蓖麻油粘滯系數(shù)與溫度關(guān)系實(shí)驗(yàn)的研究--實(shí)驗(yàn)十八 液體變溫粘滯系數(shù).doc

實(shí)驗(yàn)十八 液體變溫粘滯系數(shù)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?學(xué)會(huì)使用變溫粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀。2通過(guò)測(cè)量收尾速度確定粘滯系數(shù)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】一體化PH-IV型變溫粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀?！緝x器介紹】變溫式落針粘度計(jì)（如圖18-1所示）采用霍爾傳感器和多功能毫秒計(jì)(單板機(jī)計(jì)時(shí)器)測(cè)量落針的速度，并將粘度顯示出來(lái)，對(duì)待測(cè)液體水浴加熱，通過(guò)控溫裝置，達(dá)到預(yù)定的溫度。儀器由本體、落針、霍爾傳感器、控溫計(jì)時(shí)系統(tǒng)等組成。圖18-1 變溫式落針粘度計(jì)1粘度計(jì)本體 圖18-2 圖18-3本體結(jié)構(gòu)如圖18-2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針針如圖18-3所示，它是有機(jī)玻璃制成的空細(xì)長(zhǎng)圓柱體，總長(zhǎng)為(約185mm)，其外半徑為R2，直徑為d，約5.7mm，有效密度為,它的下端為半球形，上端為端圓臺(tái)狀，便于拉桿相吸。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，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、航空插頭接到單板機(jī)計(jì)時(shí)器上。其電路方框圖如圖18-4所示。傳感器由5V直流電源供電，外殼用非磁性金屬材料(銅)封裝，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LCD(發(fā)光二極管)指示。4單板機(jī)計(jì)時(shí)器以單板機(jī)為基礎(chǔ)的SDA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MCS51系列微處理芯片，配有并行接口，驅(qū)動(dòng)電路，輸入由44鍵盤實(shí)現(xiàn)。顯示為6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)器完成兩次脈脈沖之間的計(jì)時(shí)，接受參數(shù)輸入，并將結(jié)果計(jì)算和顯示出來(lái)。它由220V交流電供電，經(jīng)整流穩(wěn)壓變?yōu)?V直流電圖18-4圖中3個(gè)LED數(shù)碼管顯示油的溫度。將溫度編碼開(kāi)關(guān)調(diào)到某一溫度（例如高于室溫5C，圖中為33.0C），啟動(dòng)水泵對(duì)待測(cè)液體水浴加熱，此時(shí)OUT燈亮。當(dāng)待測(cè)液體的溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，OUT燈滅，需待一段時(shí)間后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖18-55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。待側(cè)液體的溫度則用置于其中的酒精溫度計(jì)測(cè)量。變溫粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)儀的面板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖18-5，背板結(jié)構(gòu)如圖18-6所示?！緦?shí)驗(yàn)原理】當(dāng)針在待測(cè)液體中沿容器中垂線下落時(shí)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，針?biāo)艿闹亓?；浮力和粘滯力達(dá)到平衡，針變?yōu)閯蛩龠\(yùn)動(dòng)。這時(shí)針的速度稱為收尾速度，此速度可通過(guò)兩磁鐵經(jīng)過(guò)傳感器的時(shí)間間隔T求得。圖18-6對(duì)于牛頓液體，在恒溫條件下，求動(dòng)力粘度的公式為： （18-1）式中：R容器內(nèi)筒半徑，R 2落針外半徑。V針下落收尾速度，針的有效密度，液體密度，液體粘度，重力加速度，其中壁和針長(zhǎng)的修正系數(shù)為： 其中 （18-2） （18-3）在實(shí)際情況下，上面（18-1）式可簡(jiǎn)化，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（18-1）式可改寫(xiě)為 （18-4）在變溫條件下，還必須考慮液體密度隨溫度的改變 （18-5）值可用實(shí)驗(yàn)方法確定，大約為=kg/m3， 這樣，將（18-5）式代入（18-1）式，就可算得粘度。因?yàn)閷⒂?jì)算的程序已固化在EPROM中，所以，利用單板機(jī)可將粘度計(jì)算并顯示，實(shí)現(xiàn)了智能化?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】測(cè)定粘滯系數(shù)與溫度的曲線關(guān)系。【實(shí)驗(yàn)步驟】1接通電源，按下控溫按鈕，設(shè)定溫度，將溫度控制器編碼開(kāi)關(guān)調(diào)到某一定溫度，（一般高于室溫5）對(duì)待測(cè)液體水浴加熱，到達(dá)設(shè)定溫度后，紅色指示燈熄滅進(jìn)行保溫，由于熱慣性，需要一段時(shí)間后，才能達(dá)到平衡，記錄容器中酒精溫度記的讀數(shù)（液體溫度）。2用取針裝置將針拉起懸掛在容器上端3按“復(fù)位”鍵，數(shù)顯表顯示“PH-2”。4按“2”鍵，“H”或“L”，表示毫秒計(jì)進(jìn)入記時(shí)待命狀態(tài).5將投針裝置的磁鐵拉起，讓針沿圓筒中心軸線下落，稍待片刻，數(shù)顯表顯示時(shí)間(單位：毫秒),按A鍵提示修改參數(shù),第一次顯示落針的有效密度(2260kg/m)，第二次顯示蓖麻油的有效密度(見(jiàn)表18-1)，第三次按A鍵顯示該設(shè)定溫度下的液體粘度。記錄液體粘度。表18-1編碼溫度t （）酒精溫度記t（）蓖麻油的有效密度L( kg/m)粘度系數(shù)PS 以上的溫度以實(shí)驗(yàn)室要求為準(zhǔn)。6設(shè)定其它溫度,繼續(xù)加熱液體, 用取針裝置將拉起懸掛在容器上端，測(cè)定該溫度下液體的粘度?！緮?shù)據(jù)處理】作粘度和溫度t（）的關(guān)系曲線?！咀⒁馐马?xiàng)】1實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先接通電源，按下控溫按鈕，將溫度編碼開(kāi)關(guān)調(diào)到某一溫度（例如高于室溫5），啟動(dòng)水泵對(duì)待測(cè)液體水浴加熱，此時(shí)OUT燈亮。當(dāng)待測(cè)液體的溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，OUT燈滅，進(jìn)行保溫。由于熱慣性，需待一段時(shí)間后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2落針過(guò)程中，針應(yīng)保持豎直狀態(tài)。若針頭部偏向霍爾探頭，數(shù)據(jù)偏大；若針尾部偏向霍爾探頭，數(shù)據(jù)偏小。數(shù)字顯示結(jié)果為時(shí)間(單位：毫秒)。按“A”鍵，第一次顯示落針的有效密度，第二次顯示蓖麻油的有效密度，第三次顯示該設(shè)定溫度下的液體粘度。3用取針裝置將拉起懸掛在容器上端后，應(yīng)將取針裝置上的磁鐵旋轉(zhuǎn)，離開(kāi)容器，以免對(duì)針的下落