一种粘滞系数测量装置

1.本实用新型涉及测量装置领域，尤其涉及一种粘滞系数测量装置。


背景技术：

2.粘度是液体特有性质，为全面掌握液体的特性需要对液体进行粘滞系数检测，现有的粘滞系数检测方法较为成熟，采用向待测液体投入小球，通过检测小球规定距离内的下降时间或规定时间内的下降距离来衡量液体的粘滞系数。
3.由于粘滞系数实验通过实验者凭经验释放实现，很难保证小球恰好沿容器的中心轴线下落并且原始实验要求测出小球匀速通过某段距离的时间，而测量过程仅仅通过实验者的秒表计时来实现，由于人工秒表计时存在着视差和反应时间，实验时很难精确的测出小球下落的时间的原因，传统实验仪器测量液体粘滞系数误差较大。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是解决现有技术存在的以下问题：粘滞系数实验通过实验者凭经验释放实现，很难保证小球恰好沿容器的中心轴线下落并且原始实验要求测出小球匀速通过某段距离的时间，而测量过程仅仅通过实验者的秒表计时来实现，由于人工秒表计时存在着视差和反应时间，实验时很难精确的测出小球下落的时间的原因，传统实验仪器测量液体粘滞系数误差较大。
5.为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种粘滞系数测量装置，包括盛放检测液的量筒，所述量筒的表面水平连通有毛细管，毛细管的外端口连通量筒的外部，用于向外排放检测液，毛细管的外端口下方具有接纳检测液的烧杯，烧杯与量筒顶部之间连接回流器，将已知密度的待测液体投入量筒内，测量液面到毛细管的高度，以及毛细管的长度、直径，量筒内的液体受高度差作用通过毛细管向外排放，通过测量量筒内液体高度差的变化速度，使用泊肃叶定律公式进行逆推得到溶液的粘滞系数。
6.优选的，所述毛细管设置在量筒竖直方向的中部位置，且毛细管沿着量筒的径向延伸，毛细管上部预留液面下降空间，下部预留放置烧杯的空间。
7.优选的，所述毛细管具有三个，三个所述毛细管的口径不同，用于三种不同管径条件进行液体粘滞系数的测量，提高实验精度，最大化降低实验误差。
8.优选的，三个所述毛细管的水平位置相同，围绕所述量筒的三个毛细管之间具有垂直的夹角，疏散实验设备的放置，方便实验进行。
9.优选的，所述量筒的顶部向其内部穿插有温度计，用于时刻显示待测液体的温度，精确掌握实验条件。
10.优选的，所述回流器采用的是液泵，液泵的进液端和出液端分布通过管道连接烧杯的内部和量筒的顶部，通过回流器将流入烧杯内的液体重新导入量筒内，方便连续性多组实验的进行。
11.优选的，所述量筒连接有温控装置，温控装置包括从量筒顶部穿入其内部的电接
点温度计和电加热器，电接点温度计和电加热器电性连接有继电器，通过电接点温度计检测并反馈液体温度，使继电器控制电机热器对液体进行加热，使液体保持恒温。
12.与相关技术相比较，本实用新型提供的粘滞系数测量装置具有如下有益效果：
13.本实用新型通过限定毛细管的长度、直径，通过毛细管将量筒内的已知密度的待测液体排放一定体积，并记录此过程的时间，通过泊肃叶定律的逆推公式计算得到液体的粘滞系数，极大降低实验误差。
附图说明
14.图1为本实用新型的整体结构示意图；
15.图2为本实用新型的量筒内部结构示意图。
16.图中标号：1、量筒；2、继电器；3、毛细管；4、电接点温度计；5、电加热器；6、温度计；7、烧杯；8、回流器。
具体实施方式
17.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
18.以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述。
19.实施例一
20.如图1所示，一种粘滞系数测量装置，由以下部件装配而成：
[0021][0022]
装配说明：将三个直径不同的毛细管3连通在量筒1的中部，并且毛细管3之间的夹角为90
°
，毛细管3沿着量筒1的径向水平放置，将烧杯7放在毛细管3的外端口下方，回流器8置于量筒1外部，回流器8进液端的管道插入烧杯7内部，回流器8出液端的管道连通量筒1的顶部，将温度计6从量筒1的顶部插入至量筒1内部，温度计6的显示部位位于量筒1上方。
[0023]
工作原理：使用烧杯7和天平测出液体密度，毛细管3的长为l，半径为r均为已知数据，将该待测液体投入量筒1内，用游标卡尺测出900ml、1000ml分别到毛细管3的高度h、h0，量筒1内的液体受高度差作用通过毛细管3向外排放，毛细管3两端的压强差δp，并把单位时间内流过管道截面上的流体体积称为体积流率；
[0024]
泊肃叶定律指出，对于水平直圆管有如下关系
[0025][0026]
从泊肃叶定律可以看出，流体流过毛细管3时会产生压强降，这是克服流体的黏性力所必须的来自外界的推动力，压强降不仅与毛细管3长度和管径有关，也与流体的体积流率有关，流量越大，压强也越大，那么根据泊肃叶定律反过来，只要控制毛细管3长度和管道半径，测出流体的体积流率，即可计算出液体的粘滞系数。
[0027]
公式反推：
[0028]
v＝πr2h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2.2)
[0029]
δp＝ρgh
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2.3)
[0030]
将(2.2)、(2.3)代入(2.1)可得：
[0031][0032]
对上式两边同时积分可得：
[0033][0034]
由(2.5)可得：
[0035][0036][0037]
在(2.7)式中l表示毛细管3长，r表示量筒1半径，ρ表示待测液体密度，r表示毛细管3半径，t表示液体从h0变化到h所用的时间；具体方法如下：
[0038]
(1)利用水平仪测得实验台面的水平；
[0039]
(2)用烧杯7和天平测出液体密度；
[0040]
(3)用游标卡尺测毛细管3内径r三次，取平均值
[0041]
(4)用游标卡尺测毛细管3长度l三次，取平均值
[0042]
(5)用游标卡尺测量筒1内径r三次，取平均值
[0043]
(6)用游标卡尺测出900ml、1000ml分别到毛细管3的高度h、h0[0044]
(7)向量筒1中倒入待测液体，并静置两小时以上；
[0045]
(8)用温度计6测量液体温度；
[0046]
(9)打开毛细管3开关，使用秒表计时器测量液体从h0下降h所用的时间t，并记录数据；
[0047]
(10)排出的液体进入烧杯7内，通过回流器8将液体重新导入量筒1内，重复步骤(3)、(4)、(5)实验十次，并计算时间的平均值；
[0048]
(11)利用公式计算液体粘滞系数η，并与理论值η0进行比较。
[0049]
实施例二
[0050]
如图1-2所示，一种粘滞系数测量装置，由以下部件装配而成：
[0051][0052][0053]
装配说明：将三个直径不同的毛细管3连通在量筒1的中部，并且毛细管3之间的夹角为90
°
，毛细管3沿着量筒1的径向水平放置，将烧杯7放在毛细管3的外端口下方，回流器8置于量筒1外部，回流器8进液端的管道插入烧杯7内部，回流器8出液端的管道连通量筒1的顶部，将温度计6从量筒1的顶部插入至量筒1内部，温度计6的显示部位位于量筒1上方，温控装置包括电接点温度计4和电加热器5，电接点温度计4和电加热器5从量筒1的顶部穿入其内部，电接点温度计4和电加热器5与继电器2电性连接。
[0054]
工作原理：使用烧杯7和天平测出液体密度，毛细管3的长为l，半径为r均为已知数据，将该待测液体投入量筒1内，用游标卡尺测出900ml、1000ml分别到毛细管3的高度h、h0，量筒1内的液体受高度差作用通过毛细管3向外排放，毛细管3两端的压强差δp，并把单位时间内流过管道截面上的流体体积称为体积流率；
[0055]
泊肃叶定律指出，对于水平直圆管有如下关系
[0056][0057]
从泊肃叶定律可以看出，流体流过毛细管3时会产生压强降，这是克服流体的黏性力所必须的来自外界的推动力，压强降不仅与毛细管3长度和管径有关，也与流体的体积流率有关，流量越大，压强也越大，那么根据泊肃叶定律反过来，只要控制毛细管3长度和管道半径，测出流体的体积流率，即可计算出液体的粘滞系数。
[0058]
公式反推：
[0059]
v＝πr2h
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2.2)
[0060]
δp＝ρgh
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2.3)
[0061]
将(2.2)、(2.3)代入(2.1)可得：
[0062][0063]
对上式两边同时积分可得：
[0064][0065]
由(2.5)可得：
[0066][0067][0068]
在(2.7)式中l表示毛细管3长，r表示量筒1半径，ρ表示待测液体密度，r表示毛细管3半径，t表示液体从h0变化到h所用的时间；
[0069]
具体方法如下：
[0070]
(1)利用水平仪测得实验台面的水平；
[0071]
(2)用烧杯7和天平测出液体密度；
[0072]
(3)用游标卡尺测毛细管3内径r三次，取平均值
[0073]
(4)用游标卡尺测毛细管3长度l三次，取平均值
[0074]
(5)用游标卡尺测量筒1内径r三次，取平均值
[0075]
(6)用游标卡尺测出900ml、1000ml分别到毛细管3的高度h、h0[0076]
(7)向量筒1中倒入待测液体，并静置两小时以上；
[0077]
(8)用温度计6测量液体温度；
[0078]
(9)打开毛细管3开关，使用秒表计时器测量液体从h0下降h所用的时间t，并记录数据；
[0079]
(10)排出的液体进入烧杯7内，通过回流器8将液体重新导入量筒1内，重复步骤(3)、(4)、(5)实验十次，并计算时间的平均值；
[0080]
(11)利用公式计算液体粘滞系数η，并与理论值η0进行比较。
[0081]
整个实验过程中通过电接点温度计4和电加热器5与继电器2组成的温控组件对检测液体进行加热控温，使液体保持恒定温度。