[实用新型]基于音叉振动的液体粘滞系数测量装置

说明书

本实用新型涉及基于音叉振动的液体粘滞系数测量装置，包括振动系统及测量系统；振动系统包括振动驱动模块、音叉，音叉的两根叉臂的末端均安装振动片，振动片部分浸在待测液体中，振动驱动模块能驱动音叉振动，音叉振动时带动振动片振动，且振动片在液体中振动时做平行于其平面的正弦振动，并带动其周围流体产生与振动片平面相平行的平面涡层运动；测量系统通过测量液体粘性剪切力对振动特性的影响，来实现液体粘滞系数的测量；本实用新型是集力学、热学、光学、电磁学及电子技术的综合实践应用，成本低，装置简单，集成度低，测量误差小，可以加深学生对流体粘滞性及振动原理的理解，适用于实验室开展教学实验。

技术领域

本实用新型属于物理参数测量装置技术领域，尤其涉及基于音叉振动的液体粘滞系数测量装置。

背景技术

液体粘滞系数的测定是大学物理实验课程中重要的热学实验之一。测定液体粘滞系数有很多种方法，诸如：(1)利用泊肃叶定律的毛细管法；(2)利用斯托克斯公式的落球法；(3)利用牛顿粘滞定律的旋转圆筒法；(4)利用振动的方法来测定粘滞系数。

目前,各大高校开设的粘滞系数测量实验，实验教学中普遍采用毛细管法或落球法，几乎没有使用振动法的装置，实验方法同质化严重。商用市场上振动法测量液体粘滞系数的装置有多种，但集成度高的同时价格也高，普遍不适用于实验教学。

此外，液体的粘度与温度相关，液体的粘度随温度的升高几乎按指数规律减小，市场上几乎不存在可以测量高于环境温度或低于环境温度液体粘度的仪器。

发明内容

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

基于音叉振动的液体粘滞系数测量装置，包括振动系统及测量系统；所述振动系统包括振动驱动模块、音叉，所述音叉的两根叉臂的末端均安装振动片，所述振动片部分浸在待测液体中，所述振动驱动模块能驱动所述音叉振动，所述音叉振动时带动所述振动片振动，且振动片在液体中振动时做平行于其平面的正弦振动，并带动其周围流体产生与振动片平面相平行的平面涡层运动；所述测量系统通过测量液体粘性剪切力对振动特性的影响，来实现液体粘滞系数的测量。

进一步的，还包括温控系统，所述温控系统包括TEC半导体片、半导体冷端散热器、半导体热端散热器、水浴槽、温度传感器及控制模块，所述TEC半导体片安装在半导体冷端散热器、半导体热端散热器之间，所述半导体冷端散热器的表面形成所述水浴槽，所述温度传感器与所述控制模块电路连接，所述控制模块与TEC半导体片电路连接，通过改变TEC半导体片两端的电流方向，从而实现制热或制冷的转换。

进一步的，所述测量系统包括磁铁及霍尔传感器，所述磁铁安装在音叉的其中一根叉臂的底端，霍尔传感器安装在磁铁下方，所述霍尔传感器与控制模块电路连接，控制模块与数据处理模块电连接。

进一步的，所述音叉的另外一根叉臂的底端固定安装同磁铁质量的配重物。

进一步的，所述测量系统包括相机，所述相机通过长时间曝光摄影技术实现对振动片振动幅值的记录，对记录的数据进行处理即可获得液体粘滞系数。

进一步的，所述振动驱动模块包括电磁线圈，所述电磁线圈固定安装在音叉两叉臂之间的中间位置，所述电磁线圈的两端在接通正弦信号后，线圈中能产生稳定的交变磁场，所述音叉的叉臂在洛伦磁力作用下带动振动片在液体中做一维往复运动。

进一步的，所述电磁线圈能沿所述音叉的叉臂长度方向进行位置移动。

进一步的，所述振动片厚度在0.2-0.5mm之间。

进一步的，所述音叉的叉臂长为350mm，厚度为2.5mm。

进一步的，所述振动片上设置有浸入液体深度标线。

本实用新型的优点和积极效果是：