一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，包括有黏滞系数测试仪、恒温控制水箱、光电门控制电路；黏滞系数测试仪包括有测试仪底座，测试仪底座内安装有相互连接的直流稳压模块、光电门控制电路，测试仪底座的中部设有盛放待测液体的容器、水准仪，容器顶部的塞子上向容器内插设有感温探头，容器顶部的塞子圆心处开有一个圆孔；位于容器的两侧的测试仪底座上分别安装标有毫米刻度的支架，两支架上分别通过一个50分度的游标尺安装有光电门一、二的发射端和光电门一、二的接收端。本实用新型使用50分度的游标卡尺测量小钢球运行时间，使用光电门触发毫秒计进行计时，避免人为造成的误差，大大提高了实验的精确度。
【专利说明】-种高精度变温式液体黏滞系数测量仪
【技术领域】
[0001] 本实用新型主要涉及大学物理实验装置领域，尤其涉及一种高精度变温式液体黏 滞系数测量仪。
【背景技术】
[0002] 当液体内各部分之间有相对运动时，接触面之间存在内摩擦力，阻碍液体的相对 运动，该种性质称为液体的粘滞性，液体的内摩擦力称为粘滞力。粘滞力的大小与接触面面 积W及接触面处的速度梯度成正比，比例系数n称为粘度（或粘滞系数）。
[0003] 对液体粘滞性的研究在流体力学，化学化工，医疗，水利等领域都有广泛的应用， 例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量，压力差，输送距离及液体粘度，设计输送 管道的口径。测量液体粘度可用落球法，毛细管法，转筒法等方法，其中落球法适用于测量 粘度较高的液体。粘度的大小取决于液体的性质与温度，温度升高，粘度将迅速减小。例如 对于當麻油，在室温附近温度改变rc，粘度值改变约10%。因此，测定液体在不同温度的 粘度有很大的实际意义，欲准确测量液体的粘度，必须精确控制液体温度。 实用新型内容
[0004] 本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种高精度变温式液体黏滞 系数测量仪。
[0005] 本实用新型是通过W下技术方案实现的：
[0006] 一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：包括有黏滞系数测试仪、恒 温控制水箱、光电口控制电路；所述的黏滞系数测试仪包括有测试仪底座，测试仪底座内安 装有相互连接的直流稳压模块、光电口控制电路，测试仪底座上端面上设有电源开关、带有 保险丝的电源底座一、数显计时器，带有保险丝的电源底座一与直流稳压模块连接，测试仪 底座的中部设有盛放待测液体的容器、水准仪，容器的上、下端的侧壁上分别设有进水口、 出水口，容器顶部的塞子上向容器内插设有感温探头，容器顶部的塞子圆也处开有一个圆 孔；位于容器的两侧的测试仪底座上分别安装标有毫米刻度的支架，两支架上均设有用于 光电口一、二上下移动的轨道，两支架上分别设有光电口一、二的发射端和光电口一、二的 接收端，光电口一、二的发射端、接收端处分别通过一个50分度的游标尺安装在对应支架 上；所述的光电口控制电路包括有CD4011芯片，直流稳压模块的电压输入端连接220V变 6V的变压器，直流稳压模块的电压输出端并联光电口一、光电口二，光电口一、二W及数显 计时器分别与CD4011芯片连接；所述的恒温控制水箱上设有加水口，恒温控制水箱的前面 板上设有水位表、两个接线柱、温控开关，恒温控制水箱的后面板上设有出水口、进水口、溢 水口、带保险丝的电源底座二、散热风扇，恒温控制水箱内设有大功率稳压电源、主控制器、 加热片、制冷片，主控制器的信号输入端通过两个接线柱与感温探头连接，主控制器的信号 输出端控制连接大功率稳压电源，大功率稳压电源与加热片、制冷片连接，所述的容器的进 水口、出水口与恒温控制水箱的出水口、进水口连接。
[0007] 所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述的数显计时器 上设有计时器复位键。
[0008] 所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述的容器与恒温 水箱之间的管道上设有水粟，形成循环水路。
[0009] 所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述的测试仪底座 的背面采用可拆卸的面板，测试仪底座的下端面上设有四个调整螺钉，调节四个调整螺钉 使测试仪处于铅直状态。
[0010] 所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述的数显计时器 的测量时间范围0. OOls?99. 999s，使用光电口一触发计时器开始计时，光电口二触发计 时器暂停计时，数显计时器显示的时间为小刚球经过两个光电口的时间间隔。
[0011] 所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述的光电口一、二 的发射端的发射光为红色可见激光，发射光孔径为0. 9mm，光孔圆也与50分度的游标尺零 刻度对齐。
[0012] 所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述的光电口一、二 的接收端为NPN常开型，接收端中也点与50分度的游标尺零刻度对齐，并在接收端安装了 L邸灯和蜂鸣器，L邸灯和蜂鸣器与CD4011芯片连接；当激光对射接收端时，L邸灯亮，当接 收端被遮光时，L邸灯灭，蜂鸣器鸣叫。
[0013] 所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述的盛放待测液 体的容器为双层透光玻璃材质容器。
[0014] 所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述的圆孔直径为 2. 2mm，用于使直径为2mm左右的小钢球在容器中待测液体的中也处落下。
[0015] 本实用新型的光电口控制电路主要由变压器、直流稳压模块、光电口一、光电口 二、CD4011芯片、蜂鸣器等元件焊接的电路，用来控制计时器启动计时和停止计时。CD4011 芯片为四个相同的与非口组成，控制计时器、声、光同步指示。光电口一和光电口二是由发 射端和接收端组成，当小球经过光电口一，产生高电平脉冲触发计时器开始计时，L邸灯亮， 蜂鸣器响，当小球经过光电口二，产生高电平脉冲触发计时器停止计时，L邸灯亮，蜂鸣器 响，读出计时器显示的时间，即为小球经过两光电口间距的时间。
[0016] 本实用新型的优点是：
[0017] 本实用新型使用50分度的游标卡尺测量小钢球运行时间，使用光电口触发毫砂 计进行计时，避免人为造成的误差，大大提高了实验的精确度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型的黏滞系数测试仪的结构示意图。
[0019] 图2为本实用新型的恒温控制水箱的结构示意图。
[0020] 图3为本实用新型的恒温控制水箱的后面板的结构示意图。
[0021] 图4为本实用新型的光电口控制电路的电路图。
【具体实施方式】
[0022] 如图1-4所示，一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，包括有黏滞系数测试仪、 恒温控制水箱19、光电口控制电路；
[0023] 黏滞系数测试仪包括有测试仪底座3,测试仪底座3内安装有相互连接的直流稳 压模块29、光电口控制电路，测试仪底座3上端面上设有电源开关1、带有保险丝的电源底 座2、数显计时器6,带有保险丝的电源底座2与直流稳压模块29连接，测试仪底座3的中 部设有盛放待测液体的容器14、水准仪5,容器14的上、下端的侧壁上分别设有进水口 15、 出水口 16,容器14顶部的塞子上向容器内插设有感温探头17,容器14顶部的塞子圆也处 开有一个圆孔18 ;位于容器14的两侧的测试仪底座3上分别安装标有毫米刻度的支架8， 两支架8上均设有用于光电口一、二上下移动的轨道，两支架8上分别设有光电口一、二的 发射端9、12和光电口一、二的接收端11、13,光电口一、二的发射端9、12、接收端11、13处 分别通过一个50分度的游标尺10安装在对应支架8上；所述的光电口控制电路包括有 CD4011芯片30,直流稳压模块29的电压输入端连接220V变6V的变压器31，直流稳压模 块29的电压输出端并联光电口一 32、光电口二33,光电口 32、33 W及数显计时器6分别与 CD4011芯片30连接；所述的恒温控制水箱19上设有加水口 20,恒温控制水箱19的前面 板上设有水位表21、两个接线柱22、温控开关23,恒温控制水箱19的后面板上设有出水口 25、进水口 26、溢水口 27、带保险丝的电源底座24、散热风扇28,恒温控制水箱19内设有大 功率稳压电源、主控制器、加热片、制冷片，主控制器的信号输入端通过两个接线柱22与感 温探头17连接，主控制器的信号输出端控制连接大功率稳压电源，大功率稳压电源与加热 片、制冷片连接，所述的容器14的进水口 15、出水口 16与恒温控制水箱19的出水口 25、进 水口 26连接。
[0024] 数显计时器6上设有计时器复位键7。
[00巧]容器14与恒温水箱19之间的管道上设有水粟，形成循环水路。
[0026] 测试仪底座3的背面采用可拆卸的面板，测试仪底座3的下端面上设有四个调整 螺钉4,调节四个调整螺钉4使测试仪处于铅直状态。
[0027] 数显计时器6的测量时间范围0. OOls?99. 999s，使用光电口一触发计时器开始 计时，光电口二触发计时器暂停计时，数显计时器显示的时间为小刚球经过两个光电口的 时间间隔。
[0028] 光电口一、二的发射端9、12的发射光为红色可见激光，发射光孔径为0. 9mm，光孔 圆也与50分度的游标尺零刻度对齐。
[0029] 光电口一、二的接收端11、13为NPN常开型，接收端中也点与50分度的游标尺零 刻度对齐，并在接收端安装了 L邸灯34和蜂鸣器35, L邸灯34和蜂鸣器35与CD4011芯片 30连接；当激光对射接收端时，L邸灯34亮，当接收端被遮光时，L邸灯34灭，蜂鸣器35鸣 口 L]。
[0030] 盛放待测液体的容器14为双层透光玻璃材质容器。
[0031] 圆孔18直径为2. 2mm，用于使直径为2mm左右的小钢球在容器中待测液体的中也 处落下。
[0032] 对于本实用新型的各器件分别作出如下进一步解释：
[0033] 测试仪装置图（图1)
[0034] 1、电源开关，控制粘滞系数测试仪电源的通断。
[00巧]2、带有保险丝的电源底座，直接插上220V左右市电，经过直流稳压模块输出5V直 流稳压电源，给测试仪供电。
[0036] 3、测试仪底座，底座台面由金属材质制作，台面下面安装直流稳压模块、光电口控 制电路等电路（图4)，底座背面使用可拆卸的面板。
[0037] 4、调整螺钉，调节四个螺钉使测试仪处于铅直状态。
[0038] 5、水准仪。
[0039] 6、数显毫砂计时器，测量时间范围0.001s?99. 999s，使用光电口一触发计时器 开始计时，光电口二触发计时器暂停计时，计时器显示的时间为小刚球经过两个光电口的 时间间隔。
[0040] 7、计时器复位键，将记录的时间清零，重新记录时间数值。
[0041] 8、标有毫米刻度的支架，支架设有轨道，方便光电口上下移动。
[0042] 9、光电口一的发射端，发射端为红色可见激光，激光对射性能稳定、响应速度快、 抗冲击、耐振动、干扰小等优点。发射光孔径为0. 9mm，光孔圆也与50分度的游标零刻度对 齐，并固定在游标尺上。
[0043] 10、50分度的游标尺，调节螺母使游标尺在支架轨道中上下移动。
[0044] 11、光电口一的接收端，接收端为NPN常开型，接收端中也点与游标尺零刻度对 齐，在接收端安装了 L邸灯和蜂鸣器，当激光对射接收端时，L邸灯亮，当小钢球经过光电口 时，接收端被遮光时，LED灯灭，蜂鸣器"喃"一声鸣叫。
[0045] 12、光电口二的发射端，与光电口一配置相同。
[0046] 13、光电口二的接收端，与光电口一配置相同。
[0047] 14、盛放待测液体的容器，双层透光玻璃材质容器。
[0048] 15、进水口，待测液体进行加热或制冷控温，通过对双层容器夹层中的水进行控 温，达到液体温度平衡，与水箱的出水口 25连接。
[0049] 16、出水口，与水箱的进水口 26连接。
[0050] 17、感温探头，放置在装水容器中进行感温，通过NTC温度传感器，把温度升、降转 化为电信号通、断的装置，实现待测液体精准控温。
[0051] 18、圆孔，容器塞子圆也处设有2. 2mm圆孔，使直径为2mm左右小刚球在待测液体 的中也处落下。
[0052] 恒温控制水箱（图2)
[0053] 19、恒温控制水箱，箱体由大功率稳压电源、加热片、制冷片，水粟、水箱、温控体统 等组成，实现对液体进行制热和制冷。
[0054] 20、加水口，需要实验时，通过加水口注入实验用水。
[0055] 21、水位表，在箱体前端安装水位表，且设有最低水位和最高水位告警灯
[0056] 22、预留的两个接线柱，为了连接NTC温度传感器。
[0057] 23、温控开关，主要由液晶显示屏和按键组成，显示屏幕上，显示当前室温和设置 温度，按键为；"设置"、"一"、"一 "
[0058] 按"设置"键，设置的温度的数字开始闪动，按"^ " 一 "移动设置的温度数值的 位置，再按▼"设置温度的大小，通过温控系统判断，当"设置温度 < 当前温度"，启动 制冷片工作，直到"设置温度=当前温度"制冷片停止工作，当"设置温度〉当前温度"，启动 加热片工作，直到"设置温度=当前温度"加热片停止工作，如此重复上述过程。待测液体 的温度始终保持在给定温度附近的一个小范围内，基本上达到恒温自动控制的目的。
[0059] 箱体的后面板（图3)
[0060] 24、带保险丝电源底座，直接插上220V左右市电，给实验箱供电。
[0061] 25、出水口，与容器的进水口 15连接。
[0062] 26、进水口，与容器的出水口 16连接。
[0063] 27、溢水口，当通过加水口对容器加水，当超过最高水位线，水自动通过溢水口溢 出。
[0064] 28、散热风扇，当制冷片工作时，风扇向箱体外进行散热。
[0065] 本实用新型的工作原理：
[0066] 研究用落球法测液体的黏度实验装置，使用温度传感器开关控制加热或制冷装置 工作，达到待测液体精确控温。使用50分度值的游标卡尺测量小球匀速下落的路程，使用 光电口测小球下落的时间，较传统实验方法，测量误差大大降低。在传统的黏度测试装置， 进行不同温度的黏度系数测量时，只限于对液体在室温的状态下，进行加温，无法进行研究 低于室温液体粘滞系数的测量。此装置使用多个制冷片对待测液体进行制冷，研究不同温 度的黏滞系数。
[0067] 半径为r的光滑球形固体，在密度为P。粘滞系数为n且液面为无限宽广的粘滞 流体中W速度V运动时，若速度不大、球较小、液体中不产生润流，则小球受到的粘滞力为
[0068] F = 6 31 n rV
[0069] 实验时使小球在有限的圆形油筒中下落，液体不是无限宽广的，考虑到圆筒器壁 的影响，应对斯巧克斯公式加W修正，
[0070]
【权利要求】
1. 一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：包括有黏滞系数测试仪、恒 温控制水箱、光电门控制电路；所述的黏滞系数测试仪包括有测试仪底座，测试仪底座内安 装有相互连接的直流稳压模块、光电门控制电路，测试仪底座上端面上设有电源开关、带有 保险丝的电源底座一、数显计时器，带有保险丝的电源底座一与直流稳压模块连接，测试仪 底座的中部设有盛放待测液体的容器、水准仪，容器的上、下端的侧壁上分别设有进水口、 出水口，容器顶部的塞子上向容器内插设有感温探头，容器顶部的塞子圆心处开有一个圆 孔；位于容器的两侧的测试仪底座上分别安装标有毫米刻度的支架，两支架上均设有用于 光电门一、二上下移动的轨道，两支架上分别设有光电门一、二的发射端和光电门一、二的 接收端，光电门一、二的发射端、接收端处分别通过一个50分度的游标尺安装在对应支架 上；所述的光电门控制电路包括有⑶4011芯片，直流稳压模块的电压输入端连接220V变 6V的变压器，直流稳压模块的电压输出端并联光电门一、光电门二，光电门一、二以及数显 计时器分别与CD4011芯片连接；所述的恒温控制水箱上设有加水口，恒温控制水箱的前面 板上设有水位表、两个接线柱、温控开关，恒温控制水箱的后面板上设有出水口、进水口、溢 水口、带保险丝的电源底座二、散热风扇，恒温控制水箱内设有大功率稳压电源、主控制器、 加热片、制冷片，主控制器的信号输入端通过两个接线柱与感温探头连接，主控制器的信号 输出端控制连接大功率稳压电源，大功率稳压电源与加热片、制冷片连接，所述的容器的进 水口、出水口与恒温控制水箱的出水口、进水口连接。
2. 根据权利要求1所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述 的数显计时器上设有计时器复位键。
3. 根据权利要求1所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述 的容器与恒温水箱之间的管道上设有水泵，形成循环水路。
4. 根据权利要求1所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述 的测试仪底座的背面采用可拆卸的面板，测试仪底座的下端面上设有四个调整螺钉。
5. 根据权利要求1所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述 的数显计时器的测量时间范围0. 001s?99. 999s，使用光电门一触发计时器开始计时，光 电门二触发计时器暂停计时，数显计时器显示的时间为小刚球经过两个光电门的时间间 隔。
6. 根据权利要求1所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述 的光电门一、二的发射端的发射光为红色可见激光，发射光孔径为〇. 9_，光孔圆心与50分 度的游标尺零刻度对齐。
7. 根据权利要求1所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述 的光电门一、二的接收端为NPN常开型，接收端中心点与50分度的游标尺零刻度对齐，并在 接收端安装了 LED灯和蜂鸣器，LED灯和蜂鸣器与CD4011芯片连接；当激光对射接收端时， LED灯亮，当接收端被遮光时，LED灯灭，蜂鸣器鸣叫。
8. 根据权利要求1所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述 的盛放待测液体的容器为双层透光玻璃材质容器。
9. 根据权利要求1所述的一种高精度变温式液体黏滞系数测量仪，其特征在于：所述 的圆孔直径为2. 2_，用于使直径为2_左右的小钢球在容器中待测液体的中心处落下。
【文档编号】G01N11/12GK204154602SQ201420569474
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】刘家菊, 洪炜宁, 钱良存, 李满兰, 袁兴红, 吴志鹏, 解彬彬, 张凌峰, 杨文超 申请人:安徽农业大学