CN220473299U

CN220473299U - 测量液体粘滞系数的装置

Info

Publication number: CN220473299U
Application number: CN202322035085.4U
Authority: CN
Inventors: 叶青; 司纪星
Original assignee: China University of Petroleum Beijing
Current assignee: China University of Petroleum Beijing
Priority date: 2023-07-31
Filing date: 2023-07-31
Publication date: 2024-02-09
Anticipated expiration: 2033-07-31

Abstract

本实用新型涉及实验仪器技术领域，提供一种测量液体粘滞系数的装置，包括圆筒、支撑组件和动力组件；圆筒用于盛放待测液体；动力组件设于支撑组件，动力组件包括驱动部件和牵引部件，牵引部件的一端与驱动部件连接，牵引部件的另一端与位于所述待测液体的实验球连接；驱动部件用于驱动牵引部件运动，以提升实验球沿竖直方向做直线运动。本实用新型提供的测量液体粘滞系数的装置，可以通过动力组件提升实验球沿竖直方向做直线运动，减少干扰，方便测量和计算液体粘滞系数，可提高实验的成功概率以及实验的可操作性。

Description

测量液体粘滞系数的装置

技术领域

本实用新型涉及实验仪器技术领域，尤其涉及一种测量液体粘滞系数的装置。

背景技术

液体的粘滞系数又称为内摩擦系数或粘度，是描述液体内摩擦力性质的一个重要物理量。它表征液体反抗形变的能力，只有在液体内存在相对运动时才表现出来。在医疗、航空、航海、水利、机械润滑、液压传动和管道运输等领域有广泛应用。

测量液体粘滞系数的方法有很多，常见的有落球法、毛细管法、转筒法、升温法、泊肃叶公式法等。其中最为常见的便是落球法，该方法现象明显、原理直观，被广泛用于大学物理实验教学中，但是落球法只能测量不透明液体的粘滞系数，并且，实验球必须精准通过激光光束，实际操作难度大，实验球难以回收重复利用，实验球所做的匀速直线运动也缺乏直观的证明。

相关技术中，通过将一根连接纸带的细线绑在实验球上，并将与细线连接的纸带穿设于打点计时器，通过打点计时器在纸带上落下的痕迹来证明实验球的直线运动并解决落球法只能测量透明液体的技术问题。

但由于该装置无法保证实验过程中实验球会出现匀速直线运动，存在一定的实验误差，实验效果不佳。

实用新型内容

本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，用以解决上述技术问题中的至少一项技术缺陷，可以保证实验过程中实验球会出现匀速直线运动，减小实验误差，改善实验效果。

根据本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，包括：

圆筒，用于盛放待测液体；

支撑组件；

动力组件，设于所述支撑组件，所述动力组件包括驱动部件和牵引部件，所述牵引部件的一端与所述驱动部件连接，所述牵引部件的另一端与位于所述待测液体的实验球连接；所述驱动部件用于驱动所述牵引部件运动，以提升所述实验球沿竖直方向做直线运动。

根据本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，所述测量液体粘滞系数的装置还包括速度监测装置，所述速度监测装置用于测量所述实验球的运动速度。

根据本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，所述速度监测装置包括打点计时器和纸带，所述纸带穿设于所述打点计时器，并分别与所述驱动部件和所述牵引部件连接。

根据本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，所述牵引部件包括牵引绳和换向件，所述换向件设于所述支撑组件，所述牵引绳的一端与所述驱动部件连接，所述牵引绳另一端绕过所述换向件与所述实验球连接。

根据本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，所述牵引部件还包括力传感器；

所述力传感器设于所述换向件；或所述力传感器设于所述换向件和所述实验球之间的所述牵引绳。

根据本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，所述换向件包括定滑轮和辊筒中的任一种。

根据本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，所述驱动部件包括滑块，所述滑块与所述支撑组件滑动配合，所述滑块适于在重力作用下，驱动所述牵引部件运动，以提升所述实验球沿竖直方向做直线运动。

根据本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，所述驱动部件包括移动小车，所述移动小车与所述支撑组件滚动配合，所述移动小车适于在重力作用下，驱动所述牵引部件运动，以提升所述实验球沿竖直方向做直线运动。

根据本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，所述移动小车的内部设置有多个配重件。

根据本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，所述支撑组件包括支撑块，所述支撑块具有第一支撑面和第二支撑面；

所述第一支撑面和所述第二支撑面互呈夹角设置，所述第二支撑面为斜面；

所述驱动部件设于所述第二支撑面。

本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，动力组件包括驱动部件和牵引部件，通过将动力组件中的驱动部件设于支撑组件，令牵引部件的一端连接驱动部件，另外一端连接一置于盛放有待测液体的圆筒中的实验球，这样，就可以通过动力组件提升实验球沿竖直方向做直线运动，以使实验球在竖直方向上，受到向上的拉力和浮力，以及受到向下的重力和粘滞阻力，当驱动部件通过牵引部件带动实验球运动时，实验球由静止开始向上做加速运动，随着上升速度的增大，实验球受到的粘滞阻力也随之增大。当速度增大到一定值时，重力和粘滞阻力与浮力和拉力达到平衡，实验球向上做匀速直线运动，方便测量和计算液体粘滞系数，可提高实验的成功概率。

相比于现有技术，通过驱动部件提升实验球沿竖直方向做直线运动，使得测量液体粘滞系数的实验中的落球法变为升球法，驱动部件提供拉力以控制实验球的综合受力状态，可以在实验过程中令实验球出现匀速直线运动，减少干扰，提高实验的成功概率以及实验的可操作性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1是本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置的另一整体结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的圆筒设置示意图；

图4是本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的另一圆筒设置示意图；

图5是本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置的另一整体结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的使用测量液体粘滞系数装置的实验方法的实验球的受力分析图。

附图标记：

10：支撑组件；20：圆筒；30：动力组件；40：速度监测装置；50：实验球；

101：支撑块；301：驱动部件；302：牵引部件；201：待测液体；401：打点计时器；402：纸带；

1011：第一支撑面；1012：第二支撑面；3021：牵引绳；3022：换向件；3011：滑块；3012：移动小车；3013：配重件。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

图1是本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置的整体结构示意图；图2是本本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置的另一整体结构示意图。

参照图1和图2，本实用新型实施例提供一种测量液体粘滞系数的装置，包括支撑组件10、圆筒20和动力组件30。

其中，如图2所示，支撑组件10具有第一支撑面1011和第二支撑面1012，第一支撑面1011与第二支撑面1012相接触，即第一支撑面1011与第二支撑面1012为支撑组件10相邻的两个面；如图1所示，第一支撑面1011也可以与第二支撑面1012为同一个面，即第一支撑面1011和第二支撑面1012为一个面上不同的区域。

支撑组件10用于支撑动力组件30，即支撑组件10为动力组件30提供支点以使得动力组件30可以工作；支撑组件10可以是一实体结构，具体地，如图1所示，支撑组件10包括一支撑块101，将动力组件30设于支撑块101上，使得支撑组件10对动力组件30起到支撑作用；在一可选示例中，支撑组件10还可以是架体结构(图中未示出)，例如支撑组件10包括一支撑架，将动力组件30与支撑架上的支撑杆连接，使得支撑架对动力组件30起到支撑作用，对于支撑架的结构本实用新型不做具体限定，在此不再作过多赘述。

图3是本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的圆筒设置示意图；图4是本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的另一圆筒设置示意图。

其中，圆筒20用于盛放待测液体201，如图2所示，圆筒20设于动力组件30下方，与支撑组件10的第一支撑面1011相邻设置，以使得实验球50可以自然垂落并置于待测液体201中。圆筒20还可以设于支撑组件10的第一支撑面1011，即第一支撑面1011作为圆筒20筒壁的一部分，如图3所示，圆筒20的筒壁高度与支撑组件10的第一支撑面1011的高度齐平，这样，可以使得整体装置更加紧密，减少了耗材，节省了成本。

在一可选示例中，圆筒20的筒壁高度也可以低于支撑组件10中第一支撑面1011的高度，如图4所示，以第一支撑面1011的部分作为圆筒20的筒壁，令圆筒20的筒壁高度低于第一支撑面1011的高度，这样，可以方便回收实验球50以及添加待测液体201，便于装置的使用。

具体地，圆筒20可以是透明圆筒20，即采用透明材料制成，如聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)，或者透明塑料，如PMMA(亚克力)，透明材料种类较多，可以适应性选择，在此不再一一例举。可以理解的是，在采用透明圆筒20时，可以在圆筒20筒壁上附设刻度标识，如量筒，通过采用带有标识的透明圆筒20，可以便于测量出圆筒20中待测液体201的体积等物理数据。

圆筒20也可以采用不透明的材料制成，使用时，可以将待测液体201先进行测量，再将待测液体201加入不透明的圆筒20中，不透明材料制成的圆筒20可以根据需要适应性选择，本实用新型对此不作具体限定。

其中，动力组件30设于第二支撑面1012，动力组件30包括驱动部件301和牵引部件302，牵引部件302的一端与驱动部件301固定连接，牵引部件302的另一端与实验球50固定连接，实验球50位于待测液体201中；驱动部件301用于驱动牵引部件302运动，以提升实验球50沿竖直方向做直线运动。

如图2所示，动力组件30与第二支撑面1012的连接方式，即驱动部件301与第二支撑面1012的连接方式可以是活动连接；具体地，将驱动部件301置于第二支撑面1012，将第二支撑面1012设置为向下的斜面，驱动部件301依靠自身重力可以沿着第二支撑面1012向下移动，即驱动部件301通过自身重力提供牵引力带动与之相连接的牵引部件302移动，牵引部件302进而带动连接在牵引部件302另一端的实验球50在盛放有待测液体201的圆筒20中沿竖直方向做直线运动。

驱动部件301还可以包括动力部，第二支撑面1012可以为斜面也可以为水平面；例如，在驱动部件301内置电机，通过电机做匀速运动以驱动该驱动部件301在背离牵引部件302的方向上沿第二支撑面1012移动，即驱动部件301提供牵引力带动与之相连接的牵引部件302移动，牵引部件302进而带动连接在牵引部件302另一端的实验球50在盛放有待测液体201的圆筒20中沿竖直方向做直线运动。

在一可选示例中，动力部还可以设于驱动部件301之外，例如将驱动部件301置于磁场中，外置磁场即为动力部，对于其具体地设置，在此不再赘述。

驱动部件301与第二支撑面1012的连接方式还可以是固定连接；具体地，如图1所示，通过螺栓或螺母等紧固件将驱动部件301与第二支撑面1012紧固连接，驱动部件301可以包括一连接电机的收线轮(图中未示出)，将牵引部件302的一端与收线轮固定连接，另一端连接实验球50并自然下垂至存放有待测液体201的圆筒20中；通过电机带动收线轮旋转卷收连接于收线轮的牵引部件302，牵引部件302进而带动连接在牵引部件302另一端的实验球50在盛放有待测液体201的圆筒20中沿竖直方向做直线运动。

其中，牵引部件302与驱动部件301的固定连接方式可以是通过螺栓或螺丝等紧固件进行紧固连接，也可以是在驱动部件301上设置第一连接部，例如圆环或弯钩，这样，就可以将牵引部件302系在驱动部件301上，实现驱动部件301与牵引部件302的连接；牵引部件302与和实验球50的连接方式与牵引部件302与驱动部件301之间的连接方式近似，在此不再赘述。

可以理解的是，本实用新型提供一种测量液体粘滞系数的装置，动力组件30包括驱动部件301和牵引部件302，通过将动力组件30中的驱动部件301设于支撑组件10，令牵引部件302的一端连接驱动部件301，另外一端连接一置于盛放有待测液体201的圆筒20中的实验球50，这样，就可以通过动力组件30提升实验球50沿竖直方向做直线运动，以使实验球50在竖直方向上，受到向上的拉力和浮力，以及受到向下的重力和粘滞阻力，当驱动部件301通过牵引部件302带动实验球50运动时，实验球50由静止开始向上做加速运动，随着上升速度的增大，实验球50受到的粘滞阻力也随之增大。当速度增大到一定值时，重力和粘滞阻力与浮力和拉力达到平衡，实验球50向上做匀速直线运动，方便测量和计算液体粘滞系数，可提高实验的成功概率。

相比于现有技术，通过驱动部件301提升实验球50沿竖直方向做直线运动，使得测量液体粘滞系数的实验中的落球法变为升球法，驱动部件301提供拉力以控制实验球50的综合受力状态，可以在实验过程中令实验球50出现匀速直线运动；另外，现有技术中，牵引绳3021与换向件3022之间，打点计时器401和纸带402之间存都在摩擦力，摩擦力的影响会导致粘滞系数的测量结果并不准确，而本实用新型实施例中通过将力学传感器直接固定在定滑轮上，可以直接测出牵引绳3021的拉力，减少干扰，保证了实验结果的准确性，提高实验的成功概率以及实验的可操作性。

在上述各实施例的基础上，与上述各实施例不同的是，本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置中，测量液体粘滞系数的装置还包括速度监测装置，速度监测装置用于测量实验球50的运动速度。

其中，如图1和图2所示，速度监测装置设于支撑组件10的第二支撑面1012，速度监测装置设于驱动部件301和实验球50之间，即牵引部件302穿设于速度监测装置，速度检测装置可以通过与牵引部件302的配合以监测实验球50的运动速度。

速度监测装置与支撑组件10的连接关系为固定连接；固定连接的方式可以通过螺栓或螺丝等紧固件进行紧固连接，也可以通过卡扣与卡槽相配合的方式进行连接，即在第二支撑面1012上设置卡槽，在速度监测装置上设置卡扣，使速度监测装置与支撑组件10之间通过卡扣卡槽相配合实现卡接。

具体地，如图1和图2所示，速度监测装置可以包括打点计时器401和纸带402，将纸带402一端与驱动部件301连接，另一端与牵引部件302连接，令纸带402穿设于打点计时器401，也可以理解为将牵引部件302的部分设置为纸带402，其中，打点计时器401可以按预设时间在纸带402上留下打点痕迹，通过纸带402上的痕迹可以直观反应纸带402的移动速度。这样，在驱动部件301带动牵引部件302和实验球50移动时，打点计时器401就可以在纸带402上留下痕迹以反应出连接在牵引部件302上实验球50的移动速度，为实验中实验球50的匀速直线运动提供直观的证明，另外可以通过纸带402上的痕迹判断小球是否已经匀速，增加了实验的合理性。与传统落球法相比，不需要将实验球50精准的通过激光光线，降低了实验的难度，提高了实验的易操作性，增加了实验的成功率。

速度监测装置还可以包括速度传感器(图中未示出)和显示模块(图中未示出)；具体地，将速度传感器与支撑组件10固定连接，令牵引部件302穿过速度传感器的监测范围，另外将速度传感器与显示模块连接；这样，速度传感器就可以监测牵引部件302的移动速度，即监测实验球50的移动速度，并将实时监测到的数据传至显示模块，显示模块可以直观的反应出实验球50的移动速度，提高了实验的合理性与准确性。

可以理解的是，通过在测量液体粘滞系数的装置中增加速度监测装置，这样就可以通过速度监测装置测量实验球50的运动速度，提高了实验的准确性和合理性。

在上述各实施例的基础上，与上述各实施例不同的是，本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置中，牵引部件302包括牵引绳3021和换向件3022，换向件3022设于支撑组件10，牵引绳3021的一端与驱动部件301连接，牵引绳3021另一端绕过换向件3022与实验球50连接。

其中，换向件3022可以包括换向部和第二连接部，如图2所示，换向件3022设于支撑组件10的第一支撑面1011与第二支撑面1012的相接处，换向件3022与支撑组件10的连接关系为固定连接，固定连接的方式可以是通过螺栓或螺丝等紧固件进行紧固，即通过螺栓或螺丝将第二连接部与支撑组件10紧固连接；固定连接的方式也可以通过卡扣与卡槽的相配合的方式进行连接，即在支撑组件10的第一支撑面1011与第二支撑面1012的相接处设置一卡槽，在换向件3022的第二连接部上设置相应的卡扣，使得支撑组件10与换向件3022通过卡扣卡槽相配合实现卡接。

其中，牵引绳3021的一端与驱动部件301固定连接，另一端绕过换向件3022与实验球50固定连接，牵引绳3021与驱动部件301和实验球50的连接方式与前文所述的牵引部件302与驱动部件301和实验球50的连接方式近似，在此不再赘述。

可以理解的是，通过换向件3022与牵引绳3021的配合，可以使得牵引绳3021的运动方向发生改变。如图2所示，具体地，换向件3022可以包括定滑轮和辊筒中的任一种，将定滑轮或辊筒通过第二连接部连接在第一支撑面1011与第二支撑面1012的接合处，令牵引绳3021绕过定滑轮或辊筒，可以使得牵引绳3021靠近驱动部件301的一侧和靠近实验球50的一侧的移动速度的方向发生改变，即通过换向件3022使得牵引绳3021的速度方向发生变化，这样，当第一支撑面1011与第二支撑面1012之间存在夹角时，由于换向件3022的存在，即可使得牵引绳3021与支撑组件10之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，减少了摩擦力对实验结果的影响，提高了装置的合理性与正确性。

在上述各实施例的基础上，与上述各实施例不同的是，本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置中，牵引部件302还包括力传感器(图中未示出)；力传感器设于换向件3022；或力传感器设于换向件3022和实验球50之间的牵引绳3021；力传感器还可以包括以显示模块。

其中，力传感器与换向件3022固定连接，具体地，可以在换向件3022与牵引绳3021接触的位置在换向件3022上布设小孔，将力传感器设于小孔中，即使得力传感器可以与牵引绳3021接触，力传感器可以监测到牵引绳3021上的拉力，进而力传感器可以将实时监测到的牵引绳3021上的拉力数据传递至显示模块，通过显示模块可以获得牵引绳3021上的拉力数据。这里要说明的是，力传感器的显示模块可以与前文所描述的速度传感器连接的显示模块为同一个，这样可以简化装置，提高装置的合理性。

其中，力传感器设于换向件3022和实验球50之间的牵引绳3021上，具体地，可以将力传感器与牵引绳3021固定连接，如通过粘接剂将力传感器粘接在牵引绳3021上，或者在牵引绳3021上穿设一个圆环或挂钩，将力传感器固定在牵引绳3021上，力传感器与显示模块的连接方式参阅前文，在此不再赘述。

可以理解的是，通过设置力传感器，这样就可以通过力传感器实时监测牵引绳3021上的拉力，即小球所受到的牵引力，提高了装置的合理性与正确性。

在上述各实施例的基础上，与上述各实施例不同的是，本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置中，驱动部件301包括滑块3011，滑块3011与第二支撑面1012滑动配合，滑块3011适于在重力作用下，驱动牵引部件302运动，以提升实验球50沿竖直方向做直线运动。

其中，滑块3011设置在第二支撑面1012上，如图2所示，具体地，支撑组件10包括支撑块101，第一支撑面1011和第二支撑面1012为支撑块101的相邻两个平面，第一支撑面1011和第二支撑面1012互呈夹角设置，第二支撑面1012为斜面，滑块3011设于第二支撑面1012并与其滑动配合，例如，在第二支撑面1012上设置滑道，将滑块3011布设在滑道中，这样，由于第二支撑面1012为斜面，滑块3011就可以在自身重力的影响下沿着第二支撑面1012向下移动，滑块3011即可带动与之相连接的牵引部件302运动，进而使得实验球50沿竖直方向做直线运动。

可以理解的是，通过令滑块3011与第二支撑面1012滑动配合，这样，滑块3011就可以在自身重力的作用下，驱动牵引部件302运动，以提升实验球50沿数值方向做直线运动，简化了实验装置，提高了实验的易操作性。

图5是本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置的另一整体结构示意图。

在上述各实施例的基础上，与上述各实施例不同的是，本实用新型实施例提供的测量液体粘滞系数的装置中，驱动部件301包括移动小车3012，移动小车3012与第二支撑面1012滚动配合，移动小车3012适于在重力作用下，驱动牵引部件302运动，以提升实验球50沿竖直方向做直线运动。

其中，移动小车3012通过底部滚轮与第二支撑面1012滚动配合，如图5所示，具体地，支撑组件10包括支撑块101，第一支撑面1011和第二支撑面1012为支撑块101的相邻两个平面，第一支撑面1011和第二支撑面1012互呈夹角设置，第二支撑面1012为斜面，移动小车3012设于第二支撑面1012上并通过其底部的滚轮与第二支撑面1012滚动配合，例如，在第二支撑面1012上设置滑槽，将滚轮布设在滑槽中，这样，由于第二支撑面1012为斜面，移动小车3012就可以在自身重力的影响下沿着第二支撑面1012向下移动，移动小车3012即可带动与之相连接的牵引部件302运动，进而使得实验球50沿竖直方向做直线运动。

其中，移动小车3012的内部可以设置多个配重件3013，如图5所示，在移动小车3012上部开设凹槽，换言之，开设车厢，将多个配重件3013置于凹槽中，以改变移动小车3012的重力，这样，就可以通过改变配重件3013的多少改变移动小车3012提供给牵引部件302的牵引力，即施加在牵引部件302上的拉力，这样就可以影响实验球50的受力状况，通过人为控制，以保证实验小球在运动中出现匀速运动。

可以理解的是，通过令移动小车3012与第二支撑面1012滚动配合，这样，就可以将驱动部件301与第二支撑面1012之间的滑动配合变为滚动配合，减小了驱动部件301沿第二支撑面1012向下运动时所受的阻力，提高了实验的正确性和合理性。

在上述各实施例的基础上，本实用新型实施例提供一种使用上述实施例中测量液体粘滞系数的装置的实验方法，具体地实验原理和实验方法如下：

(一)实验原理

如图6所示，当一质量为m，体积为V的实验球50在密度为ρ的粘性液体中上升时，它受到四个竖直方向上的力：实验球50的重力mg、粘滞阻力f、液体产生的浮力ρgV和绳子的拉力F。

根据斯托克斯定律，若液体是无限深广的，且光滑均匀实验球50运动速度v不大，实验球50直径d也较小，则粘滞阻力为：

f＝3πηvd (1)

其中η是液体的粘滞系数。

随着滑块3011的运动，实验球50由静止开始向上做加速运动。随着上升速度的增大，实验球50受到的粘滞阻力也随之增大。当速度增大到一定值时，重力、粘滞阻力与浮力、拉力达到平衡，之后实验球50向上做匀速直线运动。此时有

mg+3πηvd＝ρgV+F (2)

由(2)式可得：

设实验球50密度为ρ_球，则设打点计时器的打点周期为t，当实验球50匀速下落t时间内下落距离为l，有/>代入(3)式得：

由于实验室采用量筒作为容器盛放待测液体201，这也与斯托克斯公式要求液体无限深广不同。由流体力学可知，实验球50在容器中的下降速度要比在无限广延液体中的下降速度小，二者相差一个修正因子β，其值为

式中R和r分别为容器和实验球50的半径，H为量筒中被测液体的高度。设D为量筒内壁的直径，则因此液体粘滞系数的测量表达式(4)应修正为：

由(4)式可知，若已知液体密度、实验球50密度、匀速下落计时时间，则只需测得实验球50的直径、计时时间内实验球50做匀速运动的距离、绳子拉力、量筒内径、液柱高度就可算出待测液体201的粘滞系数。

(二)实验条件：

本实验采用的待测液体201为蓖麻油，其密度为ρ＝0.91×10³kg/m³，实验球50密度为ρ_球＝7.90×10³kg/m³。打点计时器401的打点周期为t＝0.02s，具体地实验装置参照图2。

(三)实验步骤：

(1)打开打点计时器401，松手使滑块3011开始沿第二支撑面1012下滑，实验球50在待测液体201中缓慢上升。

(2)观察力传感器的数值，待其稳定后读出细线拉力值F。

(3)实验球50离开待测液体201液面后，关闭打点计时器401，取下纸带402。

(4)观察纸带402上的打点点迹，选择间隔均匀的部分。因为实验球50上升速度较慢，纸带402上点迹较为密集，所以采用每三个点取一个计数点，记录连续8个数据点的位置读数x₀、x₃……x₂₁。

(5)用逐差法计算实验球50做匀速运动时的点间距l。

(6)测实验球50直径d：用螺旋测微器对实验球50的直径进行测量，重复测量3次，取其平均值作为实验球50的直径。

(7)测量筒内径D：用游标卡尺对量筒的内径进行测量，沿不同方位测量3次，取其平均值作为量筒内径。

(8)测液柱高度H：用米尺量出量筒中待测液体201的高度。

(9)测量液体温度T：用温度计测量液体温度T。

(四)实验结果与分析：

蓖麻油温度T＝21℃，蓖麻油液柱高度H＝31.00cm，细线拉力为F＝0.017N。实验球50直径d、量筒内径D、纸带402打点位置数据x_i分别见表1、表2、表3。

表1实验球直径测量

表2量筒内径的测量

表3打点位置测量

名称	x₀	x₃	x₆	x₉	x₁₂	x₁₅	x₁₈	x₂₁
									x_i(mm)	0.0	2.9	17.3	25.6	34.2	43.0	51.7	60.6

(1)计算液体粘滞系数

利用逐差法计算实验球50在一个打点周期上升的距离(匀速上升段)：

计算出液体粘滞系数为

(2)误差分析

实验室测量温度为21℃，通过查表，该温度下蓖麻油的理论粘度系数为0.90Pa·s，因此，实验测得的蓖麻油粘滞系数的相对误差为

表4不同温度下蓖麻油粘滞系数值

从上面的测试数据可以看出，升球法测试结果与蓖麻油在21℃时的粘度系数最接近，测量精度高。

最后应说明的是：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

1.一种测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，包括：

圆筒(20)，用于盛放待测液体(201)；

支撑组件(10)；

动力组件(30)，设于所述支撑组件(10)，所述动力组件(30)包括驱动部件(301)和牵引部件(302)，所述牵引部件(302)的一端与所述驱动部件(301)连接，所述牵引部件(302)的另一端与位于所述待测液体(201)的实验球(50)连接；所述驱动部件(301)用于驱动所述牵引部件(302)运动，以提升所述实验球(50)沿竖直方向做直线运动。

2.根据权利要求1所述的测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述测量液体粘滞系数的装置还包括速度监测装置，所述速度监测装置用于测量所述实验球(50)的运动速度。

3.根据权利要求2所述的测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述速度监测装置包括打点计时器(401)和纸带(402)，所述纸带(402)穿设于所述打点计时器(401)，并分别与所述驱动部件(301)和所述牵引部件(302)连接。

4.根据权利要求1所述的测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述牵引部件(302)包括牵引绳(3021)和换向件(3022)，所述换向件(3022)设于所述支撑组件(10)，所述牵引绳(3021)的一端与所述驱动部件(301)连接，所述牵引绳(3021)另一端绕过所述换向件(3022)与所述实验球(50)连接。

5.根据权利要求4所述的测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述牵引部件(302)还包括力传感器；

所述力传感器设于所述换向件(3022)；或所述力传感器设于所述换向件(3022)和所述实验球(50)之间的所述牵引绳(3021)。

6.根据权利要求4所述的测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述换向件(3022)包括定滑轮和辊筒中的任一种。

7.根据权利要求1至6任一项所述的测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述驱动部件(301)包括滑块(3011)，所述滑块(3011)与所述支撑组件(10)滑动配合，所述滑块(3011)适于在重力作用下，驱动所述牵引部件(302)运动，以提升所述实验球(50)沿竖直方向做直线运动。

8.根据权利要求1至6任一项所述的测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述驱动部件(301)包括移动小车(3012)，所述移动小车(3012)与所述支撑组件(10)滚动配合，所述移动小车(3012)适于在重力作用下，驱动所述牵引部件(302)运动，以提升所述实验球(50)沿竖直方向做直线运动。

9.根据权利要求8所述的测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述移动小车(3012)的内部设置有多个配重件(3013)。

10.根据权利要求1至6任一项所述的测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述支撑组件(10)包括支撑块(101)，所述支撑块(101)具有第一支撑面(1011)和第二支撑面(1012)；

所述第一支撑面(1011)和所述第二支撑面(1012)互呈夹角设置，所述第二支撑面(1012)为斜面；

所述驱动部件(301)设于所述第二支撑面(1012)。