[發明專利]一種變溫空氣粘滯系數測定儀

有效

• 申請號: 201410273760.X
• 申請日: 2014-06-19
• 公開（公告）號: CN105185201B
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 錢仰德;雷撼;張凱
• 申請（專利權）人: 南京千韻電子科技有限公司
• 主分類號: G09B23/16
• 分類號: G09B23/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種變溫空氣粘滯系數測定儀，該儀器采用一體化的結構，整套儀器安裝在一個機殼上。在機殼的頂部是儀器的測量部分，在機殼的下部是儀表顯示和控制部分。在機殼頂部測量部分中有一套半導體制冷系統和一套PTC陶瓷加熱系統，通過開關的轉換在一密閉空間中對氣體進行降溫或加熱，營造一個局部的變溫系統，在機殼頂部密閉空間中還有一套轉盤式空氣粘滯力測量裝置，該裝置由兩塊相互平行、上下間距很近且可沿同一軸線轉動的圓盤構成。下圓盤可在電機的帶動下作定軸旋轉，與它靠近的上圓盤則被一個扭絲懸掛。在扭絲懸掛的上圓盤上繪有角度標志，可以指示上圓盤轉過的角度。

技術領域

本發明涉及一種熱學類的物理實驗教學儀器，尤其是一種變溫空氣粘滯系數測定儀。

背景技術

空氣的粘滯系數是一個重要的物理常數，準確測定空氣的粘滯系數，在理論上和實踐上都具有重要意義。但因空氣的粘滯系數數值很小，一般在實驗中測量比較困難，現有的各種對空氣粘滯系數測量的教學儀器一般只能以演示為主。此外，按照分子物理學的微觀解釋，空氣的粘滯系數應和空氣分子的平均速率或氣體熱力學溫度的平方根成正比。而要定量、準確地驗證這一關系和測定空氣的粘滯系數，目前缺少這方面的教學實驗儀器。

發明內容

為了填補物理教學儀器在準確地測定空氣粘滯系數并驗證其與空氣的熱力學溫度的平方根成正比關系方面的空缺，本發明提出了一種變溫空氣粘滯系數測定儀?？梢暂^為準確地測定空氣粘滯系數并驗證其與空氣的熱力學溫度的平方根成正比的關系。

具體做法是：本發明設計的儀器采用一體化的結構，整套儀器安裝在一個機殼上。在機殼的頂部是儀器的測量部分，在機殼的下部是儀表顯示和控制部分。

本發明在機殼頂部的測量部分用雙層有機玻璃罩殼構成一個隔熱的封閉空間。其中有一套半導體制冷系統和一套PTC陶瓷加熱系統，通過開關的轉換對此密閉空間的氣體進行降溫或加熱，營造一個局部的變溫系統。在此測量部分中還有一套轉盤式空氣粘滯力測量裝置，該裝置由兩塊相互平行、上下間距靠近且可沿同一軸線轉動的圓盤構成。下圓盤可在電機的帶動下作定軸旋轉，上圓盤與它靠近，由于空氣的粘滯力作用，上圓盤會受到一個與下圓盤作同方向轉動的粘滯力矩。這一粘滯力矩非常小，故上圓盤用一個扭轉勁度系數非常小的扭絲懸掛，用以測量所受到的微弱的粘滯力矩。當懸掛上圓盤的扭絲扭轉時，會產生一個反方向的恢復力矩。當下圓盤轉速保持一定時，它通過空氣的粘滯力作用對上圓盤的粘滯力矩是一定的，此粘滯力矩與上圓盤的扭絲的恢復力矩達到平衡時，上圓盤轉過的角度也是一定的。上圓盤受到的粘滯力矩越大，轉過的角度也越大。只要測定出扭絲的扭轉力勁度系數，再根據上下圓盤的間距和半徑、轉速差等就可算出空氣的粘滯系數。在實測中，下圓盤的轉速越大、空氣的溫度越高、上圓盤轉過的角度也越大。反之則相反。改變不同的空氣溫度，就可測定空氣的粘滯系數與溫度的關系。

本發明在機殼的下部，設置有顯示機殼頂部密閉空間中空氣溫度的儀表和下圓盤轉動頻率的儀表，便于進行測量控制。

本發明的設計原理依據是：根據牛頓粘滯定律，設空氣中Z₀位置、相距為dZ的A、B兩個流層間存在速度梯度,則在dS面積元上氣體層間的粘滯力元df為：

（1）

要計算兩圓盤間的粘滯力對上圓盤的粘滯力矩須用積分的方法：

設：上下圓盤的間距為h，下圓盤轉動頻率為F，兩圓盤轉軸重合半徑相同，均為R，則在上、下圓盤間半徑為r處面積為的面積元上氣體流層間產生的粘滯力元df，根據（1）式應為：

(2)

而粘滯力元df產生的粘滯力矩元：

（3）

結合以上兩式，上圓盤的總的粘滯力矩M為：

(4)