CN2529243Y - 落球法粘滞系数测定仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种落球法粘滞系数测定仪。贮存液体容器(1)上面置有导管(4)，该导管(4)可使通过导管(4)下落的钢球(9)以一定距离匀速垂直下降，支架(8)上固定有导管(4)、激光发射盒(2)和(3)、激光接收盒(5)和(6)。激光发射盒(2)和激光接收盒(5)，激光发射盒(3)和激光接收盒(6)，组成二对激光光电门，置于容器上下外侧，激光发射盒是由发射激光束的激光发射器和接受激光束的光敏传感器构成激光光电门，通过激光信号从单片机上获得液体的粘滞系数。采用本实用新型的测定仪，不仅方法科学、计时手段先进和快捷，而且准确度高。可广泛应用于科研、教学和生产中。

Description

落球法粘滞系数测定仪

技术领域

本实用新型涉及一种粘度测定仪，具体地说是一种落球法粘滞系数测定仪。

背景技术

液体的粘滞系数又称内摩擦系数，在科研、教学、工程技术、医学以及生产技术等方面，测定液体的粘滞系数具有重大的意义。例如研究水、石油等流体在长距离输送时的能量损耗，造船工业中研究减小运动物体在液体中阻力，医学上通过测定血液的粘滞力可以得到有价值的诊断等，这些均与测定液体的粘滞系数有关。斯托克斯法是测定液体粘滞系数的基本方法，是高校理工科物理实验教学大纲中的一个重要基本实验。

国内外教学仪器公司的资料，如西安理工大学生产的ND-2型液体粘滞系数仪，如德国PHYWE公司产品样本，其中编号LEP1.4.04：Viscosity measurementswith the falling ball viscometer，这些产品用以下方法实验，在盛放被测液体的量桶外画一圈线，靠肉眼观察钢球下落到所画圈线时按动秒表开始计时，钢球下落一定距离到下一所画圈线时，按动秒表停止计时。显而易见，存在以下三个问题：1)使用秒表人工计时，精度低。2)难以判断小球是否沿着玻璃管中心线下落，而恰恰是实验误差的一个来源。3)落球测量时间重复性差。

发明内容

本实用新型目的是提供一种落球法粘滞系数测定仪，即斯托克斯法粘滞系数测定仪，是一种新颖、实用的液体粘滞系数测定仪。

本实用新型是一种落球法粘滞系数测定仪，利用现代半导体激光技术结合单片机计时方法测定多种小球的下落时间，从而测量出液体的粘滞系数。VM-1测定仪实验现象直观、测量数据精确、重复性好。

1.本实用新型是一种落球法粘滞系数测定仪，由容器(1)、二个激光发射盒(2)和(3)、二个激光接收盒(5)和(6)、导管(4)、单片机(7)以及支架(8)所组成，容器(1)通常贮存液体，该容器(1)最好是园筒型的玻璃或石英制成的。推荐使用玻璃量筒。该容器(1)上面置有导管(4)，可使通过导管(4)下落的球形物体(9)的下落点在园筒容器的中心轴线上，所述的球型物体(9)可以是玻璃体、钢球等，支架(8)上固定有导管(4)、激光发射盒(2)和(3)、激光接收盒(5)和(6)。激光发射盒(2)和激光接收盒(5)，激光发射盒(3)和激光接收盒(6)，组成二对激光光电门，置于容器上下外侧，与接收信号的单片机(7)相连接。

当球形物体通过导管定向落入容器的待测液体中，由球形物体遮挡激光接收盒接收激光信号，激光接收盒的信号经过单片机数据处理，从而精确测得球形物体的下落速度，通过由下面实验原理推导的公式获得液体的粘度系数：

半径为r的小球，在无限宽广的液体中以速度v下落，并在无涡旋产生时小球所受的粘滞阻力为F＝6πηrv，其中η为液体的粘滞系数。当质量为m半径为r的小球在密度为ρ的液体中下落时，作用在小球上的力有三个：重力mg方 $\mathrm{mg}=\frac{4}{3}{\mathrm{\πr}}^3\mathrm{\ρg}+6\mathrm{\π\ηrv}$ 向向下，g为重力加速度；液体的浮力(4/3)πr³ρg方向向上；液体的粘滞阻力6πηrv方向向上。这三个力作用在同一直线上。小球刚开始下落时，速度较小，粘滞阻力较小，因此小球作加速下落，随着小球速度的增加，阻力逐渐增大，当速度达到一定值，阻力与浮力之和等于重力，小球则匀速下落即

所以 $\mathrm{\η}=\frac{m-\frac{4}{3}\mathrm{\π}{r}^3\mathrm{\ρ}}{6\mathrm{\πrv}}g$

                                ①

①式中的速度v称为收尾速度，本实验的关键是v的测定。①式只有在无限宽广的液体中才适合，但在实验室里无法满足这一条件，为此将实际测得的速度v₀做如下修正： $v=v_0(1+2.4\frac{r}{R})(1+3.3\frac{r}{H})----\left(2\right)$

②式中R为盛液体圆筒的半径，H为圆筒中液体的深度，将②式代入①式即求出η。

①式与②式必须满足小球沿盛液圆筒中心轴线下落，如果小球偏离中心轴线下落会产生较大的误差。

本实用新型中激光发射器发射的激光以可见激光红色为好。

本实用新型的测定仪主要具有以下新颖性、创造性和实用性：1.激光光电门：用可见激光和光敏传感器组成激光光电门来检测小球经过特定的位置，作为单片机计时开始或停止计时的信号。2.直线性和垂直性检验：用两束(或多束)可见激光和光敏传感器形成空间平面相交线，通过相交线的激光光电门检验小球下落路径的直线性，由激光直射重锤线检测小球下落路径的垂直性。3.落球定位方法：由插入液体的专用导管确定小球的下落位置。具有以上特点的落球法粘滞系数测定仪能科学地反映了研究对象的物理特性。

采用本实用新型的测定仪，不仅方法更科学、计时手段更先进和快捷，而且准确度高。可广泛应用于科研、教学和生产中。

附图说明：

附图1是本实用新型的一种落球法粘滞系数测定仪；

附图2是本实用新型的一种落球法粘滞系数测定仪中容器；2、3激光发射盒；5、6激光接收盒位置的俯视图。

附图中：1-容器；

        2和3-激光发射盒；

        4-导管；

        5和6-激光接收盒；

        7-单片机；

        8-支架。

最佳实施例

用下列实施例来进一步说明本实用新型，但本实用新型并不局限于下述实施例

由附图1和附图2可知，由玻璃量筒构成的容器(1)贮存液体，该容器(1)上面置有导管(4)，该导管(4)可使通过导管(4)下落的钢球(9)以一定距离匀速垂直下降，所述的容器(1)和导管(4)固定在支架(8)上，支架(8)上固定有导管(4)、激光发射盒(2)和(3)、激光接收盒(5)和(6)。激光发射盒(2)和激光接收盒(5)，激光发射盒(3)和激光接收盒(6)，组成二对激光光电门，置于容器上下外侧，用于检测小球经过特定的位置。重锤线调整激光发射盒(2)和(5)以及激光接收盒(3)和(6)后，在导管(4)中放入钢球(9)，由于液体粘滞力的作用，钢球(9)下落一定距离后匀速下落，在匀速下落期间，首先遮挡激光接收盒(5)中光敏传感器接收由激光发射盒(2)发射的激光束，激光接收盒(5)启动单片机(7)计时开始，当钢球下落一定距离，钢球(9)遮挡激光接收盒(6)中光敏传感器接收由激光发射盒(3)发射的激光束，激光接收盒(6)启动单片机(7)计时结束。单片机(7)记录钢球通过该距离所用的时间，计算钢球的匀速下落速度，即上述①式中称为收尾速度v，由上述公式②和①计算出液体的粘滞系数。所述的单片机上可以有控制开关、显示板等，由单片机进行数据处理，可以从单片机上直接获得所需的粘滞系数。

Claims (4)

1.一种落球法粘滞系数测定仪，包括贮存液体的容器(1)、球形物体(9)和支架(8)在内，其特征是有四个激光发射、接收盒(2)、(3)、(5)和(6)、以及单片机(7)所组成，该容器(1)上面置有引导管(4)，使下落的球形物体(9)在容器(1)中心下落；支架(8)上安装有引导管(4)、激光发射盒(2)和(3)、激光接收盒(5)和(6)。激光发射盒(2)和激光接收盒(5)，激光发射盒(3)和激光接收盒(6)，组成二对激光光电门，置于容器上下外侧，与接收信号的单片机(7)相连接。

2.如权利要求所述的一种落球法粘滞系数测定仪，其特征是所述的激光发射盒(2)和(3)是发射红色的可见激光光束。

3.如权利要求所述的一种落球法粘滞系数测定仪，其特征是所述的二组或二组以上的激光束在空间上是相互交叉，交叉点连线呈垂直线，并重合球形物体的下落路径。

4.如权利要求所述的一种落球法粘滞系数测定仪，其特征是用引导管(4)定位球形物体的下落位置。

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