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落球法液體粘滯系數(shù)測定儀

FD-VM-II型 落球法液體粘滯系數(shù)測定儀

一、概述

液體粘滯系數(shù)又稱液體粘度機構，是液體的重要性質(zhì)之一的特性，在工程、生產(chǎn)技術(shù)及醫(yī)學(xué)方面有著重要的應(yīng)用基礎。采用落球法測量液體粘滯系數(shù)提供堅實支撐，物理現(xiàn)象明顯，概念清晰高產，實驗操作和訓(xùn)練內(nèi)容較多取得明顯成效，非常適合大學(xué)一、二年級實驗教學(xué)數據；但以往此方法由于受手工按秒表創新的技術、視差及小球下落偏離中心等因素影響廣泛關註，測量下落速度準確度不高相對較高。由復(fù)旦大學(xué)物理實驗教學(xué)中心與本公司聯(lián)合研制的FD-VM-Ⅱ型落球法液體粘滯系數(shù)測定儀具有以下優(yōu)點：

1．用激光光電傳感器結(jié)合單片機計時行業分類，克服人工秒表計時的視差和反應(yīng)誤差綜合措施，測量小球下落速度的準確度高適應性，引導(dǎo)學(xué)生掌握一種新型計時估算、測速流動性、計數(shù)的方法全面闡釋。

2．設(shè)計底盤水平和立桿垂直調(diào)節(jié)裝置及橫梁中心小球下落引導(dǎo)管激發創作，保證小球從量筒中心下落前景。

3．兩個嚴格平行的激光束，不僅可以測量下落時間提升，而且可以測量下落距離大大提高。用手工計時的必然要求，激光照明測距，可消除視差取得了一定進展，便于兩種計時方法的比較和誤差分析完善好。

本儀器既保留原實驗裝置的操作和實驗內(nèi)容，又增加了激光光電計時器的原理及使用方法積極參與，擴大了知識面問題分析，提高了測量度，體現(xiàn)了實驗教學(xué)的現(xiàn)代化交流研討。 本儀器可用于高等院校更加完善、中專的基礎(chǔ)物理實驗和設(shè)計研究性實驗、演示實驗建設應用。

二支撐作用、儀器簡介

落球法液體粘滯系數(shù)測定儀實驗裝置如下圖所示：

 圖1 落球法液體粘滯系數(shù)測定儀實驗裝置

三、技術(shù)指標

1.激光光電開關(guān)在立柱上沿柱移動的距離標尺量程：   40cm    分度值 1mm

2.激光光電計時器量程                             99.99s  分辨率0.01s

3.盛待測液體量筒規(guī)格                             1000mL  高度40cm

4.直徑2mm小鋼珠在液體中下落測量速度的誤差       小于1%

5.液體粘滯系數(shù)測量誤差                           小于3%

6.計時器工作電源                                 AC 220±20V

四動力、實驗項目

1．學(xué)習(xí)用激光光電傳感器測量時間和物體運動速度的實驗方法

2．用斯托克斯公式采用落球法測量油的粘滯系數(shù)（粘度）

3．觀測落球法測量液體粘滯系數(shù)的實驗條件是否滿足同時，必要時進行修正。

五效高性、注意事項

1．主機的使用方法

1）打開電源開關(guān)模式，按儀器面板上的復(fù)位鍵，使顯示器顯示初始狀態(tài)：“Fd ----”互動互補。

2）儀器從激光接收器的*次觸發(fā)（有指示燈和顯示器顯示）開始計時（顯示器從0開始）發揮重要帶動作用，到激光接收器第二次觸發(fā)停止計時，此時間就為小球下降L距離所花費的時間意料之外。

2．小鋼珠直徑可用讀數(shù)顯微鏡讀出文化價值，也可以用千分尺測量，但千分尺必須正確使用系統，防止將鋼珠（直徑1mm）壓扁非常重要，而引起誤差。

3．測量液體溫度時空間廣闊，須用度較高的溫度計營造一處，若使用水銀溫度計，則必須定時校準知識和技能。

4．實驗時取得顯著成效，可用手控秒表與激光開關(guān)同時計數(shù)，以增加實驗內(nèi)容實現，增強動手能力及誤差分析的訓(xùn)練不容忽視。

5．激光束不能直射人的眼睛，以免損傷眼睛服務體系。

落球法測量液體粘滯系數(shù)

（本實驗講義由復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)物理實驗中心協(xié)助提供）

各種實際液體具有不同程度的粘滯性說服力，當(dāng)液體流動時搶抓機遇，平行于流動方向的各層流體速度都不相同，即存在著相對滑動表示，于是在各層之間就有摩擦力產(chǎn)生全面闡釋，這一摩擦力稱為粘滯力，它的方向平行于接觸面競爭力所在，其大小與速度梯度及接觸面積成正比引人註目，比例系數(shù)η稱為粘度，它是表征液體粘滯性強弱的重要參數(shù)溝通機製。

液體的粘滯性的測量是非常重要的好宣講，例如，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn)領先水平，許多心血管疾病都與血液粘度的變化有關(guān)，血液粘度的增大會使流入人體器官和組織的血流量減少，血液流速減緩橋梁作用，使人體處于供血和供氧不足的狀態(tài)新品技，這可能引起多種心腦血管疾病和其他許多身體不適癥狀。因此求得平衡，測量血粘度的大小是檢查人體血液健康的重要標志之一。又如空間廣闊，石油在封閉管道中長距離輸送時至關重要，其輸運特性與粘滯性密切相關(guān)，因而在設(shè)計管道前服務品質，必須測量被輸石油的粘度的發生。

測量液體粘度有多種方法，本實驗所采用的落球法是一種法測量液體的粘度影響。如果一小球在粘滯液體中鉛直下落新的動力，由于附著于球面的液層與周圍其他液層之間存在著相對運動，因此小球受到粘滯阻力發展契機，它的大小與小球下落的速度有關(guān)廣泛關註。當(dāng)小球作勻速運動時，測出小球下落的速度發力，就可以計算出液體的粘度優勢領先。

【實驗?zāi)康摹?/strong>

1. 學(xué)習(xí)用激光光電傳感器測量時間和物體運動速度的實驗方法
2. 用斯托克斯公式采用落球法測量油的粘滯系數(shù)（粘度）
3. 觀測落球法測量液體粘滯系數(shù)的實驗條件是否滿足，必要時進行修正共創美好。

【實驗原理】

1．當(dāng)金屬小球在粘性液體中下落時推動並實現，它受到三個鉛直方向的力：小球的重力mg（m為小球質(zhì)量）、液體作用于小球的浮力（是小球體積覆蓋範圍，是液體密度）和粘滯阻力（其方向與小球運動方向相反）優化程度。如果液體無限深廣積極性，在小球下落速度較小情況下，有

                               （1）

上式稱為斯托克斯公式不斷豐富，其中是小球的半徑約定管轄；稱為液體的粘度，其單位是創新的技術。

小球開始下落時發揮，由于速度尚小，所以阻力也不大快速增長；但隨著下落速度的增大開放以來，阻力也隨之增大。zui后高質量，三個力達到平衡綜合運用，即

于是，小球作勻速直線運動的方法，由上式可得：

令小球的直徑為實事求是，并用，落到實處，代入上式得

                              （2）

其中為小球材料的密度服務水平，為小球勻速下落的距離，為小球下落距離所用的時間技術創新。

2．實驗時處理方法，待測液體必須盛于容器中（如圖2所示），故不能滿足無限深廣的條件持續向好，實驗證明習慣，若小球沿筒的中心軸線下降，式（2）須做如下改動方能符合實際情況：

                   （3）

其中為容器內(nèi)徑進展情況，為液柱高度的積極性。

3．實驗時小球下落速度若較大，例如氣溫及油溫較高至關重要，鋼珠從油中下落時不久前，可能出現(xiàn)湍流情況,使公式（1）不再成立, 此時要作另一個修正（詳見附錄1）。

【實驗裝置】

實驗裝置主要有：落球法粘滯系數(shù)測定儀（參見圖3）背景下、小鋼球綜合措施、*、米尺自然條件、千分尺設計標準、游標卡尺、液體密度計互動互補、電子分析天平發揮重要帶動作用、激光光電計時儀意向、溫度計和比重瓶等。（若實驗室給出鋼球材料密度文化價值，可不*電子分析天平）

【實驗內(nèi)容】

1．調(diào)整粘滯系數(shù)測定儀及實驗準備

1）調(diào)整底盤水平形式，在儀器橫梁中間部位放重錘部件，調(diào)節(jié)底盤旋紐不斷完善，使重錘對準底盤的中心圓點數字化。

2）將實驗架上的上、下兩個激光器接通電源著力提升，可看見其發(fā)出紅光深刻內涵。調(diào)節(jié)上、下兩個激光器融合，使其紅色激光束平行地對準錘線深入闡釋。

3）收回重錘部件，將盛有被測液體的量筒放置到實驗架底盤*完成的事情，并在實驗中保持位置不變物聯與互聯。

4）在實驗架上放上鋼球?qū)Ч堋Ｐ∏蛴酶脑鞂用?、酒精混合液清洗干凈供給，并用濾紙吸干殘液，備用新體系。

5）將小球放入銅質(zhì)球?qū)Ч芡度肓Χ?，看其是否能阻擋光線，若不能不難發現，則適當(dāng)調(diào)整激光器位置。

2．用溫度計測量油溫設備製造，在全部小球下落完后再測量一次油溫發展需要，取平均值作為實際油溫。

3．用電子分析天平測量10—20顆小鋼球的質(zhì)量管理，用比重瓶法測其體積顯示，計算小鋼球的密度。用液體密度計測量*的密度效率和安。用游標卡尺測量筒的內(nèi)徑設計能力，用鋼尺測量油柱深度。

4．用秒表測量下落小球的勻速運動速度

1）測量上深入開展、下二個激光束之間的距離更為一致。

2）用千分尺測量小球直徑，將小球放入導(dǎo)管技術的開發，當(dāng)小球落下研究與應用，阻擋上面的紅色激光束時飛躍，光線受阻，此時用秒表開始計時全面協議，到小球下落到阻擋下面的紅色激光束時重要部署，計時停止，讀出下落時間越來越重要，重復(fù)測量6次以上線上線下。zui后計算*的粘度。

5．用激光光電門（關(guān)于光電門醒悟，請參閱產(chǎn)品說明書）與電子計時儀器代替電子秒表數據顯示，測量液體的粘度（注意：激光束必須通過玻璃圓筒中心軸），將測量結(jié)果與*值進行比較能運用。

【實驗數(shù)據(jù)】（注：以下數(shù)據(jù)不作為儀器驗收標準達到，僅供實驗時參考）

待測液體是*。

用激光光電傳感器測量全程和半程時間不可缺少。

油溫=15.90℃蓬勃發展；小球密度=7.9010Kg/m,油的密度=0.96010Kg/m

量筒直徑=6.72cm；全程距離=20.12cm積極回應；近似半程距離=10.70cm重要性。

表1  小球下落平均速度數(shù)據(jù)

由表1中和的對比可知，兩者差距很小多種場景，因此多元化服務體系，可以認為小球整個下落過程中為勻速運動。

考慮到實驗并不是在無限深廣的情況下進行擴大公共數據，須對測量結(jié)果進行修正深度，即速度應(yīng)修正為：  

本實驗中的=53.40cm，將,,帶入公式（3）核心技術體系，計算得=1.33 開拓創新，兩者相差2.8%,此結(jié)果已達到實驗準確度要求。

說明：由于液體粘滯與溫度關(guān)系密切必然趨勢，所以溫度必須測準促進善治，否則測量結(jié)果與*值查出結(jié)果含有一定差別，而=15.90℃時多樣性，查表3 -圖發揮效力，得_*值=1.37

【思考題】

1．如何判斷小球在作勻速運動？

2．如果遇到待測液體的值較小明顯，而鋼珠直徑較大安全鏈，這時為何須用（5）式計算？

3．用激光光電開關(guān)測量小球下落時間的方法測量液體粘滯系數(shù)有何優(yōu)點？

【參考文獻】

1．沈元華處理方法、陸申龍製造業，基礎(chǔ)物理實驗.     北京：高等教育出版社，2003關規定，12

2．賈玉潤等, 大學(xué)物理實驗.  上海：復(fù)旦大學(xué)出版社發展基礎，1988，1：142～146

3．賈起民建強保護、鄭永令同期、方小敏， 力學(xué).第二版. 北京：高等教育出版社使命責任，2002

【附錄一】

為了判斷是否出現(xiàn)湍流效果，可利用流體力學(xué)中一個重要參數(shù)雷諾數(shù)來判斷。當(dāng)不很小時合規意識，式（1）應(yīng)予修正密度增加，但在實際應(yīng)用落球法時，小球的運動不會處于高雷諾數(shù)狀態(tài)創新內容，一般值小于10機遇與挑戰，故粘滯阻力F可近似用下式表示：

                            （4）

式中表示考慮到此種修正后的粘度。因此善於監督，在各力平衡時集成技術，并顧及液體邊界影響，可得

=

式中即為式（3）求得的值更合理，上式又可寫為

                                   （5）

式中適應能力。式（5）的實際算法如下：先將式（3）算出的值作為方括弧中第二、三項的代入各方面，于是求出答案為防控；再將代入上述第二、三項中適應性，求得深刻內涵；……，因為此兩項為修正項融合，所以用這種方法逐步逼近可得到zui后結(jié)果（如果使用具有貯存代數(shù)公式功能的計算器，很快可得到答案）相關性。一般在測得數(shù)據(jù)后完成的事情，可先算出A和，然后根據(jù)的大小來分析穩定。如在0.5%以下（即Re很袇f同控製。筒辉偾螅蝗缭?.5%--10%,可以只作一級修正利用好，即不考慮項深入各系統；而在10%以上，則應(yīng)完整地計算式（5）系列。

【附錄二】

表2  *的動力粘度

注：1. 1P（Poise）=1（）/cm²=0.1

    2. 實際使用上表時作用，請各實驗中心將上表數(shù)據(jù)作圖，畫出光滑曲線η-θ圖慢體驗，以備學(xué)生實驗時查閱著力增加。

*粘度與溫度關(guān)系如圖4所示。

（20090825修訂）