蓖麻油粘滞系数与温度关系实验的研究实验十八 液体变温粘滞系数.docx
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蓖麻油粘滞系数与温度关系实验的研究实验十八液体变温粘滞系数
蓖麻油粘滞系数与温度关系实验的研究--实验十八液体变温粘滞系数
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,配有并行接口,驱动电路,输入由4×4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5ºC,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18-5
5.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,R2
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η的程序已固化在EPROM中,所以,利用单板机可将粘度η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η。
表18-1
编码温度t(℃)
酒精温度记t(℃)
蓖麻油的有效密度ρL
(kg/m
)
粘度系数P
S
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η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。
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