蓖麻油粘滞系数与温度关系试验的研究--试验十八液体变温粘滞系数

1、实验十八液体变温粘滞系数【实验目的】1学会使用变温粘滞系数实验仪。2 通过测量收尾速度确定粘滞系数。【实验仪器】一体化PH-IV型变温粘滞系数实验仪。【仪器介绍】变温式落针粘度计（如图18-1所示）采用霍尔传感器和多功能毫秒计（单板机计时器）测量落针的速度，并将粘度显示出来，对待测液体水浴加热，通过控温装置，达到预定的 温度。仪器由本体、落针、霍尔传感器、控温计时系统等组成。图18-1变温式落针粘度计1 粘度计本体图佃-2图佃-3本体结构如图18-2所示。用透明玻璃管制成的内外两个圆筒容器，竖直固定在水平机 座上机座底部有调水平的螺丝。内筒长550mm，内筒内直径约 40mm，外筒外直径约60

2、mm。内筒盛放待测液体（如蓖麻油），内外筒之间通过控温系统灌水，用以对内筒水浴加热。外筒 的一侧上、下端各有一接口，用橡胶管与控温系统的水泵相连，机座上树立一块铝合金支 架，其上装有霍尔传感器和取针装置。圆筒容器顶部盒子上装有投针装置（发射器），它包括喇叭形的导环和带永久磁铁的拉杆。装此导环为便于取针和让针沿容器中轴线下落。用取 针装置把针由容器底部提起，针沿导环到达盖子顶部被拉杆的磁铁吸住。拉起拉杆，针因 重力作用而沿容器中轴线下落。2.针针如图18-3所示，它是有机玻璃制成的空细长圆柱体，总长为（约185mm），其外半径为R2，直径为d,约5.7mm，有效密度为，它的下端为半球形，上端为端

3、圆台状，便于拉 杆相吸。内部两端装有永久磁铁，异名磁极相对。磁铁的同名磁极间的距离为l（170mm）,内部有配重的铅条，改变铅条的数量，可改变针的有效密度。3霍尔传感器它是灵敏度极高的开关型霍尔传感器，做成圆柱状，外部有螺纹，用螺母固定在仪器 本体的铝板上。输出信号通过屏蔽电缆、航空插头接到单板机计时器上。其电路方框图如 图18-4所示。传感器由5V直流电源供电，外壳用非磁性金属材料（铜）封装，每当磁铁经过霍尔传感器前端时，传感器即输出一个矩形脉冲，同时有LCD（发光二极管）指示。4.单板机计时器以单板机为基础的 SD A型多功能毫秒计用以计时和处理数据，硬件采用MCS 51系列微处理芯片，配

4、有并行接口，驱动电路，输入由4X 4键盘实现。显示为 6个数码管，软件固化在2764EPROM 中，霍尔传感器产生的脉冲经整形后，从航空插座输入单板机， 由计时器完成两次脉脉冲之间的计时，接受参数输入，并将结果计算和显示出来。它由220V交流电供电，经整流稳压变为5V直流电图 18-4图中3个LED数码管显示油的温度。将温 度编码开关调到某一温度（例如高于室温5o C, 图中为33.0oC）,启动水泵对待测液体水浴加 热，此时OUT灯亮。当待测液体的温度达到设定的温度后，OUT 灯灭，需待一段时间后方可进行实验。图 18-55.控温系统控温系统由水泵、加热装置及控温装置组成。微型水泵运转时，水

5、流自粘度计本体的底 部流入，自顶部流出，形成水循环，对待测液体进行水浴加热，加热功率为100W，并通过控温装置的调节，达到预定温度。待侧液体的温度则用置于其中的酒精温度计测量。【实验原理】当针在待测液体中沿容器中垂线下落时。经过一段时间，针所受的重力；浮力和粘滞 力达到平衡，针变为匀速运动。这时针的速度称为收尾速度，此速度可通过两磁铁经过传 感器的时间间隔T求得。图 18-6对于牛顿液体，在恒温条件下，求动力粘度的公式为:2 V:-213Lr31(In 邑-1)2CwLr R2E1)(18-1)式中：R!、容器内筒半径,R2；落针外半径。V厂针下落收尾速度,密度，；液体密度，J 液体粘度，gr

6、重力加速度，其中壁和针长的修正系数为:(18-3)(18-2)Cw =1 -2.04k2.09k3 -0.95k5LrWj在实际情况下，上面（18-1 ）式可简化，考虑到 V =-TL 两磁铁同名磁极的间距。T 两磁铁经过传感器的时间间隔。则（18-1）式可改写为2 2 2RiqR2t2R1R1 -R2(18-4)(18-5)J Cl -让)(1)(1 n-21 為2L3LrR2R2 + R；在变温条件下，还必须考虑液体密度随温度的改变°Lt。）值可用实验方法确定，大约为2=0.93 1O/C30 = ;?20oC = 963 kg/m ,t0 = 20 °C这样，将（18

7、-5）式代入（18-1 ）式，就可算得粘度。因为将计算n的程序已固化在 EPROM中，所以，利用单板机可将粘度 n计算并显示， 实现了智能化。【实验内容】测定粘滞系数与温度的曲线关系。【实验步骤】1.接通电源，按下控温按钮，设定温度，将温度控制器编码开关调到某一定温度，（一般高于室温5C）对待测液体水浴加热，到达设定温度后，红色指示灯熄灭进行保温，由于 热惯性，需要一段时间后，才能达到平衡，记录容器中酒精温度记的读数（液体温度）。2 用取针装置将针拉起悬挂在容器上端3按 复位”键，数显表显示 “ PH2”。4按“ 2键，“ H或 “ L；表示毫秒计进入记时待命状态.5将投针装置的磁铁拉起，让针

8、沿圆筒中心轴线下落，稍待片刻，数显表显示时间（单位：毫秒），按A键提示修改参数，第一次显示落针的有效密度 （2260kg/m 3），第二次显示蓖麻 油的有效密度（见表18-1），第三次按A键显示该设定温度下的液体粘度。记录液体粘度n表 18-1编码温度t （C）酒精温度记t （C）蓖麻油的有效密度PL3 （kg/m ）粘度系数P a Sa以上的温度以实验室要求为准。6 设定其它温度，继续加热液体，用取针装置将拉起悬挂在容器上端，测定该温度下液体的粘度。【数据处理】作粘度n和温度t （C）的关系曲线。【注意事项】1实验时，首先接通电源，按下控温按钮，将温度编码开关调到某一温度（例如高于室温5C），启动水泵对待测液体水浴加热，此时OUT灯亮。当待测液体的温度达到设定的温度后， OUT 灯灭，进行保温。由于热惯性，需待一段时间后方可进行实验。2落针过程中，针应保持竖直状态。若针头部偏向霍尔探头，数据偏大；若针尾部偏向霍尔探头，数据偏小。数字显示结果为时间（单位：毫秒）。按“A键，第一次显示落针的有效密度， 第二次显示蓖麻油的有效密度， 第三次显示该设定温度下的液体粘度。3用取针装置将拉起悬挂在容器上端后，应将取针装置上的磁铁旋转，离开容器，以 免