浙江大学过程工程原理实验报告——液体粘度的测定

实验报告

课程名称：过程工程原理实验（甲）指导老师：叶向群成绩：__________________ 实验名称：液体粘度的测定实验类型：同组学生姓名： 一、实验目的和内容

二、实验装置与流程示意图 三、实验的理论依据（实验原理）

四、实验步骤及注意事项

五、实验数据记录及处理

六、实验结果及分析

七、思考题

一、实验目的和内容

1、掌握旋转式黏度计测量液体粘度的基本原理。

2、学会使用旋转式黏度计测定液体粘度的方法。

二、实验装置与流程示意图

整个旋转式黏度计的装箱图主要包括电

机、刻度盘机构和从大到小排列的0~4号五个转子，电机有调速机构，可产生6、12、30、60转/分四种转速，刻度盘机构和测量方法见图1。测定过程中指针在刻度盘上指示的读数乘以系数表上的特定系数即为被测液体的粘度（以厘泊表示）。不同转子、不同转速对应的测量系数不同，其量程也不一样。本实验配备的转子黏度计系数表和量程表如表1和表2。

图1旋转式黏度计示意图

表1系数表

表2量程表

三、实验的理论依据（实验原理）

图2 旋转黏度计工作原理图

如图2.半径R 长L 的圆柱体转子浸没于盛有液体的圆筒形容器中心，并以角速度ω作

匀速转动。假设容器是半径为kR 的圆柱形，液体是牛顿流体，忽略端效应的影响，则再两圆柱形成的缝隙中，速度分布为：

//()

(

)1/kR r r kR u R k k

ω-=-

这时转子所受的扭矩M ：

2

2

2

r |2()4/(1)r R M RL R L R k k θπτπμω===-

一般容器比转子大得多，可认为k →∞，从而

2

4M L R

πμω=

式中 r ——半径，m; τr θ——剪应力，N/m 2;

μ——粘度，kg/(m ·s)。

转子选定后，M ∝μω，在一定的转速ω下，M 与被测液体的粘度μ成正比，藉此原理可

以测定液体的粘度。

当同步电机以恒定速度旋转时，连接的刻度圆盘、游丝和转轴将带动转子旋转。若转

子未受到任何液体阻力，则游丝、指针和刻度盘将同速转动，指针刻度盘读数为0；反之若转子受到液体的粘滞阻力，则游丝产生扭矩，与粘滞阻力达到平衡，这时与游丝连接的指针在刻度盘上指示出一定的读数。该读数表示游丝的扭转角，与扭矩相对应，乘以某一系数后即能得出液体的粘度值。

四、实验步骤及注意事项

（一）实验步骤

1. 准备被测液体（如硅油），置于直径不小于70㎜的烧杯或圆筒形容器中，控制被测液

体温度，并记录下来；

2. 旋松连接螺杆下端的黄色螺钉，取下黄色包装套圈；

3. 将选好的转子旋入连接螺杆，旋转升降旋钮，使仪器缓慢的下降，转子逐渐浸入容器

中心的被测液体中，直至转子液面标志和液面相平；

4. 调整仪器水平，然后按下指针控制杆，转动变速旋钮，使所需转速数向上，对转速度

指示点；

5.开启电机开关，使转子在液体中旋转，并放松指针控制杆，经过多次旋转（大约20—30

秒），待指针趋于稳定，按下指针控制杆，使读数固定，再关闭电机，使指针停在读数窗内，读取读数，若电机关闭后指针不在读数窗内，可继续按住控制杆，反复开启和关闭电机，使指针落在读数窗内；

6.重复测定3—5次，如数据波动不大，取平均值作为测定结果，否则重复步骤5、6；

7.当指针所指的数值过高或过低时，可变换转速和转子，务使读数在30—70格之间；

8.实验结束后应及时清洗转子，清洁后要妥善安放于转子架上，指针控制杆应用橡皮筋

圈住，连接螺杆上应套入黄色包装套圈，然后用螺钉拧紧。

（二）注意事项

1、被测液体温度需要控制；

2、将转子旋入连接螺杆时注意逆时针方向为旋入装上，顺时针为旋出卸下，以免损坏仪器；

3、旋转升降旋钮时，用手托住仪器，防止自重坠落；

4、在按下指针控制杆时，不能用力过猛，转速慢时也可不用控制杆，直接读数。

5、实验结束后应清洗转子，但不得在仪器上进行。

五、实验数据记录及处理

当时室温24.0℃，分别做四组转子的数据，得下表：

表3 实验数据记录表

选取数值在30-90的数据作为计算数据，得下表：

表4 3号转子数据处理表

六、实验结果及分析

实验测得的黏度为：μ平均=1256.8cP

由于无法查得硅油在该温度的标准粘度，故无法测得相对误差。

误差分析：

1、仪器自身存在的系统误差；

2、由于转速过大引起的读数误差；

3、转子浸没液体深度过高或者过低导致的误差；

4、转子的实际转速与显示转速有偏差；

5、转子表面没有清洁干净，残留杂质；

6、硅油使用过久，有杂质进入，改变了硅油的黏度。

七、思考题：

1、转子是否必须放在容器中心？容器的大小对测量结果有何影响？

答：必须放在容器中心。如果不在中间，会产生边界效应，使测量结果有误差。因为容器需足够大才能忽略容器的边界效应，若容器直径不够大，由于容器的边界效应使得转子所受扭矩增加，这样测得的液体粘度必然偏大。一般使用直径不小于70mm的烧杯，才能忽略容器的边界效应。

2、转子和转速的选择应遵循什么原则？

答：应使读数维持在30~90格之间。