落球法測(cè)定液體在不同溫度的粘度

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1、實(shí)驗(yàn)11液體變溫粘滯系數(shù)的測(cè)量當(dāng)液體內(nèi)各部分之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸面之間存在內(nèi)摩擦力，阻礙液體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這種性質(zhì)稱(chēng)為液體的粘滯性，液體的內(nèi)摩擦力稱(chēng)為粘滯力。粘滯力的大小與接觸面面積以及接觸面處的速度梯度成正比，比例系數(shù)η稱(chēng)為粘度（或粘滯系數(shù)）。對(duì)液體粘滯性的研究在流體力學(xué)，化學(xué)化工，醫(yī)療，水利等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，例如在用管道輸送液體時(shí)要根據(jù)輸送液體的流量，壓力差，輸送距離及液體粘度，設(shè)計(jì)輸送管道的口徑。測(cè)量液體粘度可用落球法，毛細(xì)管法，轉(zhuǎn)筒法等方法，其中落球法適用于測(cè)量粘度較高的液體。粘度的大小取決于液體的性質(zhì)與溫度，溫度升高，粘度將迅速減小。例如對(duì)

2、于蓖麻油，在室溫附近溫度改變1?C，粘度值改變約10%。因此，測(cè)定液體在不同溫度的粘度有很大的實(shí)際意義。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉液體粘度隨溫度改變的物理現(xiàn)象。2．了解PH-IV型變溫粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀的構(gòu)造及測(cè)量原理。3．用落球法測(cè)量不同溫度下蓖麻油的粘度。實(shí)驗(yàn)原理變溫式落針粘度計(jì)是采用中長(zhǎng)空?qǐng)A柱體（針）在待測(cè)液體中垂直下落，通過(guò)測(cè)量針的收尾速度確定液體的粘度。當(dāng)針在待測(cè)液體中沿容器中軸垂直下落時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，針的重力與粘滯阻力以及針上下端面壓力差達(dá)到平衡，針變?yōu)閯蛩龠\(yùn)動(dòng)，這時(shí)針的速度稱(chēng)為收尾速度，此速度可通過(guò)測(cè)量針內(nèi)兩磁鐵經(jīng)過(guò)傳感器的時(shí)間間隔T求得。對(duì)于牛頓液體

3、（粘度不隨切變應(yīng)力變化而變化的液體），在恒溫條件下，求動(dòng)力粘度η的公式為：（1）式中，R1－容器內(nèi)筒半徑，R2－落針外半徑，－針下落收尾速度，g－重力加速度，－針的有效密度，－液體密度，η－液體粘度，其中壁和針長(zhǎng)的修正系數(shù)為：其中（2）（3）PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建www.fineprint.com.cn在實(shí)際情況下，上面（1）式可作簡(jiǎn)化，并考慮到（L－兩磁鐵同名磁極的間距，T－兩磁鐵經(jīng)過(guò)傳感器的時(shí)間間隔）。則（1）式可以改寫(xiě)為：（4）在變溫條件下，還必須考慮到液體密度隨溫度的改變（5）-3β可用實(shí)驗(yàn)方法確定，大約β=0.

4、93×10/oC，t0=20oC，t為測(cè)試時(shí)的溫度。這樣將（5）式代入(1)式，即可計(jì)算粘度η。因?yàn)閷⒂?jì)算η的程序已固化在EPROM中，所以，利用單板機(jī)可直接將粘度η計(jì)算并顯示。實(shí)驗(yàn)儀器PH-IV型變溫粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀，落針，霍爾傳感器，溫度計(jì)，蓖麻油。1、粘度計(jì)本體：本體結(jié)構(gòu)如圖6-11-1所示。用透明玻璃管制成的內(nèi)外兩個(gè)圓筒容器，豎直固定在水平機(jī)座上機(jī)座底部有調(diào)水平的螺絲。內(nèi)筒長(zhǎng)550mm，內(nèi)筒內(nèi)直徑約40mm，外筒外直徑約60mm。內(nèi)筒盛放待測(cè)液體(如蓖麻油)，內(nèi)外筒之間通過(guò)控溫系統(tǒng)灌水，用以對(duì)內(nèi)筒水浴加熱。外筒的一側(cè)上、下端各有一接口，用橡膠管與控

5、溫系統(tǒng)的水泵相連，機(jī)座上樹(shù)立一塊鋁合金支架，其上裝有霍爾傳感器和取針裝置。圓筒容器頂部盒子上裝有投針裝置(發(fā)射器)，它包括喇叭形的導(dǎo)環(huán)和帶永久磁鐵的拉桿。裝此導(dǎo)環(huán)為便于取針和讓針沿容器中軸線下落。用取針裝置把針由容器底部提起，針沿導(dǎo)環(huán)到達(dá)蓋子頂部被拉桿的磁鐵吸住。拉起拉桿，針因重力作用而沿容器中軸線下落。2、落針：針如圖2所示，它是有機(jī)玻璃制成的空細(xì)長(zhǎng)圓柱體，總長(zhǎng)約為185mm，其外半徑為R2，直徑為d，約5.7mm，有效密度為ρs。它的下端為半球形，上端為端圓臺(tái)狀，便PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建?www.fineprint.

6、com.cn于拉桿相吸。內(nèi)部?jī)啥搜b有永久磁鐵，異名磁極相對(duì)。磁鐵的同名磁極間的距離為I(170mm)，內(nèi)部有配重的鉛條，改變鉛條的數(shù)量，可改變針的有效密度。3、霍爾傳感器它是靈敏度極高的開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器，做成圓柱狀，外部有螺紋，可用螺母固定在儀器本體的鋁板上。輸出信號(hào)通過(guò)屏蔽電纜、航空插頭接到單板計(jì)時(shí)器上，其電路圖如圖6-11-3所示。傳感器由5V直流電源供電，每當(dāng)磁鐵經(jīng)過(guò)霍爾傳感器前端時(shí)，傳感器即輸出一個(gè)矩形脈沖，同時(shí)有LED（發(fā)光二極管）指示。4、單板計(jì)時(shí)器以單板計(jì)時(shí)器為基礎(chǔ)的SD—A型多功能毫秒計(jì)用以計(jì)時(shí)和處理數(shù)據(jù)，硬件采用MCS-51系列微處理芯

7、片，配有并行接口，驅(qū)動(dòng)電路，輸入由4×4鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)。顯示為六個(gè)數(shù)碼管，軟件固化在2764EPROM中，霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖經(jīng)整形后，從航空插座輸入單板機(jī)，由計(jì)時(shí)器完成兩次脈沖之間的計(jì)時(shí)，接收參數(shù)輸入，并將結(jié)果計(jì)算和顯示出來(lái)。5、控溫系統(tǒng)控溫系統(tǒng)由水泵、加熱裝置及控溫裝置組成。微型水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，水流自粘度計(jì)本體的底部流入，自頂部流出，形成水循環(huán)，對(duì)待測(cè)液體進(jìn)行水浴加熱，加熱功率為100W，并通過(guò)控溫裝置的調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)定溫度。待測(cè)液體的溫度則用置于其中的酒精溫度計(jì)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1.安裝儀器。將儀器本體的橡皮管安裝在控溫系統(tǒng)上，下面的橡皮管接出水孔，上面的橡

8、皮管接入水孔。用漏斗向水箱注滿(mǎn)水，使水位達(dá)到水位管的刻線處。然后將霍爾傳感器安裝