CN210119417U - 一种液体粘滞系数测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液体粘滞系数测量装置，包括液体盛装装置，所述液体盛装装置上方设置有横梁，所述横梁上固定有准直机构，所述准直机构位于液体盛装装置正上方，用于调整实验用小球沿竖直方向下落，所述准直机构一侧设有支架，所述支架上通过调节机构连接有电磁铁，所述调节机构可调节电磁铁水平方向及竖直方向的位置，电磁铁用于吸附实验用小球，所述液体盛装装置的一侧设有录像装置支架，所述录像装置支架上设有升降机构，所述升降机构与录像装置连接，所述录像装置用于对小球下落过程进行录像，本实用新型的测量装置使用方便，测量效率高，测量结果准确。

Description

一种液体粘滞系数测量装置

技术领域

本实用新型涉及实验工具技术领域，具体涉及一种液体粘滞系数测量装置。

背景技术

液体粘滞系数反应一个物体通过流体时受到阻力的情况，粘滞系数大，运动物体受到的阻力大。粘滞系数是描述流体性质最重要的参数之一，是流体力学中的一个重要参数，在工业生产和科学研究中，对粘滞系数的测量具有重大的实际意义。在很多工程应用中，流体作为液压系统和液压动力润滑的引擎，各类机械所使用的润滑油的选择、液压传动以及对实际流体运动规律的研究，都需要测定液体的粘滞系数。在医学上，对血液粘滞系数的测定，能获得有价值的诊断资料。因此，对液体粘滞系数测定方法的研究是很有必要的。

目前，测量粘滞系数的常用方法有：旋转法、毛细管法和落球法等。落球法因操作简单而被普遍采用，这种方法一般用来测量粘度较大的液体,并要求液体有一定的透明度。落球法测量时只需用秒表直接测量从上面向下7-8cm到从底向上7-8cm的时间，同时用游标卡尺、螺旋测微器、米尺分别测量量筒内径、小球直径、液体高度，根据液体粘滞系数计算公式可得液体的粘滞系数。实用新型人发现传统的落球法有明显的缺点，在对一般液体进行精密测量时遇到问题：如采用秒表手工计时，测量存在误差，使得精度无法保证，较难判断小球是否已作匀速运动，降低了测量值的可靠性，当需要大量实验数据时，无法做到快速、准确的测量，难以保证小球沿中心线竖直下落，不能测量不透明液体的粘滞系数等等。

发明人发现，目前国内采用落球法测量液体粘滞系数时存在着较多的弊端，如手拿小球释放位置随机、凭经验、人工秒表计时误差较大、判定收尾速度选取的距离只有两段、记时位置视差大等。国内学者借助新技术，对传统的粘滞系数实验不断进行改进，如用光电门和数字毫秒计代替人工秒表计时，有效降低人工秒表带来的视差和反应误差；在容器顶部加装中心带磁铁拉杆的盖子，通过磁力控制保证小球沿容器的轴线下落，减小了小球下落时间的测量误差。测试结果表明，使用改造后的实验仪器能够有效提高测量精度，减少实验误差，提高仪器设备的使用率，降低实验成本，但小球开始做匀速运动的位置确定仍存在很大的误差，光电门的使用又会因为液体反射和折射及小球下落过程不沿中心线下落等原因触发几率低。

现阶段国外学者采用手机录像，通过记录球下落的视频获取数据，在智能手机上，以每秒30帧的速度记录下来，或者每秒60帧(切换了录制选项一个更高的帧速率)。用慢速分析视频运动视频编辑器 tracker记录什么时候小球开始落下，什么时候到达底部。对于每个温度，均进行三次实验并取平均值，减少实验误差，提高测量数据的准确性。但发明人发现目前国外所采用实验方案不仅不能科学的控制小球的抛出点和轨迹，而且不能减少小球初速度不同带来的额外影响，实验数据精确度仍需要提高。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种液体粘滞系数测量装置，操作方便，测量效率高，测量结果准确。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种液体粘滞系数测量装置，包括液体盛装装置，所述液体盛装装置上方设置有横梁，所述横梁上固定有准直机构，所述准直机构位于液体盛装装置正上方，用于调整实验用小球沿竖直方向下落，所述准直机构一侧设有支架，所述支架上通过调节机构连接有电磁铁，所述调节机构用于调节电磁铁水平方向及竖直方向的位置，电磁铁用于吸附实验用小球，所述液体盛装装置的一侧设有录像装置支架，所述录像装置支架上设有升降机构，所述升降机构与录像装置连接，所述录像装置用于对小球下落过程进行录像。

进一步的，所述液体盛装装置放置入等距定位尺机构中，等距定位尺机构将液体盛装装置划分为至少9个间距相同的计时区域。

进一步的，所述等距定位尺机构包括等边三棱柱刻度尺，所述等边三棱柱刻度尺的棱边等间距的固定有多个平行设置的圆环结构，所述圆环结构用于对液体盛装装置进行位置定位划分，所述圆环结构采用强力弹性钢丝制作。

进一步的，所述准直机构为锥形漏斗状结构，下端开口朝向液体盛装装置，锥形漏斗状结构的轴线与水平面垂直设置。

进一步的，所述调节机构包括固定在支架上的第一套筒，所述第一套筒上设有第一安装孔，所述第一套筒内穿过有调节横杆，所述调节横杆上设有第一滑槽，所述第一套筒通过第一安装孔及第一滑槽与调节横杆固定连接，所述调节横杆端部设有第二套筒，所述第二套筒上设有第二安装孔，所述第二套筒内穿过有调节竖杆，所述调节竖杆上设有第二滑槽，调节竖杆通过第二滑槽、第二安装孔与第二套筒固定连接，所述调节竖杆的底端固定有电磁铁，所述电磁铁的铁芯为圆锥形，电磁铁的中心点用于吸附实验用小球，且电磁铁中心点可利用调节机构调整至液体盛装装置的中心轴线上。

进一步的，所述横梁一端固定在立柱上，所述立柱固定在所述液体盛装装置的一侧。

进一步的，所述横梁另一端与录像装置支架固定连接，所述升降机构采用螺纹滑台传动机构，包括轴线竖直设置的丝杠，所述丝杠两端与录像装置支架转动连接，所述丝杠上设有滑台，所述滑台与录像装置夹持装置固定连接，所述录像装置夹持装置用于夹持录像装置，所述丝杠的顶端固定连接有手柄。

进一步的，所述录像装置采用手机。

本实用新型还公开了一种液体粘滞系数测量装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：通过调节机构调节电磁铁的位置，使电磁铁的位置可以使实验用小球落入准直机构，在液体盛装装置中装入待测量的液体，电磁铁通电，将实验用小球吸附在电磁铁的圆锥形铁芯尖端部分。

步骤2：电磁铁断电，实验用小球通过准直机构落入液体盛装装置内的待测液体中，同时利用升降机构调节录像装置的位置，使录像装置随小球做下降运动，对小球下落过程进行录像。

步骤3：对录像装置采集的视频利用视频分析软件进行分析，对小球通过每个计时区域的时间进行记录，并得到小球匀速下落的距离和时间，结合计时区域的长度计算小球通过每个计时区域的速度值，根据得到的速度值判断小球进入匀速下落状态的计时区域。

步骤4：计算待测液体的粘滞系数。

进一步的，所述步骤3中，判断小球进入匀速下落运动的方法为：如果小球先后经过的两个相邻计时区域的时间相等，则认为小球从在先经过的计时区域开始进入匀速下落状态，速度值达到收尾速度。如果小球先后经过的两个相邻计时区域的时间不相等，且经过在先计时区域的时间明显大于或小于经过在后计时区域的时间，则认为小球未达到匀速下落状态，速度未达到收尾速度。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型的液体粘滞系数测量装置，利用电磁铁吸附和释放实验用小球，避免了手上的汗渍、油渍对小球表面造成污染，避免了实验的失败，同时采用电磁铁释放小球，保证了小球释放时的初速度为零，且不会产生水平初速度，电磁铁位置固定，使小球抛出点位置固定，提高了重复实验的科学性。

2.本实用新型具有调节机构，小球的抛出高度可进行调节，可拓展研究小球以不同的速度进入液体后达到收尾速度所用的距离有何差异，扩展了实验的研究范围。

3.本实用新型采用等距定位尺机构划分计时区域，可以减小因视差产生的计时误差，提高确定计时位置的精度，而且容易保证录像装置的镜头水平且刚好与环行刻度线处于同一水平位置。

4.本实用新型采用多个计时区域，可极大的提高收尾速度测量的精度，也可发现不均匀液体黏性的改变，在实际应用中具有重要意义。

5.本实用新型引入普遍使用的手机录像记录运动过程，用视频软件分析运动时间，可有效提高测量时间的精度，采用录像装置录像后利用视频分析软件进行测量收尾速度，测量更加准确。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本实用新型实施例整体结构主视示意图；

图2为本实用新型实施例等距定位尺机构结构示意图

图3为本实用新型实施例升降机构结构示意图；

其中，1.玻璃杯，2.横梁，3.立柱，4.底座，5.圆柱段，6.圆锥段，7.凸台结构，8.支架，9.第一套筒，10.调节横杆，11.第二套筒， 12.调节竖杆，13.电磁铁，14.录像装置支架，15.丝杠，16.手柄， 17.滑台，18.手机，19.手机夹，20.导向柱，21.等距定位尺机构， 21-1.等边三棱刻度尺，21-2.圆环结构。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

正如背景技术所介绍的，现有的落球法测量液体粘滞系数的实验装置准确率低，测量效率低，针对上述问题，本申请提出了一种液体粘滞系数测量装置。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-3所示，一种液体粘滞系数测量装置，包括液体盛装装置，所述液体盛装装置上方设置有横梁 2，所述横梁上固定有准直机构，所述准直机构位于液体盛装装置正上方，用于调整实验用小球沿竖直方向下落，所述准直机构一侧设有支架，所述支架上通过调节机构连接有电磁铁，所述调节机构可调节电磁铁水平方向及竖直方向的位置，电磁铁用于吸附实验用小球，所述液体盛装装置的一侧设有录像装置支架，所述录像装置支架上设有升降机构，所述升降机构与录像装置连接，所述录像装置用于对小球下落过程进行录像。

所述液体盛装装置采用圆柱型的玻璃杯1，所述玻璃杯放置在底座4上，并位于等距定位尺机构21内部，所述等距定位尺机构包括等边三棱刻度尺21-1，所述等边三棱刻度尺的三条棱固定有多个上下分布平行等间距设置的圆环结构21-2，所述等边三棱刻度尺采用亚克力、无色塑料材质制成，棱边处设有刻度标识，所述圆环结构采用强力弹性钢丝制成，圆环结构直径为6cm-8cm，钢丝直径为 70um-100um，圆环结构位于等边三棱刻度尺所在一端对侧的一端可固定有竖直杆，以确保所有圆环结构在所在平面平行。所述玻璃杯放置在等边三棱刻度尺一侧的圆环结构内部空间内。

所述圆环结构设置10个，相邻圆环结构的距离为3cm，10个圆环结构将玻璃杯分为9个计时区域，采用平行设置的圆环结构，可以准确的确定一个平面，减小因视差产生的计时误差，提高计时精度。采用9个计时区域，对每个计时区域均计算收尾速度，可极大的提高收尾速度的测量精度，对于不均匀液体，采用多个计时区域还可以发现液体黏度的改变，在实际应用中具有重要意义。

所述玻璃杯的上方设有横梁2，所述横梁一端固定在立柱3的顶端，所述立柱的底端固定在底座4上，所述横梁上设有准直机构安装孔，通过准直机构安装孔安装有准直机构，所述准直机构为锥形漏斗状结构，包括圆柱段5及与圆柱段底端固定连接的圆锥段6，所述圆柱段穿过准直机构安装孔，并通过圆柱段顶端的凸台结构7放置在横梁上，可将准直机构在横梁上进行定位，所述锥形漏斗状结构的轴线与水平面垂直，保证实验用小球落入待测液体前没有水平方向的初速度，重复实验时，也可保证小球落入待测液体的位置一致。

所述准直机构一侧的横梁梁段上固定有支架8，所述支架顶端固定有调节机构，所述调节机构包括固定在支架顶端的第一套筒9，所述第一套筒上开设第一安装孔，所述第一套筒内贯穿有调节横杆10，所述调节横杆上设有第一滑槽，所述第一安装孔及第一滑槽中穿过有固定螺栓，固定螺栓上旋紧固定螺母，实现第一套筒与调节横杆的固定，松开固定螺母，固定螺栓沿第一滑槽滑动，可调节调节横杆的水平位置，所述调节横杆位于准直机构一侧的端部固定有第二套筒11，所述第二套筒内贯穿有轴线竖直设置的调节竖杆12，所述第二套筒上设有第二安装孔，调节竖杆上设有第二滑槽，所述第二安装孔、第二滑槽中穿过有固定螺栓，固定螺栓上旋紧固定螺母，实现第二套筒与调节竖杆的固定，松开固定螺母，使固定螺栓沿第二滑槽滑动，可调节调节竖杆的高度，所述调节竖杆的底端固定有电磁铁13，所述电磁铁由线圈、圆锥形铁芯等结构组成，通电时可吸附固定实验用小球。电磁铁采用圆锥形铁芯，圆锥形铁芯的中心点用于吸附实验用小球，且电磁铁中心点可利用调节机构调整至玻璃杯的中心轴线上。

所述玻璃杯的一侧设置有录像装置支架14，所述录像装置支架底端固定在底座上，顶端与横梁固定连接，所述录像装置支架上连接有升降机构，所述升降机构采用螺纹滑台式升降机构，包括轴线竖直设置的丝杠15，所述丝杠的两端通过轴承与录像装置支架转动连接，所述丝杠的顶端穿过录像装置支架的顶端，并设有手柄16，方便操作人员对升降机构进行操作，所述丝杠上安装有滑台17，转动丝杠，可带动滑台的上下运动，所述滑台上固定有录像装置夹持机构，所述录像装置夹持机构用于固定录像装置，所述录像装置采用手机18，录像装置夹持机构可采用常用的手机夹19，所述滑台还穿过有两个导向柱20，所述导向柱的两端固定在录像装置支架上，用于对滑台的运动进行导向。

所述滑台也可滑动安装在一个直线导轨上，滑台可以沿直线导轨上下运动。升降机构可以实现录像装置的平滑上下移动，保证录像效果。

本实施例还公开了一种液体粘滞系数测量装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1：通过调节机构调节电磁铁的位置，使电磁铁的位置可以使实验用小球落入准直机构，在液体盛装装置中装入待测量的液体，电磁铁通电，将实验用小球吸附在电磁铁的圆锥形铁芯尖端部分。

步骤2：电磁铁断电，实验用小球通过准直机构落入玻璃杯内的待测液体中，同时转动手柄，转动把手，利用螺纹滑台式升降机构调节手机的位置，使手机随小球做下降运动，对小球下落过程进行录像，并对录像进行保存。

步骤3：将手机保存的录像导入视频分析软件中，对录像装置采集的视频利用视频分析软件进行分析，对小球通过每个计时区域的时间进行记录，分别得到小球通过9个计时区域的时间，结合计时区域的长度计算小球通过每个计时区域的平均速度值，对取得的9个速度值进行比较，如果小球先后通过相邻的两个计时区域时间近似相等，则可认定小球从在先经过的计时区域开始进行匀速下落运动，小球速度达到收尾速度。如果小球先后经过的两个相邻计时区域的时间不相等，且经过在先计时区域的时间明显大于或小于经过在后计时区域的时间，则认为小球未达到匀速下落状态，速度未达到收尾速度。

步骤4：利用下述公式对液体粘滞系数η进行计算：

其中，ρ为小球的密度；ρ₀为液体的密度；g为重力加速度，d 为小球直径；D为液柱的直径；h为液柱的高，l为小球匀速运动后运动的距离，t为小球通过距离l的时间。

本实施例中，如果达到匀速后，仍有部分区域的运动时间不相同，且相差较大，说明液体黏度不均匀。因此，本实施例的装置可以发现液体黏度的不均匀性，可以测量黏度不均匀的液体不同区域的黏度，该装置可以用于血液等液体黏度的测量，可用于医学等多个领域。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种液体粘滞系数测量装置，其特征在于，包括液体盛装装置，所述液体盛装装置上方设置有横梁，所述横梁上固定有准直机构，所述准直机构位于液体盛装装置正上方，用于调整实验用小球沿竖直方向下落，所述准直机构一侧设有支架，所述支架上通过调节机构连接有电磁铁，所述调节机构用于调节电磁铁水平方向及竖直方向的位置，电磁铁用于吸附实验用小球，所述液体盛装装置的一侧设有录像装置支架，所述录像装置支架上设有升降机构，所述升降机构与录像装置连接，所述录像装置用于对小球下落过程进行录像。

2.如权利要求1所述的一种液体粘滞系数测量装置，其特征在于，所述液体盛装装置放置入等距定位尺机构中，等距定位尺机构将液体盛装装置划分为至少9个间距相同的计时区域。

3.如权利要求2所述的一种液体粘滞系数测量装置，其特征在于，所述等距定位尺机构包括等边三棱柱刻度尺，所述等边三棱柱刻度尺的棱边等间距的固定有多个平行设置的圆环结构，所述圆环结构用于对液体盛装装置进行位置定位划分，所述圆环结构采用强力弹性钢丝制作。

4.如权利要求1所述的一种液体粘滞系数测量装置，其特征在于，所述准直机构为锥形漏斗状结构，下端开口朝向液体盛装装置，锥形漏斗状结构的轴线与水平面垂直设置。

5.如权利要求1所述的一种液体粘滞系数测量装置，其特征在于，所述调节机构包括固定在支架上的第一套筒，所述第一套筒上设有第一安装孔，所述第一套筒内穿过有调节横杆，所述调节横杆上设有第一滑槽，所述第一套筒通过第一安装孔及第一滑槽与调节横杆固定连接，所述调节横杆端部设有第二套筒，所述第二套筒上设有第二安装孔，所述第二套筒内穿过有调节竖杆，所述调节竖杆上设有第二滑槽，调节竖杆通过第二滑槽、第二安装孔与第二套筒固定连接，所述调节竖杆的底端固定有电磁铁，所述电磁铁的铁芯为圆锥形，电磁铁的中心点用于吸附实验用小球，且电磁铁中心点可利用调节机构调整至液体盛装装置的中心轴线上。

6.如权利要求1所述的一种液体粘滞系数测量装置，其特征在于，所述横梁一端固定在立柱上，所述立柱固定在所述液体盛装装置的一侧。

7.如权利要求1所述的一种液体粘滞系数测量装置，其特征在于，所述横梁另一端与录像装置支架固定连接，所述升降机构采用螺纹滑台传动机构，包括轴线竖直设置的丝杠，所述丝杠两端与录像装置支架转动连接，所述丝杠上设有滑台，所述滑台与录像装置夹持装置固定连接，所述录像装置夹持装置用于夹持录像装置，所述丝杠的顶端固定连接有手柄。

8.如权利要求1所述的一种液体粘滞系数测量装置，其特征在于，所述录像装置采用手机。

Images