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基本信息
- 項目名稱：
- 超聲多普勒黏度測量實驗設(shè)計
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 液體在外力作用下流動時，分子間的內(nèi)聚力阻礙分子間的相對運動而產(chǎn)生一種內(nèi)摩擦力，液體的這種性質(zhì)叫做液體的黏性。了解流體的黏度不僅有助于物性的研究 ,而且在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中也具有重要的實際意義。 超聲多普勒黏度測量實驗系統(tǒng)以落球法為基礎(chǔ)，以頻移信號處理電路和數(shù)字存儲示波器作為數(shù)據(jù)測量的核心，根據(jù)多普勒效應(yīng)原理準(zhǔn)確地測算出落球的終極速度;而得出液體的黏度
- 詳細(xì)介紹：
- 實驗室液體黏度的測量方法比較多，典型的傳統(tǒng)測量方法主要有毛細(xì)管法、落球法、旋轉(zhuǎn)柱體法等。但以上的測量方法存在較大的不確定度，測量精度無法保證，測量效率較低，易受外界干擾，可重復(fù)性差。 目前實驗室常用落球法測量液體的黏度，由于液體的折射以及視覺暫留效應(yīng)的影響，很容易產(chǎn)生視覺誤差；同時，若小球偏離容器軸線非鉛直下落，則小球終極速度的測量值與實際值間也存在較大的不確定度，使得測量精度無法保證。最后，實驗過程中每次拋球只能測得1組數(shù)據(jù)，測量效率較低，易受外界干擾，可重復(fù)性差。 設(shè)計該超聲多普勒黏度測量實驗系統(tǒng)是根據(jù)多普勒效應(yīng)原理，利用實驗室現(xiàn)有的數(shù)字存儲示波器等設(shè)備，以落球法為基礎(chǔ)結(jié)合的。 通過超聲波發(fā)射器連續(xù)不斷地向在液體中下落的小球發(fā)射超聲波，利用接收器接收小球反射回來的超聲波，然后由頻移信號處理電路和數(shù)字存儲示波器測量多普勒頻移，應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理準(zhǔn)確地計算出小球的終極速度，進(jìn)而得出液體的黏度。 利用該實驗系統(tǒng)測量液體的黏度可以避免落球法實驗中由于液體的折射以及視覺暫留效應(yīng)的影響，產(chǎn)生的視覺誤差；同時，可以保證小球偏離容器軸線非鉛直下落時，小球終極速度的測量值與實際值間確定度，而且此實驗可以多次測量求均值；結(jié)合電路處理信號，能夠進(jìn)一步提高實驗的精確度。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 實驗室液體黏度的測量方法比較多，典型的傳統(tǒng)測量方法主要有毛細(xì)管法、落球法、旋轉(zhuǎn)柱體法等。但以上的測量方法存在較大的不確定度，測量精度無法保證，測量效率較低，易受外界干擾，可重復(fù)性差。 設(shè)計本實驗是應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理中超聲波對小球定位準(zhǔn)確，每次拋球可以連續(xù)測得多組數(shù)據(jù)，測量效率較高，可重復(fù)性較高。 該實驗系統(tǒng)以落球法為基礎(chǔ)，以頻移信號處理電路和數(shù)字存儲示波器作為數(shù)據(jù)測量的核心，根據(jù)多普勒效應(yīng)原理準(zhǔn)確地測算出落球的終極速度;而得出液體的黏度． 設(shè)計本實驗的創(chuàng)新點有 1、利用此方法測量的粘度系數(shù)誤差控制在10％以內(nèi)，且重復(fù)性高。 2、應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理準(zhǔn)確地計算出小球的終極速度，避免了傳統(tǒng)落球法實驗中出現(xiàn)視覺暫留效應(yīng)的影響。 3、使用電路處理頻移信號，提高了接收信號的抗干擾性和穩(wěn)定度，方便、直接從信號存儲示波器讀取數(shù)據(jù)。 4、利用共振干涉法(駐波法來)測量超聲波在液體中傳播速度，操作簡單而準(zhǔn)確。 主要的技術(shù)指標(biāo)是測量小球的終極速度和超聲波在液體中傳播速度。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前實驗室常用落球法測量液體的黏度，由于液體的折射以及視覺暫留效應(yīng)的影響，很容易產(chǎn)生視覺誤差；同時，若小球偏離容器軸線非鉛直下落，則小球終極速度的測量值與實際值間也存在較大的不確定度，使得測量精度無法保證。最后，實驗過程中每次拋球只能測得1組數(shù)據(jù)，易受外界干擾，可重復(fù)性差。 設(shè)計該超聲多普勒黏度測量實驗系統(tǒng)是根據(jù)多普勒效應(yīng)原理，利用實驗室現(xiàn)有的數(shù)字存儲示波器等設(shè)備，以落球法為基礎(chǔ)結(jié)合的。 通過超聲波發(fā)射器連續(xù)不斷地向在液體中下落的小球發(fā)射超聲波，利用接收器接收小球反射回來的超聲波，然后由頻移信號處理電路和數(shù)字存儲示波器測量多普勒頻移，應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理準(zhǔn)確地計算出小球的終極速度，進(jìn)而得出液體的黏度． 利用該實驗系統(tǒng)測量液體的黏度可以避免落球法實驗中由于液體的折射以及視覺暫留效應(yīng)的影響，產(chǎn)生的視覺誤差；同時，可以保證小球偏離容器軸線非鉛直下落時，小球終極速度的測量值與實際值間確定度，而且此實驗可以多次測量求均值；結(jié)合電路處理信號，能夠進(jìn)一步提高實驗的精確度。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 五邑大學(xué) 第十屆科技節(jié)物理實驗設(shè)計大賽一等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 待定
作品可展示的形式
- 實物，圖片，錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本實驗設(shè)計可以通過測量測量小球的終極速度和超聲波在液體中傳播速度得出液體黏度值，尤為突出的是該作品的綜合性強(qiáng)，把多門學(xué)科結(jié)合在一起。實驗誤差相對較小，且重復(fù)性高。具有很高的實用性和很強(qiáng)的市場推廣性。
同類課題研究水平概述
- 實驗室液體黏度的測量方法比較多，典型的傳統(tǒng)測量方法主要有毛細(xì)管法、落球法、旋轉(zhuǎn)柱體法等。 毛細(xì)管測量法的原理根據(jù)泊肅葉公式的，它的優(yōu)點是操作簡單、數(shù)據(jù)讀取方便，但是也存在不足：數(shù)學(xué)關(guān)系較復(fù)雜，給積分帶來難度，對實驗儀器、測量前的調(diào)試、環(huán)境、測量者處理數(shù)據(jù)的能力等要求較高，誤差較大。 旋轉(zhuǎn)柱體法測量適用范圍廣，不妨礙生產(chǎn)正常進(jìn)行，不需要將待測液體從生產(chǎn)過程中取出，但旋轉(zhuǎn)圓筒測量液體黏度時圓柱端面液體，轉(zhuǎn)軸摩擦及空氣等阻力影響；摩擦力矩分析也不嚴(yán)格。 目前實驗室常用落球法測量液體的黏度，實驗中由于液體的折射以及視覺暫留效應(yīng)的影響，很容易產(chǎn)生視覺誤差；同時，若小球偏離容器軸線非鉛直下落，則小球終極速度的測量值與實際值間也存在較大的不確定度，使得測量精度無法保證。最后，實驗過程中每次拋球只能測得1組數(shù)據(jù)，測量效率較低，易受外界干擾，可重復(fù)性差。 根據(jù)多普勒效應(yīng)原理，利用實驗室現(xiàn)有的數(shù)字存儲示波器等設(shè)備，我們小組設(shè)計了超聲多普勒黏度測量實驗系統(tǒng)．該實驗系統(tǒng)以落球法為基礎(chǔ)，通過超聲波發(fā)射器連續(xù)不斷地向在液體中下落的小球發(fā)射超聲波，利用接收器接收小球反射回來的超聲波，然后由頻移信號處理電路和數(shù)字存儲示波器測量多普勒頻移，應(yīng)用多普勒效應(yīng)原理準(zhǔn)確地計算出小球的終極速度，進(jìn)而得出液體的黏度．實驗中超聲波對小球定位準(zhǔn)確，每次拋球可以連續(xù)測得3組數(shù)據(jù)，測量效率較高，可重復(fù)性高。
