基于快速高精度恒温控制及自动检测的粘度系数测量仪

2019年辽宁省普通高等学校本科大学生物理实验竞赛

项目说明书

参赛学校大连交通大学

参赛题目基于快速高精恒温控制及

自动检测的粘度系数测量仪指导教师

组队成员

辽宁省普通高等学校本科大学生物理实验竞赛组委会制

2019年4月

参赛题目基于快速高精度恒温控制及自动检测的粘度系数测量仪

一、设计原理与方法：

液体粘度系数是液体的重要性质之一，它反映了液体流动特性。而液体粘度系数的

性质、温度和流量的准确测量，在工程上具有广泛的实用价值。如机械润滑、管道输送

油、油漆、卫生、医药等，都需要确定粘度系数。

测量液体粘度系数的方法有很多，其中落球法(也称为Stokes法)是最基本的一种，

它可以用来测量较大的蛋白或半蛋白液体的粘度，如芝麻油、变压器油、甘油等，其中

甘油是最常见的一类。

一个在液体中运动的物体会受到一个与其速度反方向的摩擦力，这个力的大小与物体的几何形状、物体的速度以及液体的内摩擦力有关．液体的内摩擦力可用粘滞系数来表征．对于一个在无限扩展液体中以速度v运动的半径为r的球形物体，斯托克斯（G.G.Stokes）推导出该球形物体受到的摩擦力即粘滞力为

当一个球形物体在液体中垂直下落时，它要受到三种力的作用，即向上的粘滞力

F1、向上的液体浮力F2和向下的重力F3．球体受到液体的浮力可表示为

上式中ρ1为液体的密度，g为重力加速度．球体受到的重力为

式中ρ2为球体的密度．当球体运动某一时间后，上述三种力将达到平衡，即

此时，球体将以匀速v运动(v也称为终端速度)。因此，通过测量球体的下落速度

v可以确定液体的粘度系数:

这里，我们可以从球下落到一定距离s的时间t得到，所以粘度为

在实际测量中，液体不会无限扩展，容器的边界效应会对球体上的粘性力产生影响。因此公式(1)需要考虑这些因素进行必要的修正。对于球体落在无限长、半径为R的圆柱液体轴上，修正后的粘滞力为

这样公式(6)变为

由于甘油难以均匀加热的问题导致了甘油粘度系数实验仪器有着加热缓慢、受热不