專利名稱：高精度小型動(dòng)量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，用于驗(yàn)證動(dòng)量定律。
動(dòng)量實(shí)驗(yàn)儀是利用噴嘴射出的射流，沖擊受力板，測出射流的流量、流速和板受的作用力，用實(shí)測力和按動(dòng)量定律算出的作用力進(jìn)行比較，驗(yàn)證動(dòng)量定律。目前，在我國高校和中等專業(yè)學(xué)校中使用的動(dòng)量儀是北京工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)的動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)儀，這種定量儀是仿英產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由測力機(jī)構(gòu)(1)，實(shí)驗(yàn)水箱(2)，受力板(3)和噴嘴(4)等組成。這種動(dòng)量儀存在著以下缺點(diǎn)測力機(jī)構(gòu)采用杠桿原理，測量精度較差；實(shí)驗(yàn)水箱沒有通氣裝置，水箱內(nèi)不是恒定的大氣壓；由于噴嘴是短管形狀，使射流的流股不穩(wěn)定，造成受力板上的沖擊力不穩(wěn)。因?yàn)樯鲜鲞@些缺點(diǎn)，使該儀器在使用時(shí)量測精度差，力的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值間的誤差有時(shí)高達(dá)30％左右。
本實(shí)用新型的目的是改進(jìn)儀器結(jié)構(gòu)，以提高儀器的測量精度。
本實(shí)用新型的內(nèi)容是，整個(gè)實(shí)驗(yàn)的測力機(jī)構(gòu)采用天平，天平的A盤內(nèi)放入平衡塊，以便天平在使用前調(diào)零，天平的B盤支桿與受力板相聯(lián)，為了確保實(shí)驗(yàn)在恒定的大氣壓條件下進(jìn)行，使受力板的受力狀況符合動(dòng)量定律推導(dǎo)的條件，因此在水箱的箱體上部開有通氣孔，使水箱內(nèi)有足夠的大氣進(jìn)入。為了使射流流股均勻穩(wěn)定，射流噴嘴采用大收縮比，并在噴嘴口設(shè)有定位塊，在實(shí)驗(yàn)開始前將定位塊插入噴嘴，移動(dòng)天平位置，使定位塊尖端對(duì)準(zhǔn)受力板中心，以確保噴嘴中心，受力板中心與天平B盤的支軸在同一垂線上。


圖1已有技術(shù)示意圖。
圖2本實(shí)用新型示意圖。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)操作過程。如圖2所示，其中(5)是測力天平，(6)是受力板，(7)是定位塊，(8)是實(shí)驗(yàn)水箱，(9)是噴嘴，(10)是進(jìn)水管，(11)是進(jìn)水調(diào)節(jié)閥門，(12)是擋水板，(13)是分流器，(14)是測量箱，(15)是泄水箱。來自恒定水位的水流通過進(jìn)水管(10)進(jìn)入噴嘴(9)，由噴嘴射出一股水射流，垂直沖擊受力板(6)，此時(shí)天平因一端受力而發(fā)生傾斜，因此在天平(5)的B盤中加入砝碼，直到天平平衡，砝碼的重量即實(shí)測水流沖擊力的大小。沖擊后的水流隨即向四周散開，碰到檔水板(12)后順板流進(jìn)水槽，并通過分流器流進(jìn)測量箱(14)和泄水箱(15)。
根據(jù)動(dòng)量定律計(jì)算射流對(duì)受力板的沖擊力F計(jì)為F計(jì)＝ρQVo(1－Cosβ) (1)當(dāng)不考慮能量損失及其它影響因素，只考慮射流高差的影響時(shí)，F(xiàn)計(jì)值應(yīng)為

式中ρ——水的密度(公斤／立方米)Q——射流的流量(立方米／秒)由測量箱量得Vo——噴嘴出口流速(Vo＝流量／噴嘴面積)Z——噴嘴出口距受力板的距離(米)β——射流入口流速與出口流速的夾角。
用公式(2)計(jì)算得到的F值為射流沖擊力的理論計(jì)算值，與沖擊力的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，即可驗(yàn)證動(dòng)量定律。
實(shí)驗(yàn)的操作步驟如下1.在噴嘴的出口處放入定位塊，使它的尖頭與實(shí)驗(yàn)板的定位中心在同一軸線上。若不在一軸線時(shí)，可松開天平的定位件調(diào)天平位置使其中心一致，然后將天平固定，取下定位塊。
2.將天平微調(diào)砝碼放到零位，在天平的A盤內(nèi)放入已做好的配重使天平處于平衡位置，將分流器的位置放到使其內(nèi)的水流入泄水箱內(nèi)，在天平的B盤內(nèi)放入要求重量的砝碼。
3.慢慢開啟來流調(diào)節(jié)閥門(11)，由噴嘴射出一般射流沖擊受力板，使沖擊板上的沖擊力與砝碼的重量相等時(shí)，天平重新處于平衡狀態(tài)，停止開動(dòng)閥門。(也可以用微調(diào)砝碼調(diào)平天平)。
4.關(guān)閉量測箱下面的閥門，拉動(dòng)分流器使水放入量測箱內(nèi)，同時(shí)按動(dòng)秒表，當(dāng)快到一箱水時(shí)，將分流器內(nèi)的水迅速放入泄水箱內(nèi)，并同時(shí)按動(dòng)秒表，通過量測箱上的刻度測出水的體積，并記錄時(shí)間和砝碼的重量，天平砝碼的重量即是受力板上的實(shí)測力F′。(F測)根據(jù)測得的流量和噴嘴的直徑以及噴嘴到受力板的距離Z，可用公式(2)求得沖擊力的理論計(jì)算值。
重復(fù)2～4步驟可以測出不同流量時(shí)的F′值，亦可根據(jù)式(2)得到計(jì)算值。
利用本實(shí)用新型的裝置，其測量精度可達(dá)△＝(F計(jì)－F測)／F計(jì)％＝(2－5)％。
權(quán)利要求1.一種由測力機(jī)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)水箱、受力板及噴嘴等組成的高精度小型動(dòng)量儀，其特征在于其中的測力機(jī)構(gòu)是一架天平，天平的A盤內(nèi)放入平衡塊，B盤的支軸與受力板相聯(lián)；其中的實(shí)驗(yàn)水箱在其箱體上部開有通氣孔；其中的噴嘴形狀采用大收縮比，噴嘴口設(shè)有定位塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型的高精度動(dòng)量實(shí)驗(yàn)儀，利用噴嘴射出的水流沖擊受力板，實(shí)測出射流的流量、流速和受力板受到的作用力，通過比較實(shí)測力和按動(dòng)量定律計(jì)算的作用力來驗(yàn)證動(dòng)量定律。本儀器主要由實(shí)驗(yàn)水箱、噴嘴、受力板，測力天平和測量箱構(gòu)成，由于本儀器中的實(shí)驗(yàn)水箱有通氣裝置，使實(shí)驗(yàn)在大氣下進(jìn)行，采用大收縮比噴嘴，使噴出的射流穩(wěn)定，又采用天平測力，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)精度提高，實(shí)測力和理論計(jì)算值的誤差百分比在2-5％。本儀器體積小，結(jié)構(gòu)合理，調(diào)節(jié)方便，測量精度高，可作大專院校及中等專業(yè)學(xué)校學(xué)習(xí)水力學(xué)和流體力學(xué)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。
文檔編號(hào)G01D21/02GK2059234SQ8922093
公開日1990年7月11日 申請(qǐng)日期1989年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月14日
發(fā)明者丁彤 申請(qǐng)人:清華大學(xué)