[发明专利]一种基于视频的透明液体变温粘带系数测量装置

说明书

一种基于视频的透明液体变温粘带系数测量装置，属于粘滞系数测量技术领域。技术方案：落球实验组件与循环加热介质组件连接，落球实验组件一侧设置有用于摄像的摄像组件，落球实验组件上设有刻度尺，透明落球管盖安装在垂直透明落球管上，垂直透明落球管内置有落球，垂直透明落球管外设置有透明管状外套，垂直透明落球管和透明管状外套之间设置有加热介质。有益效果：本发明便于记录落球下落时的运动全过程，可以及时消除复杂落球运动对测量结果的影响，既可以用匀速法测量粘滞系数，也适用于匀速段短小或无匀速段的非匀速运动法测量粘滞系数，适用于测量不同温度下各种通明液体的粘滞系数，具有良好的通用性。

技术领域

本发明涉及粘滞系数测量技术领域，尤其涉及一种基于视频的透明液体变温粘带系数测量装置。

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，只有在液体内存在相对运动时才表现出来，并且较敏感随液体温度而变化。测定液体的粘滞系数，不仅是材料科学研究的一个重要方面，在润滑、液压传动、航空航天工程等技术领域有重要的实际意义。

液体的粘滞系数测量方法很多，有落球法、毛细管法、转筒法等，其中落球法是最基本一种方法，该方法物理现象明显、原理直观、实验操作和训练内容较多，被广泛地应用于理工科大学的大学物理实验和物理相关专业的基础物理实验。

在传统落球法实验中，落球直径d，密度ρ球在液体中以匀速V下降时，其重力、浮力和粘滞阻力作用达到平衡。在雷诺数Re<1时，液体粘滞系数可以表示为μ_液＝(ρ_球-ρ_液)gd²/18V，其中ρ_球和ρ_液分别为落球和液体的密度，g为当地重力加速度，V是落球匀速下降的速度。为确保Re<1和准确获得匀速下降速度，对于不同粘滞系数的液体，需要多次尝试不同密度的落球，以确保匀速段测量的准确性。传统落球法实验要求小球沿着容器的中心轴线下落，通过秒表或光电门及数字毫秒计测出小球匀速通过某段距离的时间。由于人工秒表计时存在着视差和反应时间，光电门测量中无法剔除落球中球体转动、漂移等复杂过程，导致测量液体粘滞系数精度不足，特别是匀速段的确定需要多次测试，过多依赖于实验者的经验。针对落球法粘滞系数实验中存在的诸多弊端，如小球释放凭经验、人工秒表计时误差较大、球体复杂运动带来的误差等，有必要对传统的落球法粘滞系数测量进行改进；而且传统落球法测量液体粘滞系数的方法只适用于测量粘滞系数较大的透明或半透明液体，仅适用于雷诺数小于1的情况，这要求落球和液体的比重相差不能太悬殊，否则落球运动速度大，匀速段很短，或不在测量范围内。因此测量方法及粘滞系数处理方法均存在改进的必要。

公开号为CN107192639A的中国专利申请文件公开了一种连续可变内径单管落球测量的粘滞系数测量装置及其方法，记录小球在不同内径的单管内的液体中自由下落，经过两条刻线所用时间，反推出理论上小球在无限广阔的液体中经过相同距离所需时间，求得收尾速度，进而计算粘滞系数。

公开号CN105319150A和CN205209914U的中国专利申请文件公开了一种基于线阵CCD的液体粘滞系数测量方法及装置，通过将线光源发出的光穿过样品管后照射到线阵CCD上，当小球通过中间时，线光源发出的光将被小球遮挡，通过线阵CCD准确地检测到小球在不同时刻的位置，由此求得小球通过每段测量距离的速度；结合液体粘滞系数的计算公式，获得多个待测量液体的粘滞系数的平均值作为待测量液体的最终粘滞系数。

公开号为CN206410968U的中国专利申请文件公开了一种一体式水浴控温液体粘滞系数测量装置，实现待测液体的温度控制，通过落球对激光的遮挡来触发秒表计时从而获得落球收尾时的匀速速度。

这三个相关专利申请文件中使用了不同内径的单管、线阵CCD、激光遮断触发及温控等技术，对早期的手动计时做了重要改进，但是没有解决和剔除复杂的落球转动、漂移等过程对测量结果的影响，且需要多次测试才能确定落球的匀速运动阶段。