基于图像识别的流体粘滞系数测量仪制造技术

基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，包括绝热底座、加热丝、半导体制冷片模块、底座盖、支架、光电门、砝码夹、Y型支撑架、定滑轮、水平仪、显示屏、操作盘、光电计时器、气体测量筒、液体测量筒、储气瓶、电子秤、长刻度尺、摄像头、三脚架。本发明专利技术采用升球法，可以测量液体、气体的粘滞系数；采用的装置可以达到快速变温、精确控温。实验时，通过基于Visual Studio2017+opencv4.0.0+cpp开发的程序，通过摄像头追踪砝码下落，旁置长刻度尺，通过比较帧间追踪框下落的刻度条数得出砝码下落的实时速度，对采集的数据采用推导出的公式进行拟合，得出流体的粘滞系数。此装置运算精度高，实用性、适用性强，可深入拓展研究性能高，演示直观，操作简便。

Viscosity coefficient measuring instrument based on image recognition

【技术实现步骤摘要】
基于图像识别的流体粘滞系数测量仪
本专利技术涉及物理学实验仪器领域，特别是基于图像识别的流体粘滞系数测量仪。
技术介绍
流体的粘滞系数是描述流体内摩擦力性质的一个重要物理量。粘滞系数除了因材料而异之外还比较敏感的依赖温度，液体的粘滞系数随着温度升高而减少，气体则反之，大体上按正比于的规律增长。研究流体液体的粘滞系数，不仅在材料科学研究方面，而且在工程技术以及其他领域有很重要的作用。传统测定液体粘滞系数的方法有毛细管法、旋转法、落针法和落球法等。相比前三种方法，落球法由于原理简单且能够直观地展示现象而被广泛采用。传统落球法测定液体粘滞系数分析的出发点是斯托克斯公式F＝6πηrv(式中，F为小球受到的与运动方向相反的粘滞阻力，η为液体的粘滞系数，r为小球的半径，v为小球的运动速度)但是，传统落球法测定粘滞系数的实验只适用于粘滞系数较大的液体，对于粘滞系数较低的流体如空气等，由于小球下落达到收尾速度后开始进行匀速运动状态的距离较长，难以进行实验,因此无法适用；除此以外，传统落球法测定粘滞系数的仪器内部的液体受环境温度影响极大，采用的将环境温度数值作为液体温度数值极大的失去了准确性；并且，小球下落时的数据采集均依靠人工，误差较大。因此，最终测得的粘滞系数数据误差较大。目前，有不少对传统落球法测定粘滞系数实验进行改进的方案。但多种改进方案中，仍存在有多种客观因素导致实验数据有误：(1)使用两个光电门对在液体内落下的小球进行监测，但是光的传播在液体中会受到影响，导致数据读取会有较大误差；(2)采用升球法并用两组光电门分布于上下对下落的砝码进行测速，但是仍是用手进行释放，砝码容易晃动，没有解决砝码下落时会摆动的问题；(3)采用线阵CCD进行测速，但是没有对实验环境的温度进行控制，导致实验时所测液体的粘滞系数一直在受温度改变的影响；(4)对仪器进行水浴加热，但是由于水的热惯性较强，很难实现精确、快速的控温、变温；(5)采用升球法进行水汽混合物粘滞系数的测定，但由于只是用了一个定滑轮，最终砝码容易掉进水汽混合物中。除此以外，目前市场上还没有任何一种实验改进可以同时测定高粘滞系数的流体和低粘滞系数的流体；并且，目前对于实验速度采集的部分多是理想化的认为小球是匀速运动，与实际情况相差较大。粘滞系数测定装置中多存在精度低、过于理想化、适用性不高的问题。且许多改进装置外设接线较多、实验繁琐。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术公开了基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其具体技术方案如下：基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，包括绝热底座、加热丝、半导体制冷片模块、底座盖、支架、光电门、砝码夹、Y型支撑架、定滑轮、水平仪、显示屏、操作盘、光电计时器、气体测量筒、液体测量筒、储气瓶、电子秤、长刻度尺、摄像头、三脚架；所述绝热底座为中空结构，所述绝热底座的内底面周向呈凹槽状，形成绝热底座底槽，所述绝热底座的内底面中心内嵌设有绝热底座铜片，铜片通过导线与主控芯片实现电连接；所述绝热底座的顶端外壁周向设有承重环；所述加热丝设置于绝热底座内壁；所述半导体制冷片模块设置于绝热底座内壁；所述底座盖翻盖于绝热底座的顶端；支架设置于绝热底座的顶端一侧，并与所述承重环插接固定；所述光电门的数量为两个，设置于支架的一侧，两个所述光电门呈近距离相对设置，每个所述光电门通过支架臂与支架的一侧固定连接；所述砝码夹设置于所述光电门的底端，且通过支架臂与支架的一侧固定连接；所述Y型支撑架设置于支架的顶端，所述Y型支撑架的底端与支架的顶端插接，并通过承重调平螺栓实现固定；所述Y型支撑架的两侧顶端均呈镂空状结构，形成定滑轮槽；所述定滑轮的数量为两个，所述定滑轮分别嵌入设置于所述定滑轮槽内，并与Y型支撑架呈转动设置；所述水平仪横向设置于所述Y型支撑架的顶端中心，水平调节螺栓设置于Y型支撑架的两侧底端，每个水平调节螺栓依次贯穿支架、Y型支撑架并伸入水平仪的两侧，实现水平仪与Y型支撑架固定；所述显示屏设置于所述绝热底座的底端一侧面，两个所述显示屏呈上下设置；所述操作盘设置于显示屏的一侧；所述光电计时器设置于所述绝热底座的一侧；所述气体测量筒设置于绝热底座内，所述气体测量筒包括气体盖、气体测量主筒、气体测量筒保险扣、第一气阀栓、第二气阀栓和第三气阀栓，所述气体盖设置于所述气体测量主筒的顶端，所述气体盖通过气体测量筒保险扣与所述气体测量主筒实现固定，所述第一气阀栓设置于所述气体盖的顶面一侧，所述第二气阀栓设置于所述气体盖的顶面另一侧，所述第三气阀栓设置于所述气体测量主筒的底端一侧；所述液体测量筒设置于绝热底座内，所述液体测量筒包括液体盖、液体测量主筒和液体测量筒保险扣，所述液体盖设置于梭梭树液体测量主筒的顶端，所述液体盖通过液体测量筒保险扣与所述液体测量主筒实现固定；所述储气瓶的底端分别设有第一气泵、第二气泵和第三气泵，第一气泵和第三气泵的抽气口均连接于储气瓶内，第一气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的入气口连接，第三气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒下方的入气口连接，第二气泵的抽气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的出气口连接。长刻度尺设置于绝热底座的一侧，呈竖直设置；摄像头设置于长刻度尺的一侧，且摄像头同时可拍摄砝码与长刻度尺；三脚架支撑摄像头。进一步的，所述绝热底座呈圆筒状结构，为双层结构；所述绝热底座的内壁和外壁均采用铝合金材料，内壁与外壁之间采用聚氨酯泡沫填充。进一步的，所述绝热底座底槽呈圆环状结构，所述绝热底座底槽的内径、深度与所述气体测量筒、液体测量筒的底端相适应，所述绝热底座底槽的外径略大于所述气体测量筒、液体测量筒的外径。进一步的，所述加热丝层叠设置于绝热底座的内壁内，呈均匀设置，每层所述加热丝互相连接，每层所述加热丝呈“C”字形结构。进一步的，所述半导体制冷片模块包括散热器、半导体制冷片、硅脂、隔热垫片、导冷片和风扇，所述隔热垫片贴合设置于绝热底座的内壁，所述导冷片通过硅胶与隔热垫片实现贴合固定，所述导冷片与半导体制冷片连接，半导体制冷片配合散热器并通过风扇实现强制散热。进一步的，所述绝热底座内设置的导冷片为两层，每层所述导冷片的数量为四个，周向设置于所述绝热底座的内壁，每侧所述导冷片的侧面与液体测量筒的外壁贴合设置。进一步的，所述支架包括固定块、支撑杆和侧杆，所述固定块的截面呈“匚”字形结构，所述固定块一侧嵌入承重环的外侧，实现固定块与绝热底座固定；所述支撑杆设置所述固定块的顶端，并呈垂直固定连接，所述支撑杆呈“T”字形结构，所述支撑杆的顶端设有支撑杆顶槽；所述侧杆对称设置于所述支撑杆的顶端两侧。进一步的，所述气体测量主筒的底端外侧周向呈凸块状结构，形成气体测量主筒卡块，所述气体测量主筒卡块嵌入绝热底座底槽，实现所述气体测量主筒与绝热底座固定。进一步的，所述气体测量主筒的内底面设有气体温度传感器和气体压力传感器，所述气体测量主筒的底端中心设有气体筒铜制凸台，所述气体筒铜制凸台的一端透过气体测量主筒与气体温度传感器、气体压力传感器电连接，所述气体筒铜制凸台本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，包括绝热底座、加热丝、半导体制冷片模块、底座盖、支架、光电门、砝码夹、Y型支撑架、定滑轮、水平仪、显示屏、操作盘、光电计时器、气体测量筒、液体测量筒、储气瓶、电子秤、长刻度尺、摄像头、三脚架；/n绝热底座，用于装载气体测量筒或液体测量筒，并对气体测量筒或液体测量筒进行加热、降温，实现恒温作用；所述绝热底座为中空结构，所述绝热底座的内底面周向呈凹槽状，形成绝热底座底槽，所述绝热底座的内底面中心内嵌设有绝热底座铜片，铜片通过导线与主控芯片实现电连接；所述绝热底座的顶端外壁周向设有承重环；/n加热丝，用于对气体测量筒或液体测量筒进行加热作用；所述加热丝设置于绝热底座内壁；/n半导体制冷片模块，用于对气体测量筒或液体测量筒进行降温作用；所述半导体制冷片模块设置于绝热底座内壁；/n底座盖，用于密封绝热底座的顶端，对绝热底座进行隔热处理；所述底座盖翻盖于绝热底座的顶端；/n支架，用于承载光电门、砝码夹、Y型支撑架和水平仪；设置于绝热底座的顶端一侧，并与所述承重环插接固定；/n光电门，用于监测与砝码相连的细线的摆动情况；所述光电门的数量为两个，设置于支架的一侧，两个所述光电门呈近距离相对设置，每个所述光电门通过支架臂与支架的一侧固定连接；/n砝码夹，用于夹持砝码；所述砝码夹设置于所述光电门的底端，且通过支架臂与支架的一侧固定连接；/nY型支撑架，用于承载支撑定滑轮；所述Y型支撑架设置于支架的顶端，所述Y型支撑架的底端与支架的顶端插接，并通过承重调平螺栓实现固定；所述Y型支撑架的两侧顶端均呈镂空状结构，形成定滑轮槽；/n定滑轮，用于改变与砝码连接的细线的拉线方向；所述定滑轮的数量为两个，所述定滑轮分别嵌入设置于所述定滑轮槽内，并与Y型支撑架呈转动设置；/n水平仪，用于调节Y型支撑架处于水平状态；所述水平仪横向设置于所述Y型支撑架的顶端中心，水平调节螺栓设置于Y型支撑架的两侧底端，每个水平调节螺栓依次贯穿支架、Y型支撑架并伸入水平仪的两侧，实现水平仪与Y型支撑架固定；/n显示屏，数量为两个，一个显示屏用于实时显示绝热底座内测得的温度值，以及人为设定的温度值，一个显示屏用于显示气体测量筒内测得的气压值，以及所测气体测量筒或液体测量筒的筒壁温度；所述显示屏设置于所述绝热底座的底端一侧面，两个所述显示屏呈上下设置；/n操作盘，用于配载按键模块、加热丝的电路、半导体制冷片模块的电路、主控芯片和显示屏的连接电路；所述操作盘设置于显示屏的一侧；/n光电计时器，用于与光电门通过导线实现电连接；所述光电计时器设置于所述绝热底座的一侧；/n气体测量筒，用于配合小球测量气体粘滞系数的容器；所述气体测量筒设置于绝热底座内，所述气体测量筒包括气体盖、气体测量主筒、气体测量筒保险扣、第一气阀栓、第二气阀栓和第三气阀栓，所述气体盖设置于所述气体测量主筒的顶端，所述气体盖通过气体测量筒保险扣与所述气体测量主筒实现固定，所述第一气阀栓设置于所述气体盖的顶面一侧，所述第二气阀栓设置于所述气体盖的顶面另一侧，所述第三气阀栓设置于所述气体测量主筒的底端一侧；/n液体测量筒，用于配合小球测量液体粘滞系数的容器；所述液体测量筒设置于绝热底座内，所述液体测量筒包括液体盖、液体测量主筒和液体测量筒保险扣，所述液体盖设置于梭梭树液体测量主筒的顶端，所述液体盖通过液体测量筒保险扣与所述液体测量主筒实现固定；/n储气瓶，用于给气体测量筒充气；所述储气瓶的底端分别设有第一气泵、第二气泵和第三气泵，第一气泵和第三气泵的抽气口均连接于储气瓶内，第一气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的入气口连接，第三气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒下方的入气口连接，第二气泵的抽气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的出气口连接。/n电子秤，用于称量气体测量筒的总重量；/n长刻度尺，用于测量框帧间变化时砝码下落的刻度值；设置于绝热底座的一侧，呈竖直设置；/n摄像头，用于拍摄实验过程中砝码的整个下落过程；设置于长刻度尺的一侧，且摄像头同时可拍摄砝码与长刻度尺；/n三脚架，用于支撑摄像头。/n...

【技术特征摘要】
1.基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，包括绝热底座、加热丝、半导体制冷片模块、底座盖、支架、光电门、砝码夹、Y型支撑架、定滑轮、水平仪、显示屏、操作盘、光电计时器、气体测量筒、液体测量筒、储气瓶、电子秤、长刻度尺、摄像头、三脚架；
绝热底座，用于装载气体测量筒或液体测量筒，并对气体测量筒或液体测量筒进行加热、降温，实现恒温作用；所述绝热底座为中空结构，所述绝热底座的内底面周向呈凹槽状，形成绝热底座底槽，所述绝热底座的内底面中心内嵌设有绝热底座铜片，铜片通过导线与主控芯片实现电连接；所述绝热底座的顶端外壁周向设有承重环；
加热丝，用于对气体测量筒或液体测量筒进行加热作用；所述加热丝设置于绝热底座内壁；
半导体制冷片模块，用于对气体测量筒或液体测量筒进行降温作用；所述半导体制冷片模块设置于绝热底座内壁；
底座盖，用于密封绝热底座的顶端，对绝热底座进行隔热处理；所述底座盖翻盖于绝热底座的顶端；
支架，用于承载光电门、砝码夹、Y型支撑架和水平仪；设置于绝热底座的顶端一侧，并与所述承重环插接固定；
光电门，用于监测与砝码相连的细线的摆动情况；所述光电门的数量为两个，设置于支架的一侧，两个所述光电门呈近距离相对设置，每个所述光电门通过支架臂与支架的一侧固定连接；
砝码夹，用于夹持砝码；所述砝码夹设置于所述光电门的底端，且通过支架臂与支架的一侧固定连接；
Y型支撑架，用于承载支撑定滑轮；所述Y型支撑架设置于支架的顶端，所述Y型支撑架的底端与支架的顶端插接，并通过承重调平螺栓实现固定；所述Y型支撑架的两侧顶端均呈镂空状结构，形成定滑轮槽；
定滑轮，用于改变与砝码连接的细线的拉线方向；所述定滑轮的数量为两个，所述定滑轮分别嵌入设置于所述定滑轮槽内，并与Y型支撑架呈转动设置；
水平仪，用于调节Y型支撑架处于水平状态；所述水平仪横向设置于所述Y型支撑架的顶端中心，水平调节螺栓设置于Y型支撑架的两侧底端，每个水平调节螺栓依次贯穿支架、Y型支撑架并伸入水平仪的两侧，实现水平仪与Y型支撑架固定；
显示屏，数量为两个，一个显示屏用于实时显示绝热底座内测得的温度值，以及人为设定的温度值，一个显示屏用于显示气体测量筒内测得的气压值，以及所测气体测量筒或液体测量筒的筒壁温度；所述显示屏设置于所述绝热底座的底端一侧面，两个所述显示屏呈上下设置；
操作盘，用于配载按键模块、加热丝的电路、半导体制冷片模块的电路、主控芯片和显示屏的连接电路；所述操作盘设置于显示屏的一侧；
光电计时器，用于与光电门通过导线实现电连接；所述光电计时器设置于所述绝热底座的一侧；
气体测量筒，用于配合小球测量气体粘滞系数的容器；所述气体测量筒设置于绝热底座内，所述气体测量筒包括气体盖、气体测量主筒、气体测量筒保险扣、第一气阀栓、第二气阀栓和第三气阀栓，所述气体盖设置于所述气体测量主筒的顶端，所述气体盖通过气体测量筒保险扣与所述气体测量主筒实现固定，所述第一气阀栓设置于所述气体盖的顶面一侧，所述第二气阀栓设置于所述气体盖的顶面另一侧，所述第三气阀栓设置于所述气体测量主筒的底端一侧；
液体测量筒，用于配合小球测量液体粘滞系数的容器；所述液体测量筒设置于绝热底座内，所述液体测量筒包括液体盖、液体测量主筒和液体测量筒保险扣，所述液体盖设置于梭梭树液体测量主筒的顶端，所述液体盖通过液体测量筒保险扣与所述液体测量主筒实现固定；
储气瓶，用于给气体测量筒充气；所述储气瓶的底端分别设有第一气泵、第二气泵和第三气泵，第一气泵和第三气泵的抽气口均连接于储气瓶内，第一气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的入气口连接，第三气泵的出气口通过透明塑料软管与气体测量筒下方的入气口连接，第二气泵的抽气口通过透明塑料软管与气体测量筒的气体盖一侧的出气口连接。
电子秤，用于称量气体测量筒的总重量；
长刻度尺，用于测量框帧间变化时砝码下落的刻度值；设置于绝热底座的一侧，呈竖直设置；
摄像头，用于拍摄实验过程中砝码的整个下落过程；设置于长刻度尺的一侧，且摄像头同时可拍摄砝码与长刻度尺；
三脚架，用于支撑摄像头。


2.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述绝热底座呈圆筒状结构，为双层结构；所述绝热底座的内壁和外壁均采用铝合金材料，内壁与外壁之间采用聚氨酯泡沫填充。


3.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述绝热底座底槽呈圆环状结构，所述绝热底座底槽的内径、深度与所述气体测量筒、液体测量筒的底端相适应，所述绝热底座底槽的外径略大于所述气体测量筒、液体测量筒的外径。


4.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述半导体制冷片模块包括散热器、半导体制冷片、硅脂、隔热垫片、导冷片和风扇，所述隔热垫片贴合设置于绝热底座的内壁，所述导冷片通过硅胶与隔热垫片实现贴合固定，所述导冷片与半导体制冷片连接，半导体制冷片配合散热器并通过风扇实现强制散热。


5.根据权利要求4所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述绝热底座内设置的导冷片为两层，每层所述导冷片的数量为四个，周向设置于所述绝热底座的内壁，每侧所述导冷片的侧面与液体测量筒的外壁贴合设置。


6.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述支架包括固定块、支撑杆和侧杆，所述固定块的截面呈“匚”字形结构，所述固定块一侧嵌入承重环的外侧，实现固定块与绝热底座固定；所述支撑杆设置所述固定块的顶端，并呈垂直固定连接，所述支撑杆呈“T”字形结构，所述支撑杆的顶端设有支撑杆顶槽；所述侧杆对称设置于所述支撑杆的顶端两侧。


7.根据权利要求1所述的基于图像识别的流体粘滞系数测量仪，其特征在于，所述气体测量主筒的内底面设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻孜，杨睿，杨芷羽，姜颖，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32