位法改进的落球法液体粘度测定装置。

背景技术

对液体粘滞系数的测定在物理、化学、水利、医学等领域有重要的应用，研究石油在管道中传输、减小运动物体在液体中的阻力、测量血液的粘滞力得到有价值的诊断、机械的润滑、有机合成等，都需要测定粘度。落球法是最简便的一种方法，当刚性小球14在液体中运动时，将受到与运动方向相反的摩擦阻力的作用，这种阻力即为粘滞力。它是由于黏附在刚性小球14表面的液层与邻近液层的摩擦而产生的。当刚性小球14在均匀、无限深远的液体中运动时，若速度不大，则根据斯托克斯定律可求出刚性小球14受到的粘滞力，当刚性小球14在液体中下落时，作用在刚性小球14上的力有重力、浮力和粘滞力，三个力都在竖直方向，重力向下，浮力和粘滞力向上。当刚性小球14开始下落时，重力大于浮力和粘滞力之和，刚性小球14向下做加速运动。随着速度的增加，粘滞力逐渐加大，当速度达到一定值时，作用在刚性小球14上的各个力达到平衡，于是刚性小球14匀速下落，测得刚性小球14匀速下落时间与距离，即可代入方程计算得流体的粘滞系数。

式中η为液体的粘度，ρ为刚性小球14密度，ρ₀为液体密度，g为重力加速度，d为刚性小球14直径，t为刚性小球14匀速下落距离为L所用时间。

现有的落球法粘度测定实验方法中，传统实验要求实验者目测刚性小球14 达到预定位置时启动秒表，再下落一段距离后停止秒表，以求出平均速度，由于人存在反应时间，且观察角度也会影响刚性小球14位置的准确判断，因此系统误差较大；单线激光粘度测定实验要求调节激光线与刚性小球14下降轨迹重合，刚性小球14在下落过程中由于所受液体粘滞阻力不均匀会使其在一小范围内发生横向漂移，故调节过程繁琐复杂，实验效率低。

因此需要一种激光扩展平面定位法改进的落球法液体粘度测定装置解决现有技术中的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型的一种基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，包括：支架、玻璃容器3、反射镜、激光光源、光敏接收器和数字毫秒计12、限位管11和刚性小球14；

所述支架左、右各有一个与底盘牢固连接的垂直支柱，分别为左侧支柱1 和右侧支柱2，上方有限定支柱垂直的两端带孔的金属铁块，所述金属铁块与所述左侧支柱1和右侧支柱2连接；

所述玻璃容器3中加入足量待测液体，所述玻璃容器3是上端开口，底面为正方形的狭长长方体容器；

所述反射镜有上、下平行的两组，分别为上反射镜组4和下反射镜组9，一组两片，均平行相对放置于容器内壁的下半部分，所述两片反射镜都为规格相同的长方形，所述反射镜与地面垂直，粘在玻璃容器3的相对两个内壁上，使两片反射镜交错重合；

所述激光光源包括上激光光源5和下激光光源7，所述上激光光源5和下激光光源7安装在所述支架的左侧支柱1上，安装高度分别在所述上反射镜组4 和下反射镜组9的位置处，可在水平面内调节激光出射角度；

所述光敏接收器包括上光敏接收器6和下光敏接收器8，分别与所述数字毫秒计12的两个通道连接；

所述限位管11垂直安装在所述支架上方的金属块孔内；

借助所述数字毫秒计12准确测定所述刚性小球14匀速下落的时间，进而准确测定粘度。

优选地，所述刚性小球14为均匀圆球，表面均匀光滑。

优选地，所述玻璃容器3内部总体高度大于40cm；

优选地，所述支架的左侧支柱1和右侧支柱2上有刻度尺标记以准确读出激光扩展平面位置，从而确定刚性小球14下降距离。

优选地，所述激光光源、光敏接收器与左侧支柱1和右侧支柱2的连接处可调节高度与角度。

优选地，所述支架包括底座10，所述底座10附带有三个调节水平螺母。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型对落球法测定流体粘度实验进行有效改进。该测定装置以激光在两片平行反射镜之间多次反射形成的激光网及光敏接收器形成上、下两个定位平面，当下落的刚性小球14到达所述激光光路网时，即可使光接收装置产生电脉冲，将其与数字毫秒计(12)相连，即可在挡光瞬间开始计时。刚性小球 14下落到达所述第二个激光光路网时，光线再次被遮挡，光敏接收装置监测到光的信号消失，毫秒计停止计时。有效提高了落球法粘度测定实验中刚性小球 14匀速下落时间测定的精确度，减小了实验的系统误差，有效提高了落球法粘度测定实验中刚性小球14的捕获率，提高了实验的效率。

2.本实用新型设计结构简单，且充分利用了激光单束性好，光电门反应灵敏的特点，与电脑式数字毫秒计(12)相结合，可以准确的进行测定，准确度高；提高了落球法粘度测定实验的捕获率，使得粘度测定成功率高且方便快捷。从实用角度看，本实用新型可引入高中、大学实验室，具有相当大的市场潜力。

附图说明

图1为本实用新型的基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置的结构示意图；

图2为本实用新型中激光网定位平面俯视示意图；

图3为本实用新型中的刚性小球下落到所述激光网定位平面时挡住激光，无激光出射情况示意图。

图中附图标记为：

1-左侧支柱；2-右侧支柱；3-玻璃容器；4-上反射镜组；5-上激光光源；6- 上光敏接收器；7-下激光光源；8-下光敏接收器；9-下反射镜组；10-底座；11- 限位管；12-数字毫秒计；13-激光网平面；14-刚性小球。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

本实用新型的一项宽泛实施例中，如图1所示，一种基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，主要包括支架、玻璃容器3、反射镜、激光光源、光敏接收器和数字毫秒计12、限位管11和刚性小球14；

所述支架左、右各有一个与底盘牢固连接的垂直支柱，分别为左侧支柱1 和右侧支柱2，上方有限定支柱垂直的两端带孔的金属铁块，所述金属铁块与所述垂直支柱连接；

所述玻璃容器3中加入足量待测液体，所述玻璃容器3是上端开口，底面为正方形的狭长长方体容器；

所述反射镜有上、下平行的两组，分别为上反射镜组4和下反射镜组9，一组两片，均平行相对放置于容器内壁的下半部分，所述两片反射镜都为规格相同的长方形，所述反射镜与地面垂直，粘在玻璃容器3的相对两个内壁上，使两片反射镜交错重合；

所述激光光源包括上激光光源5和下激光光源7，所述上激光光源5和下激光光源7安装在所述支架的左侧支柱1上，安装高度分别在所述上反射镜组4 和下反射镜组9的位置处，可在水平面内调节激光出射角度；

所述光敏接收器包括上光敏接收器6和下光敏接收器8，分别与所述数字毫秒计12的两个通道连接；

所述限位管11垂直安装在所述支架上方的金属块孔内；

借助所述数字毫秒计12准确测定所述刚性小球14匀速下落的时间，进而准确测定粘度。

所述刚性小球14为均匀圆球，表面均匀光滑。

所述玻璃容器3内部总体高度大于40cm；

所述支架的左侧支柱1和右侧支柱2上有刻度尺标记以准确读出激光扩展平面位置，从而确定刚性小球14下降距离。

所述激光光源、光敏接收器与左侧支柱1和右侧支柱2的连接处可调节高度与角度。

所述支架包括底座10，所述底座10附带有三个调节水平螺母。

本实用新型的一种基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，其测定方法如下：

将仪器放置在水平桌面上，调节底座10上三个调平衡螺丝，使其水平；

将上激光源5与下激光源7通过带螺丝的支架与左侧支柱1固定，上光敏接收器6与下光敏接收器8通过带螺丝的支架与右侧支柱2固定，调节上激光源5与下激光源激光入射角度，使得激光多次反射，分别在上反射镜组4与下反射镜组9形成与地面水平的激光网；

将上光敏接收器6通过数据传输线与电脑式数字毫秒计12通道1连接，将下光敏接收器8通过数据线与电脑式数字毫秒计12通道2连接，调节上述光敏接收器接收角度，使得分别接收到上述激光网的出射激光；

从左侧支柱1上读出上述两激光网垂直距离差，将上述数字毫秒计12复位，用镊子从限位管11投下刚性小球14，用磁铁将刚性小球14取出后用吸油纸擦干，多次测量，记录时间，与相关参数代入落球法粘度测定公式即可测得流体粘度；

所述刚性小球14为匀质光滑钢球，直径为2.000mm；

利用上激光发射器5、上反射镜组4和上激光接收器6组成的上定位平面与下激光发射器7、下反射镜组9和下激光接收器8组成的下定位平面实现了刚性小球14位置的确定与匀速下落时间的准确测定，通过电脑式数字毫秒计12上的示数来展示刚性小球14下落时间进而利用落球法实现了流体粘度的准确、便捷测定。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，其特征在于，包括：支架、玻璃容器(3)、反射镜、激光光源、光敏接收器和数字毫秒计(12)、限位管(11)和刚性小球(14)；

所述支架左、右各有一个与底盘牢固连接的垂直支柱，分别为左侧支柱(1)和右侧支柱(2)，上方有限定支柱垂直的两端带孔的金属铁块，所述金属铁块与所述左侧支柱(1)和右侧支柱(2)连接；

所述玻璃容器(3)中加入足量待测液体，所述玻璃容器(3)是上端开口，底面为正方形的狭长长方体容器；

所述反射镜有上、下平行的两组，分别为上反射镜组(4)和下反射镜组(9)，一组两片，均平行相对放置于容器内壁的下半部分，所述两片反射镜都为规格相同的长方形，所述反射镜与地面垂直，粘在玻璃容器(3)的相对两个内壁上，使两片反射镜交错重合；

所述激光光源包括上激光光源(5)和下激光光源(7)，所述上激光光源(5)和下激光光源(7)安装在所述支架的左侧支柱(1)上，安装高度分别在所述上反射镜组(4)和下反射镜组(9)的位置处，可在水平面内调节激光出射角度；

所述光敏接收器包括上光敏接收器(6)和下光敏接收器(8)，分别与所述数字毫秒计(12)的两个通道连接；

所述限位管(11)垂直安装在所述支架上方的金属块孔内；

借助所述数字毫秒计(12)准确测定所述刚性小球(14)匀速下落的时间，进而准确测定粘度。

2.根据权利要求1所述的基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，其特征在于，所述刚性小球(14)为均匀圆球，表面均匀光滑。

3.根据权利要求1所述的基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，其特征在于，所述玻璃容器(3)内部总体高度大于40cm。

4.根据权利要求1所述的基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，其特征在于，所述支架的左侧支柱(1)和右侧支柱(2)上有刻度尺标记以准确读出激光扩展平面位置，从而确定刚性小球(14)下降距离。

5.根据权利要求1所述的基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，其特征在于，所述激光光源、光敏接收器与左侧支柱(1)和右侧支柱(2)的连接处可调节高度与角度。

6.根据权利要求1所述的基于激光扩展平面法改进的落球法液体粘度测定装置，其特征在于，所述支架包括底座(10)，所述底座(10)附带有三个调节水平螺母。

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