本发明涉及粘滞系数测量系统领域，具体是一种利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置、方法。
背景技术：
1、流体的粘滞系数是一个描述流体内部摩擦性质的关键物理量，它反映了流体抵抗形变的能力，在科学研究领域具有非常重要的意义，对于粘滞系数的研究已经贯彻到生活的方方面面。精确测量流体的粘度对于多个科学和工业领域至关重要，包括化学、医学、水利工程、材料科学和机械工业等。传统上，测量粘滞系数的方法众多，包括毛细管法、落球法、转筒法和奥氏粘度计法等。其中，落球法因其实施相对简便而被广泛采用，该方法根据斯托克斯公式和匀速段小球的受力情况，通过测量小球在液体中匀速段的运动时间来计算黏度。
2、其中，落球法的核心原理基于斯托克斯定律，基本原理是当球体在流体中以恒定速度运动时，其受到的阻力与球体的速度成正比，这一比例系数即为液体的粘滞系数。传统落球法通过秒表、光电门等方法来得到小球匀速运动的速度，最后通过公式计算得到粘滞系数。
3、然而，现有的落球法测液体的粘滞系数主要的缺点有：
4、1、落球法需要用眼睛观察小球的运动情况，通过观察小球经过光电门的时刻进行人工测速，而对于不透明的液体(如汽油、墨水等)则无法观察，无法测量它们的粘滞系数；而对于粘度过小的液体，则会由于小球下落速度过快，导致匀速段时间难以测量，进而导致很难准确获得液体的粘滞系数。
5、2、落球法小球下落之后非常难以取出，小球长时间不取出，在液体中氧化可能会影响原本液体的物质组成，导致测量误差变大。
6、3、落球法实验采用秒表、光电门等方法进行人工测量匀速运动时间，需要确保激光能够水平照射小球，眼睛需要平视测试线，且小球下落速度通常都很快，使人工测量的难度增加且准确率降低。
7、4、传统测量粘滞系数，小球下落时需要从准容器中心下落，否则所得实验数据无法用于推测液体无限广延情况下的粘滞系数，在无辅助设备的情况下测量不够精准方便。
8、5、传统技术运用到了激光等技术成本较高，需要注意的实验细节较多。
技术实现思路
1、本发明提供了一种利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置、方法，以解决现有落球法技术测量液体粘滞系数存在的问题。
2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
3、一种利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置，包括容器、螺旋线圈(5)、定滑轮组、绳索、球体(13)、质量可调的磁铁(9)；所述容器顶部有开口，容器内用于容纳待测液体(11)，所述球体(13)置于容器内并被待测液体(11)淹没；所述绳索绕过定滑轮组，绳索的一端竖直下垂至从容器顶部开口进入容器内并连接所述球体(13)，绳索另一端竖直下垂并连接所述磁铁(9)；所述螺旋线圈(5)呈轴向竖直设置于磁铁(9)下方，并且螺旋线圈(5)的竖直中心线与磁铁(9)竖直向下运动的运动轨迹重合，使磁铁(9)竖直向下运动时可沿着螺旋线圈(5)的竖直中心线穿过螺旋线圈(5)的圈内区域。
4、进一步的，所述容器内底部中心固定有电磁铁，球体为实心铁球。
5、进一步的，所述定滑轮组包括两个定滑轮，所述绳索绕过两个定滑轮的上缘。
6、进一步的，所述螺旋线圈(5)的周向侧面、轴向端面均设有电磁屏蔽。
7、进一步的，所述螺旋线圈(5)的竖直位置可调。
8、进一步的，还包括电流波形测量装置，所述电流波形测量装置与螺旋线圈(5)电连接。
9、进一步的，所述磁铁(9)由多个小磁铁拼接而成，通过增加或减少小磁铁的数量，实现磁铁(9)的质量可调。
10、一种基于上述利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置的液体粘滞系数测量方法，过程如下：
11、首先，向容器中注入待测液体，使待测液体淹没所述球体(13)；
12、然后形成质量为m1的磁铁(9)，质量为m1的磁铁(9)竖直向下运动时，由磁铁(9)通过绕过定滑轮组的绳索使球体(13)在容器内竖直向上同步等速运动；当质量为m1磁铁(9)竖直向下穿过螺旋线圈(5)时，线圈(5)产生感应电流，获取当前感应电流的波形，得到其中波形呈类正弦波时的感应电流波形，从波形图中读取一个周期内波峰和波谷对应的时间即为磁铁匀速通过线圈的时间t1，结合所述螺旋线圈(5)的轴向长度l，计算得到质量为m1的磁铁(9)竖直向下运动过程中处于匀速运动时的速度，即为球体(13)当前在容器内待测液体中竖直向上运动过程中处于匀速运动时的速度v1；
13、接着使球体(13)、磁铁(9)复位，并形成质量为m2的磁铁(9)，质量为m2的磁铁(9)竖直向下运动时，使球体(13)在容器内竖直向上同步等速运动；当质量为m2磁铁(9)竖直向下穿过螺旋线圈(5)时，线圈(5)产生感应电流，获取当前感应电流的波形，得到其中波形呈类正弦波时的感应电流波形，从波形图中读取一个周期内波峰和波谷对应的时间即为磁铁匀速通过线圈的时间t2，结合所述螺旋线圈(5)的轴向长度l，计算得到质量为m2的磁铁(9)竖直向下运动过程中处于匀速运动时的速度，即为球体(13)当前在容器内待测液体中竖直向上运动过程中处于匀速运动时的速度v2；
14、最后，将质量m1、m2和速度v1、v2，以及球体(13)的直径代入斯托克斯方程，求解得到容器内待测液体的粘滞系数，计算公式如下：
15、
16、其中，η为待测液体的粘滞系数；g为重力加速度；d为球体(13)的直径。
17、进一步的，还包括对球体(13)两次竖直向上匀速运动时速度v1、v2的修正，修正公式如下：
18、
19、其中，d为容器内直径；h为容器内待测液体的高度；vk0为修改后的速度；k＝1、2。
20、进一步的，在采用斯托克斯方程求解得到容器内待测液体的粘滞系数时，加入雷洛数进行二级矫正。
21、本发明中，通过升球法(即令球体上升)来测量待测液体的粘滞系数，只需测量球体从容器内底部释放到出液面之前的匀速段的速度，并且通过磁铁、螺旋线圈转换为电信号进行测量，无需观察待测液体中的小球，避免了不透明或低透明液体的粘滞系数难以观察测量的问题，进而可实现对不透明或低透明液体的粘滞系数的精确测量。对于低粘度液体，本发明可以通过减少构成磁铁的小磁铁数量来降低上升速度，实现匀速运动。
22、并且，由于本发明是采用升球法通过球体上升进行测量，因此球体容易取出，避免了球体难以取出的问题。
23、同时，本发明采用电磁感应的原理，将与球体等速的磁铁的运动通过螺旋线圈转换为电信号，只需要根据电信号获得磁铁匀速段的时间，就可以通过计算得出磁铁竖直向下运动过程中匀速段时的速度，即为球体竖直向上运动过程中匀速段时的速度。通过电信号直接获得匀速段时间，很大程度上减小了测量实验时的误差。
24、本发明容器内底部中心固定有电磁铁，球体采用实心铁球，未进行测量时电磁铁通电吸附球体，当需要进行测量时电磁铁断电，由此使用中心电磁铁释放的方式，保证释放时的稳定，减小误差。并且配合定滑轮组的传动，能够很好的使球体的运动保持在容器的竖直中心线位置，以及使磁铁沿螺旋线圈的竖直中心轴线运动。
25、此外，本发明还具有装置结构简单，原理易懂，操作误差小，装置和操作成本较低的优点。
1.一种利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，包括容器、螺旋线圈(5)、定滑轮组、绳索、球体(13)、质量可调的磁铁(9)；所述容器顶部有开口，容器内用于容纳待测液体(11)，所述球体(13)置于容器内并被待测液体(11)淹没；所述绳索绕过定滑轮组，绳索的一端竖直下垂至从容器顶部开口进入容器内并连接所述球体(13)，绳索另一端竖直下垂并连接所述磁铁(9)；所述螺旋线圈(5)呈轴向竖直设置于磁铁(9)下方，并且螺旋线圈(5)的竖直中心线与磁铁(9)竖直向下运动的运动轨迹重合，使磁铁(9)竖直向下运动时可沿着螺旋线圈(5)的竖直中心线穿过螺旋线圈(5)的圈内区域。
2.根据权利要求1所述的一种利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述容器内底部中心固定有电磁铁，球体为实心铁球。
3.根据权利要求1所述的一种利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述定滑轮组包括两个定滑轮，所述绳索绕过两个定滑轮的上缘。
4.根据权利要求1所述的一种利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述螺旋线圈(5)的周向侧面、轴向端面均设有电磁屏蔽。
5.根据权利要求1或5所述的液一种利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述螺旋线圈(5)的竖直位置可调。
6.根据权利要求1所述的一种利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，还包括电流波形测量装置，所述电流波形测量装置与螺旋线圈(5)电连接。
7.根据权利要求1所述的一种利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置，其特征在于，所述磁铁(9)由多个小磁铁拼接而成，通过增加或减少小磁铁的数量，实现磁铁(9)的质量可调。
8.一种基于权利要求1-7中任意一项所述利用电磁感应现象测量液体粘滞系数的装置的液体粘滞系数测量方法，其特征在于，过程如下：
9.根据权利要求8所述的液体粘滞系数测量方法，其特征在于，还包括对球体(13)两次竖直向上匀速运动时速度v1、v2的修正，修正公式如下：
10.根据权利要求8所述的液体粘滞系数测量方法，其特征在于，在采用斯托克斯方程求解得到容器内待测液体的粘滞系数时，加入雷洛数进行二级矫正。
