專利名稱：拉脫法測表面張力的磁性小球接觸的自動水平吊環(huán)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及物理參數的測量領域，特別是液體表面張力系數的測量。
背景技術：
在物理實驗中，液體表面張力可以采用拉脫法進行測量，常用的測量儀器的測量原理與專利“一種液體表面張力系數測定儀(申請?zhí)朇N01254339.X)”相同，測量的原理是:一個線狀或者面狀的物件，一般采用線狀的環(huán)形物件，簡稱吊環(huán)，吊環(huán)的下面接觸液面，上面有牽引繩，牽引繩向上提升吊環(huán)，向上拉伸的力量由吊環(huán)的重力、粘附在吊環(huán)的液體的重力(這部分比較小)、表面張力三部分組成，向上拉升，表面張力與重力的方向相同，都是豎直向下的作用力，吊環(huán)底部高于液體水平面后，表面張力的作用顯現出來，要促使吊環(huán)逐漸上升，向上拉伸的力量逐漸變大，在粘附吊環(huán)的液面斷裂的前后拉力的變化量，就是表面張力；由于表面張力與接觸面的周邊長度有關，因此一般將表面張力除以吊環(huán)的周邊長度，定義為表面張力系數，比如對于環(huán)狀的物件，周邊長度就是內側周長和外側周長之和，表面張力系數與溫度、液體物質有關。存在的問題是:如果吊環(huán)的下面不在一個水平面內，就會出現液面不同時斷裂，導致液面從傾斜面的高點位置最先斷裂，相鄰位置緊跟著斷裂，從而使測量的表面張力比真實值小，帶來較大的實驗誤差。吊環(huán)的水平調節(jié)，一般采用三根金屬絲作為吊環(huán)懸掛線(在CN01254339.X中稱為吊絲)，通過彎曲金屬絲、通過眼睛判斷吊環(huán)的下面是否處于一個水平面，從理論上講，三點決定一個平面的，存在調節(jié)的可能性，但事實上存在較大的個人經驗誤差；而且，調節(jié)困難，測量速度緩慢。

發(fā)明內容
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為避免金屬絲懸掛線帶來的調節(jié)的難度以及眼睛觀察帶來的誤差，本發(fā)明設計一種拉脫法測表面張力的磁性小球接觸的自動水平吊環(huán)。本發(fā)明實現發(fā)明目的采用的技術方案是:拉脫法測表面張力的磁性小球接觸的自動水平吊環(huán)，其特征是:吊環(huán)是一個圓筒，圓筒頂部的邊緣固定有四根對稱的連接條，連接條的中心為一個圓盤，連接條和圓盤采用硬質的軟磁材料，拉力傳感器的掛鉤懸掛一個磁性小球。吊環(huán)采用鋁合金，吊環(huán)的內徑為10cm、外徑為10.2cm、高l_2cm。連接條的寬度為5mm、厚度為Imm,中心圓盤的直徑為l_2cm。磁性小球的直徑為1cm、表面磁場強度為4000-8000GS。本發(fā)明的有益效果是:由于吊環(huán)的頂部連接條的中心圓盤與磁性小球為點接觸，吊環(huán)底部邊緣的不水平，將導致吊環(huán)邊緣所受到的表面張力不平衡，不平衡的表面張力產生的力矩將促使磁性小球與中心圓盤的接觸點發(fā)生變化，使接觸點自動處于對稱的中心，只要是吊環(huán)的緩慢上移，不平衡表面張力導致的微小位移就能夠實現，那么在液面與吊環(huán)脫離的瞬間，吊環(huán)底部就會處于一個水平面內，液面就會同時脫離吊環(huán)，這樣就能夠保證測量的準確；吊環(huán)的水平是利用表面張力和點接觸自動實現的，在宏觀和微觀上，吊環(huán)的底部都處于一個水平面，不需要人為操作，降低了調節(jié)的難度，提高了實驗的精度。


圖1是表面張力測量原理示意圖。圖2是傾斜吊環(huán)示意圖。圖3是改進的可自動水平的吊環(huán)示意圖。其中，1、拉力，2、拉力傳感器,3、掛鉤,4、懸掛線,5、吊環(huán)，6、液面,7、傾斜吊環(huán)底部的高點，8、磁性小球，9、連接條，10、圓盤。
具體實施例方式拉脫法測量表面張力的原理:測量表面張力的吊環(huán)5的底部邊緣處于液面6之下，吊環(huán)5的上部邊緣有三根懸掛線4，由于三點決定一個平面，因此可以調節(jié)三根懸掛線4，使吊環(huán)的底部邊緣處于一個水平面內，為了能夠調節(jié)懸掛線4，懸掛線4采用金屬絲(在在CN01254339.X中稱為吊絲)，金屬絲有一定的韌性，彎曲后可以保持其形狀，懸掛線4懸掛在拉力傳感器2的掛鉤3上，通過向上的拉力1，向上拉升，吊環(huán)逐漸脫離液面，浮力減少，重力和表面張力增加，當吊環(huán)高于液體水平面后，向上增加的拉力主要用于克服逐漸增加的表面張力，拉力傳感器2顯示的拉力I的數值F增加，隨著吊環(huán)越升越高，吊環(huán)上粘附的部分液體下滑到液面，粘附液體的重力減少導致拉力的數值F減少，減少到某一個數值F1，粘附在吊環(huán)的液面同時斷裂，數值改變到F2，這兩個數值的差值F1-F2為表面張力，表面張力與吊環(huán)的線度(內側周長+外側周長)之比，就是液體的表面張力系數。 測量原理存在的現實問題是:為了方便水平調節(jié)使用的金屬懸掛線4，通過彎曲其中的某一根或者某兩根實現調節(jié)吊環(huán)5的底部水平，水平是通過眼睛觀察的，從理論上講，眼睛看到的是宏觀上的水平，微 觀上大多數是不水平的，而且還存在眼睛斜視帶來的水平誤差以及個人的經驗誤差；如果吊環(huán)5的底部不水平，粘附在吊環(huán)底部的液面將從傾斜面的距離液面最高的一點先斷裂，即從傾斜吊環(huán)底部的高點7位置處最先斷裂，此處斷裂后，其它液面也跟著斷裂，正如我們拉扯一塊布，不易拉斷，但如果在旁邊開一個小口，這片塊就會輕易拉斷，這樣導致測量的表面張力系數減少。雖然調節(jié)吊環(huán)的底部水平不準確，但是要滿足眼睛觀察好像是在一個水平面，也需要多次彎折連接吊環(huán)的三根金屬絲懸掛線4，調節(jié)非常繁瑣。為了避免吊環(huán)5的底部邊緣不處于一個水平面，本發(fā)明將金屬絲懸掛線改進為固定在吊環(huán)上邊緣的對稱的四根連接條9，連接條的中心為一個圓盤10，掛鉤改進為掛鉤鉤住一個磁性小球8。由于吊環(huán)5的頂部連接條9的中心圓盤10與磁性小球8為點接觸，吊環(huán)5底部邊緣的不水平，將導致吊環(huán)邊緣所受到的表面張力不平衡，不平衡的表面張力產生的力矩將促使磁性小球8與中心圓盤10的接觸點發(fā)生變化，使接觸點自動處于對稱的中心，只要是吊環(huán)的緩慢上移，不平衡表面張力導致的微小位移就能夠實現，那么在液面與吊環(huán)脫離的瞬間，吊環(huán)底部就會處于水平狀態(tài)，液面就會同時脫離吊環(huán)，這樣就能夠保證測量的準確。
權利要求
1.拉脫法測表面張力的磁性小球接觸的自動水平吊環(huán)，其特征是:吊環(huán)(5)是一個圓筒，圓筒頂部的邊緣固定有四根對稱的連接條(9)，連接條(9)的中心為一個圓盤(10)，連接條(9)和圓盤(10)采用硬質的軟磁材料，拉力傳感器(2)的掛鉤(3)懸掛一個磁性小球(8)。
2.根據權利要求1所述的拉脫法測表面張力的磁性小球接觸的自動水平吊環(huán)，其特征是:吊環(huán)(5)采用鋁合金，吊環(huán)(5)的內徑為10cm、外徑為10.2cm、高l_2cm。
3.根據權利要求1所述的拉脫法測表面張力的磁性小球接觸的自動水平吊環(huán)，其特征是:連接條(9)的寬度為5mm、厚度為Imm,中心圓盤的直徑為l_2cm。
4.根據權利要求1所述的拉脫法測表面張力的磁性小球接觸的自動水平吊環(huán)，其特征是:磁性小球(8)的直徑為1cm、表`面磁場強度為4000-8000GS。
全文摘要
拉脫法測表面張力的磁性小球接觸的自動水平吊環(huán)涉及物理參數的測量領域。為避免金屬絲懸掛線帶來的調節(jié)困難以及觀察誤差，本發(fā)明設計一種自動水平的表面張力吊環(huán)。技術方案是吊環(huán)是一個圓筒，圓筒的頂部有四根對稱的連接條，連接條的中心為一個圓盤，連接條和圓盤采用硬質的軟磁材料，拉力傳感器的掛鉤懸掛一個磁性小球。吊環(huán)采用鋁合金，吊環(huán)的內徑為10cm、外徑為10.2cm、高1-2cm。連接條的寬度為5mm、厚度為1mm，中心圓盤的直徑為1-2cm。磁性小球的直徑為1cm、表面磁場強度為4000-8000GS。有益效果是吊環(huán)的頂部連接條的中心圓盤與磁性小球為點接觸，不平衡的表面張力產生的力矩將促使吊環(huán)底部處于水平狀態(tài)。
文檔編號G01N13/02GK103245593SQ20131018916
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月21日 優(yōu)先權日2013年5月21日
發(fā)明者胡再國 申請人:四川大學