CN217156180U - 一种测量空气粘滞系数的声学测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，涉及空气粘滞系数测量技术领域。一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，包括信号接收发装置、第一声音输出装置、第一声音输入装置、第一密闭腔体和温度测量装置，第一声音输出装置设于第一密闭腔体底部，第一声音输入装置设于第一密闭腔体顶部，温度测量装置设于第一密闭腔体内，信号接收发装置的信号输出端和信号输入端分别与第一声音输出装置和第一声音输入装置电性连接；此系统能够准确地测得系统的实际共振频率，从而测得空气的粘滞系数。

Description

一种测量空气粘滞系数的声学测量系统

技术领域

本实用新型涉及空气粘滞系数测量技术领域，具体而言，涉及一种测量空气粘滞系数的声学测量系统。

背景技术

空气的粘滞系数是一个重要的物理常数，准确测定空气的粘滞系数，在理论上和实践上都具有重要意义。现有的测量空气粘滞系数的设备比较复杂，且得出的数据不准确，这一问题急需解决。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，能够准确地测得系统的实际共振频率，根据公式测得空气的粘滞系数，比较方便。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，包括信号接收发装置、第一声音输出装置、第一声音输入装置、第一密闭腔体和温度测量装置；

上述第一声音输出装置设于上述第一密闭腔体底部，上述第一声音输入装置设于上述第一密闭腔体顶部，上述温度测量装置设于上述第一密闭腔体内；

上述信号接收发装置的信号输出端和信号输入端分别与上述第一声音输出装置和上述第一声音输入装置电性连接。

在本实用新型的一些实施例中，还包括第二声音输出装置、第二声音输入装置和第二密闭腔体，上述第二声音输出装置设于上述第二密闭腔体底部，上述第二声音输入装置设于上述第二密闭腔体顶部；上述信号接收发装置的信号输出端和信号输入端也分别与上述第二声音输出装置和上述第二声音输入装置电性连接；

上述第二密闭腔体和上述第一密闭腔体的底面积相同，且上述第一密闭腔体的高度是上述第二密闭腔体的两倍。

在本实用新型的一些实施例中，上述第二密闭腔体和上述第一密闭腔体连通有连通管。

在本实用新型的一些实施例中，上述连通管管径小于1mm。

在本实用新型的一些实施例中，还包括保温箱，上述第一声音输出装置、上述第一声音输入装置、上述第一密闭腔体、上述温度测量装置、上述第二声音输出装置、上述第二声音输入装置和上述第二密闭腔体设于上述保温箱内。

在本实用新型的一些实施例中，还包括信号放大装置，上述信号放大装置的信号输入端与上述信号接收发装置的信号输出端电性连接，上述信号放大装置的信号输出端均与上述第一声音输出装置和上述第二声音输出装置连接。

在本实用新型的一些实施例中，上述信号放大装置为功放板。

在本实用新型的一些实施例中，还包括第一缓震组件，上述第一缓震组件设于上述第一密闭腔体下方。

在本实用新型的一些实施例中，还包括第二缓震组件，上述第二缓震组件设于上述第二密闭腔体下方。

在本实用新型的一些实施例中，上述信号接收发装置为扫频仪。

相对于现有技术，本实用新型的实施例至少具有如下优点或有益效果：

一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，包括信号接收发装置、第一声音输出装置、第一声音输入装置、第一密闭腔体和温度测量装置；上述第一声音输出装置设于上述第一密闭腔体底部，上述第一声音输入装置设于上述第一密闭腔体顶部，上述温度测量装置设于上述第一密闭腔体内；上述信号接收发装置的信号输出端和信号输入端分别与上述第一声音输出装置和上述第一声音输入装置电性连接。

通过信号接收发装置发送信号给第一声音输出装置，第一声音输出装置把电信号转化为声音信号，声音从第一密闭腔体向上传播，然后经过第一密闭腔体的内顶壁反射形成反射波，反射波和入射波叠加形成驻波，第一密闭腔体内的声波通过第一声音输入装置变成电信号，然后传递进入信号接收发装置内，经过信号接收发装置处理之后，通过不断地改变信号收发装置的信号输出端的输出频率，利用信号接收发装置可直接得出频谱图，使实验人员可以清楚观看，频谱图的峰值处对应的频率即为系统的实际共振频率，此时系统发生共振，即整个圆柱腔与空气构成的系统发生共振，且此时信号收发装置的信号输出端的输出频率与系统的固有频率相等，将从频谱图上读取的实际共振频率的数值带入计算空气粘滞系数的公式中即可得空气的粘滞系数，比较方便。

声波在第一密闭腔体内传播，即在密封空间内形成驻波，声波不会向外扩散，从而声波的能量丧失的较少，从而声波通过第一声音输入装置转化为电信号之后，由信号接收发装置测得的数据会更为准确，测量数据更为精准；温度测量装置用于检测第一密闭腔体内的温度，从而得出温度的数值，方便测量不同温度下空气的粘滞系数，从而探究温度对空气粘滞系数的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型整体结构示意图。

图标：1-信号接收发装置，2-第一声音输出装置，3-第一声音输入装置，4-第一密闭腔体，5-温度测量装置，6-第二声音输出装置，7-第二声音输入装置，8-第二密闭腔体，9-连通管，10-保温箱，11-信号放大装置，12-第一缓震组件，13-第二缓震组件。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，包括信号接收发装置1、第一声音输出装置2、第一声音输入装置3、第一密闭腔体4和温度测量装置5；上述第一声音输出装置2设于上述第一密闭腔体4底部，上述第一声音输入装置3设于上述第一密闭腔体4顶部，上述温度测量装置5设于上述第一密闭腔体4内；上述信号接收发装置1的信号输出端和信号输入端分别与上述第一声音输出装置2和上述第一声音输入装置3电性连接。

在本实施例中，通过信号接收发装置1发送信号给第一声音输出装置2，第一声音输出装置2把电信号转化为声音信号，声音从第一密闭腔体4向上传播，然后经过第一密闭腔体4的内顶壁反射形成反射波，反射波和入射波叠加形成驻波，第一密闭腔体4内的声波通过第一声音输入装置3变成电信号，然后传递进入信号接收发装置1内，经过信号接收发装置1处理之后，通过不断地改变信号收发装置1的信号输出端的输出频率，利用信号接收发装置1可直接得出频谱图，使实验人员可以清楚观看，频谱图的峰值处对应的频率即为系统的实际共振频率，此时系统发生共振，即整个圆柱腔与空气构成的系统发生共振，且此时信号收发装置1的信号输出端的输出频率与系统的固有频率相等，将从频谱图上读取的实际共振频率的数值带入计算空气粘滞系数的公式中即可得空气的粘滞系数，比较方便。

声波在第一密闭腔体4内传播，即在密封空间内形成驻波，声波不会向外扩散，从而声波的能量丧失的较少，从而声波通过第一声音输入装置3转化为电信号之后，由信号接收发装置1测得的数据会更为准确，测量数据更为精准；温度测量装置5用于检测第一密闭腔体4内的温度，从而得出温度的数值，方便测量不同温度下空气的粘滞系数，从而探究温度对空气粘滞系数的影响。

具体的，温度检测装置为市售电子温度计，温度测量准确，使用效果好。

具体的，通过将声音输出装置和声音输入装置分别设计安装在(0.628a,0,0)和(0,0,L)的位置，可以抑制径向及混合模式的激励，仅在共鸣腔中有效激励纯轴向声学共振模式，即可保证声波在圆柱腔体内仅沿轴向传播。根据驻波的性质，其理想共振频率可表示为

L为共鸣腔长度(圆柱腔的高度)，l为驻波数，C为声速；

空气的粘滞系数的计算公式为

其中

λ是空气的导热系数，C_p是定压热容，ω＝2πf₀是角频率，ρ是空气密度，f₀是理想共振频率，a是圆柱腔半径，γ是定比热容；例如通过查阅25.8℃下空气热物性参数可得C_p＝1015J/(kg·K)，λ＝2.675×10^-2W/(m·K)，定比热容γ＝1.4，ρ＝1.181kg/m³；因此只需实验时在特定温度下去进行实验，测得系统的共振频率，其余参数都是已知的，然后带入空气的粘滞系数的计算公式，即可计算出空气的粘滞系数η。

实施例2

如图1所示，本实施例在实施例1的基础上，还包括第二声音输出装置6、第二声音输入装置7和第二密闭腔体8，上述第二声音输出装置6设于上述第二密闭腔体8底部，上述第二声音输入装置7设于上述第二密闭腔体8顶部；上述信号接收发装置1的信号输出端和信号输入端也分别与上述第二声音输出装置6和上述第二声音输入装置7电性连接；上述第二密闭腔体8和上述第一密闭腔体4的底面积相同，且上述第一密闭腔体4的高度是上述第二密闭腔体8的两倍。

在本实施例中，通过第一声音输出装置2、第一声音输入装置3和第一密闭腔体4构成的测量装置来得出第一条空气共振频率的频谱图，通过第二声音输出装置6、第二声音输入装置7和第二密闭腔体8构成的测量装置来得出第二条空气共振频率的频谱图，从而得出两个共振频率，进行对比得出真实的共振频率，用于消除误差。

而且由于第二密闭腔体8和上述第一密闭腔体4的底面积相同，且第一密闭腔体4的高度是第二密闭腔体8的两倍，在实验中第一密闭腔体4内会形成两个驻波，第二密闭腔体8内会形成一个驻波，通过两个驻波与一个驻波分别得出的两组数据的对比和分析，使得最后得出的实际共振频率的数值误差更小，更准确。

具体的，第一密闭腔体4和第二密闭腔体8均为圆柱体结构，上下封口，内壁为圆弧结构，声波在圆柱体内传播损失能量更少，测得数据更加准确。

具体的，第一声音输出装置2和第二声音输出装置6均为市售扬声器，第一声音输入装置3和第二声音输入装置7均为市售麦克风，使用稳定。

在本实施例的一些实施方式中，上述第二密闭腔体8和上述第一密闭腔体4连通有连通管9。

在上述实施方式中，连通管9用于连通第二密闭腔体8和第一密闭腔体4，使得第二密闭腔体8和第一密闭腔体4之间的空气相互流通，从而使得第二密闭腔体8和第一密闭腔体4的空气的各项数值(温度、空气中杂质的含量等等)基本一致，从而使得第一密闭腔体4和第二密闭腔体8内声波的运动速度大致是一样的，使测得的两个频谱图差距不会很大，从而可用于数据的对比，得出真实的共振频率，最后根据公式推算出空气粘滞系数。

在本实施例的一些实施方式中，上述连通管9管径小于1mm。

在上述实施方式中，连通管9管径小于1mm，使得第二密闭腔体8和第一密闭腔体4之间通道很窄，从而保证第一密闭腔体4内声波和第二密闭腔体8声波不会相互扩散，从而保证第一密闭腔体4和第二密闭腔体8分别测出频谱图是准确的，比较方便。

实施例3

如图1所示，本实施例在上述一些实施例的基础上，还包括保温箱10，上述第一声音输出装置2、上述第一声音输入装置3、上述第一密闭腔体4、上述温度测量装置5、上述第二声音输出装置6、上述第二声音输入装置7和上述第二密闭腔体8设于上述保温箱10内。

在本实施例中，保温箱10用于控制第一密闭腔体4和第二密闭腔体8的温度，使其处于恒温状态，从而提高系统的稳定性，保证测量数据的稳定性；保温箱10还可以改变内部的温度，便于测量不同温度下空气的粘滞系数，验证空气粘滞系数随温度的变化规律。

在本实施例的一些实施方式中，还包括信号放大装置11，上述信号放大装置11的信号输入端与上述信号接收发装置1的信号输出端电性连接，上述信号放大装置11的信号输出端均与上述第一声音输出装置2和上述第二声音输出装置6连接。

在上述实施方式中，信号放大装置11可以将信号接收发装置1发出的信号进行放大，将微弱的电信号转化为稳定的电信号，从而经过第一声音输出装置2和第二声音输出装置6转化之后，得到稳定的声波，实验效果更好，测数据更加方便。

在本实施例的一些实施方式中，上述信号放大装置11为功放板。

在上述实施方式中，功放板是指安装功率放大电路的电路板，把来自前一级的信号放大，且使用寿命长，使用稳定，为市售产品。

实施例4

如图1所示，本实施例在上述一些实施例的基础上，还包括第一缓震组件12，上述第一缓震组件12设于上述第一密闭腔体4下方。

在本实施例中，第一缓震组件12设于第一密闭腔体4下方，用于缓震，避免由于声波震动而使第一密闭腔体4移动，而对第一密闭腔体4内的声波产生影响，确保数据测量的准确性。

具体的，第一缓震组件12可为海绵、橡胶垫等物品，成本低，可替换性好。

在本实施例的一些实施方式中，还包括第二缓震组件13，上述第二缓震组件13设于上述第二密闭腔体8下方。

在上述实施方式中，第二缓震组件13设于第二密闭腔体8下方，用于缓震，避免由于声波震动而使第二密闭腔体8移动，而对第二密闭腔体8内的声波产生影响，确保数据测量的准确性。

具体的，第二缓震组件13可为海绵、橡胶垫等物品，成本低，可替换性好。

在本实施例的一些实施方式中，上述信号接收发装置1为扫频仪，扫频仪能够很好的实现信号的发射和接收，且为市售产品，使用寿命长，使用稳定。

综上所述，本实用新型中实施例提供了一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，包括信号接收发装置1、第一声音输出装置2、第一声音输入装置3、第一密闭腔体4和温度测量装置5；上述第一声音输出装置2设于上述第一密闭腔体4底部，上述第一声音输入装置3设于上述第一密闭腔体4顶部，上述温度测量装置5设于上述第一密闭腔体4内；上述信号接收发装置1的信号输出端和信号输入端分别与上述第一声音输出装置2和上述第一声音输入装置3电性连接。

通过信号接收发装置1发送信号给第一声音输出装置2，第一声音输出装置2把电信号转化为声音信号，声音从第一密闭腔体4向上传播，然后经过第一密闭腔体4的内顶壁反射形成反射波，反射波和入射波叠加形成驻波，第一密闭腔体4内的声波通过第一声音输入装置3变成电信号，然后传递进入信号接收发装置1内，经过信号接收发装置1处理之后，通过不断地改变信号收发装置1的信号输出端的输出频率，利用信号接收发装置1可直接得出频谱图，使实验人员可以清楚观看，频谱图的峰值处对应的频率即为系统的实际共振频率，此时系统发生共振，即整个圆柱腔与空气构成的系统发生共振，且此时信号收发装置1的信号输出端的输出频率与系统的固有频率相等，将从频谱图上读取的实际共振频率的数值带入计算空气粘滞系数的公式中即可得空气的粘滞系数，比较方便。

声波在第一密闭腔体4内传播，即在密封空间内形成驻波，声波不会向外扩散，从而声波的能量丧失的较少，从而声波通过第一声音输入装置3转化为电信号之后，由信号接收发装置1测得的数据会更为准确，测量数据更为精准；温度测量装置5用于检测第一密闭腔体4内的温度，从而得出温度的数值，方便测量不同温度下空气的粘滞系数，从而探究温度对空气粘滞系数的影响。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，其特征在于：包括信号接收发装置、第一声音输出装置、第一声音输入装置、第一密闭腔体和温度测量装置；

所述第一声音输出装置设于所述第一密闭腔体底部，所述第一声音输入装置设于所述第一密闭腔体顶部，所述温度测量装置设于所述第一密闭腔体内；

所述信号接收发装置的信号输出端和信号输入端分别与所述第一声音输出装置和所述第一声音输入装置电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，其特征在于：还包括第二声音输出装置、第二声音输入装置和第二密闭腔体，所述第二声音输出装置设于所述第二密闭腔体底部，所述第二声音输入装置设于所述第二密闭腔体顶部；所述信号接收发装置的信号输出端和信号输入端也分别与所述第二声音输出装置和所述第二声音输入装置电性连接；

所述第二密闭腔体和所述第一密闭腔体的底面积相同，且所述第一密闭腔体的高度是所述第二密闭腔体的两倍。

3.根据权利要求2所述的一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，其特征在于：所述第二密闭腔体和所述第一密闭腔体连通有连通管。

4.根据权利要求3所述的一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，其特征在于：所述连通管管径小于1mm。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，其特征在于：还包括保温箱，所述第一声音输出装置、所述第一声音输入装置、所述第一密闭腔体、所述温度测量装置、所述第二声音输出装置、所述第二声音输入装置和所述第二密闭腔体设于所述保温箱内。

6.根据权利要求5所述的一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，其特征在于：还包括信号放大装置，所述信号放大装置的信号输入端与所述信号接收发装置的信号输出端电性连接，所述信号放大装置的信号输出端均与所述第一声音输出装置和所述第二声音输出装置连接。

7.根据权利要求6所述的一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，其特征在于：所述信号放大装置为功放板。

8.根据权利要求5所述的一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，其特征在于：还包括第一缓震组件，所述第一缓震组件设于所述第一密闭腔体下方。

9.根据权利要求5所述的一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，其特征在于：还包括第二缓震组件，所述第二缓震组件设于所述第二密闭腔体下方。

10.根据权利要求5所述的一种测量空气粘滞系数的声学测量系统，其特征在于：所述信号接收发装置为扫频仪。

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