落针法测定液体的粘滞系数(共8页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上 用落针法测定液体的粘滞系数实验粘滞系数是反映流体理化特性的一个重要参数。它与液体的性质和温度有关。石油在管道中的传输，机械工业润滑油的选择，物体在液体中的运动都与液体的粘滞系数有关。落针法测定液体粘滞系数，使用中空长圆柱（针）在待测液体中垂直下落，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，通过测量针的终极速度，确定粘度，并将其显示出来。巧妙的取针装置和投针装置，使测量过程十分简便，并且自动计算显示结果。该法可测量不透明液体的粘度和液体密度。实验目的1、学会用落针法测量液体的粘滞系数。2、学习用霍尔传感器与单板机记录针的下落时间。实验仪器一落针式粘滞

2、系数实验仪、游标卡尺、钢直尺、物理天平、气泡水准器、密度计等。实验原理各种实际液体具有不同程度的粘滞性。当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力。它的方向平行于接触面，其大小与速度梯度及接触面积成比。比例系数 称为粘滞系数（粘度）。本实验采用中空长圆柱体（针）在待测液体中垂直下落，通过测量针的收尾速度确定粘度。当针在待测液体中沿容器中轴垂直下落时，经过一段时间，针所受重力与粘滞阻力以及针上下端面压力差达到平衡，针变为匀速运动，这时针的速度称为收尾速度，此速度可通过测量针内两磁铁经过传感器的时间间隔 T 求得。在恒温条

3、件下，求粘度 的公式为：专心-专注-专业 =×gR22(sL)×1+23Lr× (InR11)（1）2×V1 +32CwLr× (InR1R21)R2式中，R1-容器内筒半径，R2-落针外半径，V -针下落收尾速度，g-重力加速度， s -针的有效密度， L-液体密度， -液体粘度，其中Cw和Lr为壁和针长的修正系数Cw = 1 2.04k +其中 k =2.09k3R2R10.95k5Lr = (L 2R1)2R2（2）在实际情况下，上面（1）式可作简化，并考虑到 V =LTL-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（1）式

4、可改写为：222 =gRT2RRR22L(s L)(1 +3l)(In1R12+22)（4）r2RR这样，可计算粘度 。12因为将计算 的程序已固化在单板机中，所以，利用单板机可将粘度 计算并显示，实现了智能化。实验装置仪器由本体、落针、霍尔传感器和单板机计时器四部分组成。本体结构如图 1 所示。用透明玻璃管制成的圆筒容器，筒内盛放待测液体（如蓖麻油），筒竖直固定在水平机座上，机座底部有调水平的螺丝，用一水准泡指示底座的水平。底座上竖立的支架中部装有霍尔传感器及温度计和取针器。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

5、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。针如图 2 所示，它是有机玻璃制成的内置铅条的细长圆柱体，其外半径为R2，平均密度为 s ，在针的内部两端装有永久磁铁，异名磁极相对，两同名磁极间的距离为L。霍尔传感器，做成圆柱体，固定在仪器本体上。输出信号接到单板机计时器上。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 LED（发光二极管）指示。以单板机为基础多功能毫秒计用以计时和处理数据。该计时器完成两次脉冲之间的计时，接受参数输入，并将结果计算和显示出来。实验步骤1、用游标卡尺测量针的直径 2 R2，用钢

6、直尺测量针的两同名磁极间的距离L，每个量在不同部位测 5 次；用物理天平称出针的质量m,称 5 次。2、用密度计测量液体的密度 L（或由实验室给出）3、取下圆筒上端的盖子，用游标卡尺测量圆筒内径 2 R1，在不同部位测 5 次（或由实验室给出）。将针放入液体中，然后盖上盖子，从温度计上读出实验时的温度。4、接通电源，此时单板机计时器应显示“PH-2”，否则应按“复位”健。利用取针器将针悬挂在圆筒上端的磁铁上。然后将取针器送至底座转向放置，以避免取针器上的磁铁对落针产生影响。按“2”键显示“H”表示毫秒计进入计时待命状态。5、稍微转动盖子，将针调到圆筒中轴线上，待液体稳定后，拉起投针装置的磁铁，

7、让针落下，这时霍尔传感器被触发，计时器工作，等候约 16 秒，数显表显示针下落距离 I 的时间 t（单位：毫秒）。6、继续操作单板机，第一次按A键显示预先设置的落针的有效密度 s （2260kg/m3），第二次按A键显示蓖麻油的有效密度 L（950kg/m3），以上两数值均可修改，第三次按A键显示该设定温度下的液体粘度 。7、用取针装置将针拉起，重复测量 35 次测量 t 和 ，每次应先按“复位”健，在显示“PH-2”后，再重复 4、5、6 各步骤。规格和主要技术参数:内筒内半径R1=18.5mm3针外半径R2= 3.5mm3蓖麻油密度L(20°C时) = 950 kgm有效密度s

8、= 2260 kgm针质量 m = 16.0× 103kg数据表格及数据处理1数据记录表格被测量针同名磁极针外径针内同名磁极间距 L = 170mm管内径针质量下落时间测量次数12345平均值 =间距L(mm)2R21=2R1m(g)g =t(s)2由表格的数据及其他有关数据代入式（4），计算出流体的粘滞系数 。3将由式（4）计算的 值与单板机显示的 值比较,计算误差。思考与讨论1 本实验方法能否测定水的粘滞系数？2 在式（4）中，若修正因子 C 引起的误差忽略不计，g 作为常量，试推导估算 的相对误差公式，并指出产生误差的主要因素是什么？如何减少误差？3 若有两个密度不同的针，试说明如何利用本实验装置测量液体的密度？并推导测量公式。 注意事项1、让针沿圆筒中心轴线下落。2、落针过程中，针应保持竖直状态，若针头部偏向霍尔控头，数据偏大；若针尾部偏向霍尔探头，数据偏小。3、用取针装置将针拉起悬挂在容器上端后，由于液体爱到扰动，处于不稳定状态，应稍待片刻