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18-2 图18-3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60mm。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I(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SDA型多功能毫秒计用以计时和处理数据，硬件采用MCS51系列微处理芯片，配有并行接口，驱动电路，输入由44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5C，图中为33.0C），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。变温粘滞系数实验仪的面板结构见图18-5，背板结构如图18-6所示。【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： （18-1）式中：R容器内筒半径，R 2落针外半径。V针下落收尾速度，针的有效密度，液体密度，液体粘度，重力加速度，其中壁和针长的修正系数为： 其中 （18-2） （18-3）在实际情况下，上面（18-1）式可简化，考虑到L 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 （18-4）在变温条件下，还必须考虑液体密度随温度的改变 （18-5）值可用实验方法确定，大约为=kg/m3， 这样，将（18-5）式代入（18-1）式，就可算得粘度。因为将计算的程序已固化在EPROM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5）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“PH-2”。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)，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。表18-1编码温度t （）酒精温度记t（）蓖麻油的有效密度L( kg/m)粘度系数PS 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】作粘度和温度t（）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5），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，以免对针的下落造成影响。4将针拉起并悬挂后，由于液体受到扰动，处于不稳定状态，应稍待片刻再将针投下，进行测量。5取针和投针时均需小心操作，以免把仪器弄倒。6水浴加热液体前，应先检查水位管的水位是否达到管的二分之一。若达不到，用漏斗往水箱内注水，使水位在水位管的二分之一。