專利名稱：一種測量液體粘滯系數(shù)的實驗儀器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種物理教學用實驗儀器，特別是一種采用落球法測液體粘滯系 數(shù)的實驗儀器。
背景技術(shù)：
目前，在大學實驗物理教學中，幾乎都安排有測液體粘滯系數(shù)的實驗。而這類實驗 多采用落球法，如ZKY脖Z型落球法變溫粘滯系數(shù)實驗儀讓被待測液體(往往采用蓖麻 油)濕潤的小球，沿裝滿待測液體的直立玻管的中軸線下落，測出小球在待測液體中勻速 下落的一段距離及相應的時間，求出勻速下落的速度，根據(jù)小球在待測液體中勻速下落的 受力平衡條件及表示粘滯阻力的斯托克斯公式，可得理想化條件下間接測量粘滯系數(shù)的表
達式F. =-式中η-待測液體粘滯系數(shù)，P -小球密度，P。-待測液體密度g-測
““ο
量地的重力加速度，d-小球的直徑，V-小球勻速下落的速度。由于液體粘滯系數(shù)大小與液 體的溫度有關，因此，在實驗過程中必須改變且精確的控制溫度，為達到此目的ZKY-NZ型 落球法變溫粘滯系數(shù)實驗儀采用的方法是在裝滿待測液體的樣品管外套一加熱水套管， 加熱水套管上下兩端外側(cè)有進水孔和出水孔，通過軟管與水箱聯(lián)接，水箱中加注適量的水， 水箱中安裝有由雙向可控硅控制加熱電流的環(huán)狀加熱器和PID自動控制電路感溫棒，環(huán)狀 加熱器經(jīng)雙向可控硅與PID控制電路保持電聯(lián)接，在水箱上部設置有進水口和出水口，通 過軟管與加熱水套管的進水孔和出水孔相連，在水箱的出水口處裝有一水泵，水泵與電源 電路保持電聯(lián)接，利用水泵的作用，使加熱水套和水箱中的被控制加熱的水循環(huán)流動，最終 達到改變并控制樣品管內(nèi)待測液體溫度的目的。因此，采用上述方法測液體粘滯系數(shù)的實 驗儀器均只能升溫，若要降低溫度只能靠自然冷卻，一個小組完成實驗后，要等很長時間 (通常，長達數(shù)小時)，待測液體和水箱中的水才能冷卻到初始溫度，下一小組方能進行實 驗。若下一小組需馬上用同一臺儀器進行實驗(目前學校實驗安排往往如此)，則只好將水 箱內(nèi)的水完全排空，再重新注入冷水強制降溫，這樣，既增加操作難度，又造成水資源的浪 費。特別是實驗過程中若發(fā)現(xiàn)某一較低溫度處測量數(shù)據(jù)有誤，也只能靠自然冷卻或重新注 入冷水強制降溫到更低溫度，然后再升溫到該溫度重新測量，這樣，必然花費大量的等待時 間，導致在規(guī)定時間內(nèi)無法完成實驗而影響實驗的完整性。況且，靠自然冷卻或重新注入冷 水強制降溫，最低只能將待測液體溫度降到環(huán)境溫度，若環(huán)境溫度過高，又要測低于環(huán)境溫 度的待測液體粘滯系數(shù)，則根本無法完成，從而影響實驗的完整性。

實用新型內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種既能升溫又能快速 降溫直至環(huán)境溫度以下的測液體粘滯系數(shù)的實驗儀器。本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的一種測量液體粘滯系數(shù)的實驗儀器，包括 水箱、電源和溫控實驗儀面板，在所述水箱的外壁設有半導體制冷片，還設有一制冷計時繼電器，所述半導體制冷片與半導體制冷片的電源次級端構(gòu)成閉合回路，半導體制冷片的電 源初級端與制冷計時繼電器及220V電源組成閉合回路。作為優(yōu)選所述半導體制冷片帶散熱風扇。作為優(yōu)選所述帶散熱風扇的半導體制冷片在水箱的外壁四周各設有一片。作為優(yōu)選所述帶散熱風扇的半導體制冷片通過粘貼的方式與水箱外壁連接。作為優(yōu)選所述制冷計時繼電器連接有一制冷計時繼電器調(diào)節(jié)旋鈕。作為優(yōu)選所述制冷計時繼電器調(diào)節(jié)旋鈕位于溫控實驗儀面板上。綜上所述，由于在水箱外壁粘貼帶散熱風扇的半導體制冷片，并通過一制冷計時 繼電器控制制冷時間和實現(xiàn)制冷/升溫功能的電路切換，從而在升溫及測量過程中利用 PID自動控制電路對待測液體的溫度進行準確的控制，需要降溫時啟動制冷計時繼電器開 始計時，同時環(huán)狀加熱器所在回路斷開而帶散熱風扇的半導體制冷片所在回路導通，開始 對水箱中的水強制制冷，而水泵始終工作，造成水的循環(huán)，達到使待測液體既能升溫，又能 快速降溫直至環(huán)境溫度以下的目的。因此，本實用新型具有實驗操作快捷、方便、簡單，節(jié)約 資源，使實驗過程更具有完整性和連續(xù)性的特點。

圖1是本實用新型變溫測溫儀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型溫控實驗儀面板布局示意圖；圖3是本實用新型溫控實驗儀俯視圖；圖4是本實用新型溫控實驗儀主視圖；圖5是本實用新型溫控實驗儀電路圖。圖中標記，1-1為水準儀，1-2為樣品管，1-3為待測液體，1-4為加熱水套管，1-5為 加熱水，1-6為水平調(diào)節(jié)螺釘，1-7為底板，1-8為進水孔，1-9為豎直支架，1-10為出水孔，
1-11為支架橫梁；2-1為溫控實驗儀顯示屏，2-2為電源指示燈，2-3為制冷計時繼電器調(diào)節(jié)旋鈕，
2-4為電源開關，2-5為輸入?yún)?shù)鍵盤，2-6為水位顯示管；3-1為電路箱，3-2為水位顯示聯(lián)接管，3-3為雙向可控硅及環(huán)狀加熱器接線柱，
3-4為環(huán)狀加熱器，3-5為帶散熱風扇的半導體制冷片，3-6為水箱入水口，3-7為溫控實驗 儀入水口，3-8為溫控實驗儀面板，3-9為導線，3-10為PID自動控制電路感溫棒，3_11為 注水管，3-12為水泵接線柱，3-13為水泵，3-14為水箱出水口，3-15為溫控實驗儀出水口， 3-16為水箱排空閥，3-17為水箱頂蓋，3-18為水箱，3-19為溫控實驗儀背板，3-20為水箱排 空口，3-21為溫控實驗儀底板，3-22為水箱地腳；4-1為PID自動控制電路，4-2為制冷計時繼電器，4_3為電源電路。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細的說明。為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本實用新型，并不用于限定本實用新型。[0022]變溫測溫儀如圖1，包括樣品管1-2，內(nèi)徑Φ 20mm，壁厚2mm，高360mm，下端封閉， 加熱水套管1-4，內(nèi)徑Φ34πιπι，外徑Φ40πιπι，高370mm，下端封閉，均為有機玻璃，共軸，上端 與樣品管上端外壁封閉式聯(lián)接，形成加熱水套，在加熱水套管1-4外壁同側(cè)距上，下端均為 30mm處各鉆一 Φ6mm孔，將兩外徑Φ 10mm，內(nèi)徑Φ6mm，長25mm有機玻管粘接在鉆孔部位， 形成進水孔1-8和出水孔1-10，底版1_7(長X寬X厚)340 X 300 X 6mm的鐵板，四角各 鉆Φ6πιπι孔，并攻Μ6螺紋，四只Μ6螺釘旋入螺孔內(nèi)，即為水平調(diào)節(jié)螺釘1_6 ；豎直支架1_9， 為高365mm，直徑Φ 16mm的鐵棒，直立焊接在底版1_7的頂面一側(cè)，支架橫梁1_11前端為 一環(huán)狀鐵片，剛好能卡住加熱水套管1-4上端，使之與底版1-7成垂直狀態(tài)，支架橫梁1-11 后端與豎直支架1-9焊接；水準儀1-1外形為兩共軸圓柱體，下部圓柱體外徑Φ20πιπι，高 10mm，上部圓柱體外徑Φ 28mm，高10mm，在調(diào)節(jié)水平時，水準儀1_1下部圓柱體插入樣品管 1-2 內(nèi)。溫控實驗儀如圖3、圖4，外觀為一(長X寬X高)350 X 265 X 200mm的箱體，其 中，265 X 200mm的一面為溫控實驗儀面板3_8，上面布局如圖2 溫控實驗儀顯示屏2_1與 PID自動控制電路4-1保持電聯(lián)接，電源指示燈2-2與電源電路4-3保持電聯(lián)接，在制冷計 時繼電器調(diào)節(jié)旋鈕2-3后方緊固聯(lián)接制冷計時繼電器4-2，電源開關2-4與電源電路保持 電聯(lián)接，水位顯示管2-6為外徑Φ 22mm，內(nèi)徑Φ 18mm，高IOOmm的有機玻管，側(cè)面直立粘接 在溫控實驗儀面板3-8上，下端與水位顯示聯(lián)接管3-2聯(lián)接；箱體265X 200mm的另一面為 溫控實驗儀背板3-19，其上布有溫控實驗儀入水口 3-7和溫控實驗儀出水口 3-15，它們的 外端經(jīng)軟管分別與出水孔1-10和進水孔1-8管道聯(lián)接，它們的內(nèi)端經(jīng)軟管分別與水箱入水 口 3-6和水箱出水口 3-14管道聯(lián)接，溫控實驗儀背板3-19下部還安有水箱排空閥3-16，經(jīng) 軟管與水箱排空口 3-20管道聯(lián)接；水箱3-18(長X寬X高)170X170X110mm，為開口箱 體，開口向上，不銹鋼制成，壁厚1mm，通過水箱地腳3-22焊接于溫控實驗儀底版3_21上，水 箱3-18面向溫控實驗儀背板3-19 —面下部和背面下部各鉆一 Φ 18mm孔，在孔內(nèi)焊接安裝 上水箱排空口 3-20和水位顯示聯(lián)接管3-2 ；水箱3-18四面正中部位分別粘接四塊帶散熱 風扇的半導體制冷片3-5，帶散熱風扇的半導體制冷片3-5配有電源和降壓變壓器，散熱風 扇的半導體制冷片3-5與散熱風扇的半導體制冷片3-5的電源次級端構(gòu)成閉合回路，散熱 風扇的半導體制冷片3-5的電源初級端與制冷計時繼電器及220V電源組成閉合回路，即與 電源電路4-3保持電聯(lián)接；水箱頂蓋3-17 (長X寬X高)170X 170X 12mm，為開口箱體， 開口向下，不銹鋼制成，壁厚1.4mm，在頂面相應部位鉆七孔其中中央部位鉆Φ 20mm孔， 將外徑Φ20πιπι，內(nèi)徑Φ 16mm，長IOOmm的有機玻管插入該孔并粘接，使露出水箱頂蓋3_17 上部部分長90mm，此即注水管3-11 ；在水箱頂蓋3_17靠近溫控實驗儀面板3_8 —側(cè)，并排 鉆兩Φ 18mm孔，孔距80mm，將雙向可控硅及接線柱分別插入兩孔內(nèi)并粘接，此即雙向可控 硅及環(huán)狀加熱器接線柱3-3，它們的下部電極與環(huán)狀加熱器3-4緊固式電聯(lián)接，上部電極經(jīng) 導線3-9與PID自動控制電路4-1電聯(lián)接；在Φ 18mm兩孔連線的中垂線上距垂足40mm處 鉆Φ22πιπι孔，將PID自動控制電路感溫棒3-10插入孔內(nèi)并粘接，其上部電極經(jīng)導線3-9與 PID自動控制電路4-1電聯(lián)接；在水箱頂蓋3-17靠近溫控實驗儀背板3-19—側(cè)，并排鉆 兩Φ 18mm孔，孔距120mm，將兩根外徑Φ 18mm,內(nèi)徑Φ 14mm,下端封閉，長度分別為90mm和 IOOmm的不銹鋼管插入孔內(nèi)并焊接，使在水箱頂蓋3-17上部部分長20mm，長度90mm不銹鋼 管下部管壁上錯位鉆有10個Φ1. 2mm小孔，此即水箱入水口 3_6，它經(jīng)軟管與溫控實驗儀
5入水口 3-7管道聯(lián)接，在長度IOOmm不銹鋼管下端20mm處管壁上鉆一 Φ 3. 2mm小孔，將水 泵3-13出水口于該小孔對接并焊接，此即水箱出水口 3-14，它經(jīng)軟管與溫控實驗儀出水口 3-15管道聯(lián)接；在水箱頂蓋3-17的水箱出水口 3-14旁鉆一 Φ 12mm孔，孔內(nèi)安裝水泵接線 柱3-12，上部經(jīng)導線3-9與電源電路4-3電聯(lián)接，下端用導線與水泵3-13電聯(lián)接；電路箱 3-1為(長X寬X厚)200 X 175 X 75mm的箱體，200 X 175mm的一面緊貼溫控實驗儀面板 3-8的背面并緊固聯(lián)接，里面安裝有電源電路4-3，PID自動控制電路4-1和制冷計時繼電 器 4-2。在圖5中，220V市電輸入端、降壓變壓器Bl初級線圈、制冷計時繼電器4_2的KTl 串聯(lián)構(gòu)成一閉合回路，降壓變壓器Bl次級線圈與一橋式整流器D、電容器C串聯(lián)構(gòu)成另一閉 合回路，組成電源電路4-3 (輸出電壓5V)。四只工作電壓5V的半導體制冷片和四臺電風 扇并聯(lián)跨接在電容器C兩端組成帶散熱風扇的半導體制冷片3-5。制冷計時繼電器4-2的 K1、加熱器3-4、雙向可控硅及環(huán)狀加熱器接線柱3-3的雙向可控硅Tl和T2兩極串聯(lián)后， 與PID自動控制電路41的電源輸入端、電源指示燈2-2、水泵3-13 —起，并聯(lián)在經(jīng)電源開 關2-4后的220V市電輸入端。PID自動控制電路4_1的輸入端外接輸入?yún)?shù)鍵盤2_6，輸 出端接溫控實驗儀顯示屏2-1，取樣信號端接PID自動控制電路感溫棒3-10，執(zhí)行單元接可 控硅及環(huán)狀加熱器接線柱3-3的G極。使用方法使用時，將變溫粘度儀和溫控實驗儀放在同一水平桌面上，用軟管將出水孔1-10 和溫控實驗儀入水口 3-7，進水孔1-8和溫控實驗儀出水口 3-15連通，通過注水管3-11將 水箱3-18內(nèi)水加到適當值(若水箱3-18排空后第一次加水，應用軟管通過水箱出水口 3-14經(jīng)水泵3-13將水加入)。將水準儀1-1插入樣品管1-2管口，調(diào)節(jié)水平調(diào)節(jié)螺釘1_6 使樣品管鉛直，取下水準儀1-1。將溫控實驗儀通電，按下電源開關2-4，將制冷計時繼電器 調(diào)節(jié)旋鈕23置“0”，此時，水泵3-13開始運轉(zhuǎn)，溫控實驗儀顯示屏2-1顯示操作菜單，利用 輸入?yún)?shù)鍵盤2-5設定好室溫和及待加熱到的溫度，此時環(huán)狀加熱器3-4開始工作，當溫控 實驗儀顯示屏2-1顯示溫度達到設定值并保持兩分鐘溫度波動小于0. 1度，表明加熱水1-5 及待測液體1-3達到熱平衡，此時，將已測出直徑d的經(jīng)待測液體1-3濕潤的小球沿樣品管 1-2的中軸線投下，用停表測出小球在待測液體1-3勻速下降的一段距離s和所用的時間
t，求出v，將有關數(shù)據(jù)代入公式J =(『Pf 即可求出在該溫度下待測液體1-3的粘
ISv
滯系數(shù)。若要降低待測液體1-3的溫度，則利用制冷計時繼電器調(diào)節(jié)旋鈕2-3設定一定的 制冷時間，此時，水泵3-13繼續(xù)工作，但環(huán)狀加熱器34和溫控電路與電源電路43斷開，帶 散熱風扇的半導體制冷片3-5對加熱水1-5強制制冷，設定的制冷時間越長，加熱水1-5和 待測液體1-3下降到的溫度越低，從而達到快速制冷直到環(huán)境溫度以下的目的。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型 的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種測量液體粘滯系數(shù)的實驗儀器，包括水箱、電源和溫控實驗儀面板，其特征在于在所述水箱的外壁設有半導體制冷片，還設有一制冷計時繼電器，所述半導體制冷片與半導體制冷片的電源次級端構(gòu)成閉合回路，半導體制冷片的電源初級端與制冷計時繼電器及220V電源組成閉合回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量液體粘滯系數(shù)的實驗儀器，其特征在于所述半導 體制冷片帶散熱風扇。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種測量液體粘滯系數(shù)的實驗儀器，其特征在于所述帶散 熱風扇的半導體制冷片在水箱的外壁四周各設有一片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種測量液體粘滯系數(shù)的實驗儀器，其特征在于所述 帶散熱風扇的半導體制冷片通過粘貼的方式與水箱外壁連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量液體粘滯系數(shù)的實驗儀器，其特征在于所述制冷 計時繼電器連接有一制冷計時繼電器調(diào)節(jié)旋鈕。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種測量液體粘滯系數(shù)的實驗儀器，其特征在于所述制冷 計時繼電器調(diào)節(jié)旋鈕位于溫控實驗儀面板上。
專利摘要本實用新型公開了一種測量液體粘滯系數(shù)的實驗儀器，屬于物理教學用實驗儀器領域，包括水箱、電源和溫控實驗儀面板，在水箱的外壁設有半導體制冷片，還設有一制冷計時繼電器，半導體制冷片與半導體制冷片的電源次級端構(gòu)成閉合回路，半導體制冷片的電源初級端與制冷計時繼電器及220V電源組成閉合回路；在需要降溫時啟動制冷計時繼電器開始計時，同時環(huán)狀加熱器所在回路斷開而帶散熱風扇的半導體制冷片所在回路導通，開始對水箱中的水強制制冷，而水泵始終工作，造成水的循環(huán)，達到使待測液體既能升溫，又能快速降溫直至環(huán)境溫度以下的目的；本實用新型具有實驗操作快捷、方便、簡單，節(jié)約資源，使實驗過程更具有完整性和連續(xù)性的特點。
文檔編號G01N11/12GK201653855SQ201020302499
公開日2010年11月24日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者馮淳, 周煜剛, 張紅, 汪光宇, 高麗麗 申請人:四川理工學院