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测量液体黏度实验报告
液体黏度的测量物理学系一、 引言黏滞性是指液体、气体和等离子体内部阻碍其相对流动的一种特性。如果在流动的 流体中平行于流动方向将流体分成流速不同的各层， 则在任何相邻两层的接触面上就有 与面平行而与相对流动方向相反的阻力或曳力存在。液体的黏度在医学、生产、生活实 践中都有非常重要的意义。例如，许多心血管疾病都与血液的黏度有关；石油在封闭的 管道中输送时，其输运特性与黏滞性密切相关。本实验旨在学会使用毛细管和落球法测 定液体黏度的原理并了解分别适用范围， 掌握温度计、 密度计、 电子秒表、 螺旋测微器、 游标卡尺的使用，并学会进行两种测量方法的误差分析。二、 实验原理（一） 落球法 当金属小圆球在黏性液体中下落时，它受到 3 个力，重力 mg、浮力 和粘滞 阻力。如果液体无限深广，在下落速度 v 较小下，粘滞阻力 F 有斯托克斯公式 F=6π (1)r 是小球的半径；称为液体的黏度，其单位是 Pa?s.小球刚进入时重力大于浮力和 粘滞阻力之和，运动一段时间后，速度增大，达到三个力平衡，即 mg= +6π 于是小球作匀速直线运动，由(2)式，并用 m ? (2)?l d d 3 ? ?, v ? , r ? 代入上式，并因为 6 t 2待测液体不能满足无限深广的条件，为满足实际条件而进行修正得??（? ?-?） g 2 d t 1 d d 18l (1 ? 2.4 )(1 ? 1.6 ) D H(3)其中 ? ? 为小球材料的密度，d 为小球直径，l 为小球匀速下落的距离，t 为小球下落 l 距离所用的时间，D 为容器内径，H 为液柱高度。 （二） 毛细管法 若细圆管半径为 r，长度为 L，细管两端的压强差为 ? P ，液体黏度为? ，则其 流量 Q 可以由泊肃叶定律表示：?r 4 ?P Q? 8?L由泊肃叶定律，再加上当毛细管沿竖直位置放置时， 应考虑液体本身的重力作用。因此，可以写出V?(4)?r 4 (?P ? ?gL) ?t 8?L（5）本实验所用的毛细管黏度计如图 1 所示，实验时将一 定量的液体注入右管，用吸球将液体吸至左管。保持黏度 计竖直，然后让液体经毛细管流回右管。设左管液面在 C 处时，右管中液面在 D 处，两液面高度差为 H，CA 间高度 差为 h1，BD 间高度差为 h2。因为液面在 CA 及 BD 两部分中 下降及上升的极其缓慢（管泡半径远大于毛细管半径） ，液图 1 毛细管黏度计体内摩檫损耗极小，故可近似作为理想液体，且流速近似为零。设毛细管内液体的流速 为 v，由伯努利方程可推得V??r 4 ?gH ?t 8?L（6）由于实际情况下不易测量，本实验采用比较测量法，即使用同一支毛细管黏度计， 测两种不同液体流过毛细管的时间。测量时取相同的体积密度分别为 ?1 和 ?2 的两种液 体，分别测出两种液体的液面从 C 降到 A（体积为 V）所需的时间 t1 和 t2，由于 r、V、 L 都是定值，因此可得下式? V ? 1 t1 ?1（7）中的两式相比可得和? V ? 2 t2 ?2（7）? 2 ? ?1? 2t 2 ?1t1（8）式中?1 和?2 分别为两种不同液体的黏度，若已知 ?1 、 ?1 和 ?2 ，只要测出 t1 和 t2 就可求 出第二种液体的黏度。这种方法就叫做比较测量法。三、 实验装置及过程（一）实验装置1. 落球法：落球法黏度测量仪 1 套（包括铁架台，盛有蓖麻油的长试管和铅垂 线） ；千分尺、游标卡尺各 1 把，电子秒表 1 只（型号 12003-1A） ，玻璃皿 1 个；1m 钢尺，盛有蓖麻油的量筒 1 个（内悬温度计、密度计各 1 根） 。 2. 毛细管法：奥氏黏度计；分析纯无水乙醇、蒸馏水；密度计、温度计、秒表； 烧杯、移液管、洗耳球； （二）实验过程 落球法：调节玻璃圆筒铅直。调整标志线位置，用钢尺测量并记录位置，此实 验中选了三条。投下第 1 颗小钢珠前记录室温，测完最后 1 颗小钢珠的下落时间后 再记录油温 ， 两者求平均 ； 分别测量 5 颗小钢珠的直径和匀速运动部分的下落时间。 毛细管法： 用移液管将 5.00ml 的蒸馏水注入黏度计右管中，然后将蒸馏水吸至 左管且使液面高于 C 刻痕以上。记下液面自 C 降到 A 所用时间 t1，并重复五次取 t1 的平均值；将水倒出并用酒精洗涤黏度计，用移液管将 5.00ml 的酒精注入黏度计右 管中，重复上述步骤，测出酒精液面自 C 降到 A 所用的时间 t2，重复测 5 次；实验 过程中要观察温度的变化和记录温度 T。用密度计测量水的密度，并分别从附表中 查得酒精的密度和水的黏度。四、 实验结果及分析（一）落球法：千分尺零点：-0.039mm，游标卡尺零点 0.00cm，T1=26.5℃，A 点高 度 50.00cm，B 点高度 40.00cm，C 点高度 10.00cm 1. 预实验表 1：小球直径 0.979mm 时经过 ABC 三点的时刻位置/cm 时刻/分秒 时间 t/sA 0分0秒 0B 0 分 22 秒 96 22.96C 1 分 31 秒 85 91.85表 2：小球直径 1.481mm 时经过 ABC 三点的时刻位置/cm 时刻/分秒 时间 t/sA 0分0秒 0B 0 分 9 秒 30 9.30C 0 分 37 秒 41 37.41表 3：小球直径 0.982mm 时经过 ABC 三点的时刻位置/cmABC时刻/分秒 时间 t/s0分0秒 00 分 22 秒 95 22.951 分 31 秒 06 91.06分析： （1）第一组时观察小球下落发现并没完全调整铅直，于是进行调整， 由第一组和第三组数据可以看出，第三组是调整后的，时间比第一组小，符合 推理。 （2）选择小球大小：由实验原理中的公式，得到匀速运动时的速度 v 的 表达式为 v ?( ? ? ? ? ) gV 2( ? ? ? ? ) gr 2 1 ，则 v ? r 2 ，即 t ? 2 。由第二第三组可 ? r 6?? r 9?以看出， 直径越大下落越快， 实验观察符合推理。 则为了减小时间的相对误差， 一方面将 l 取值大些， 取为 30.00cm。 另一方面， 选择使 t 长一些， 即 v 小一些， 那么就要选相对小的球。 于是在接下来均选择直径在 1.01 到 1.02mm 的小球进 行试验。 2. T2=25.2 ℃ ，? ?=（7.90 ? 0.01） *103kg / m3 ， ? =0.9585g / cm3 ，g ? ?9.794 ? 0.001? m / s2 ，油柱高度 H=56.39cm表 4：各小球直径及在 BC 段运动时间记录表序号 1 2 3 4 5 平均直径记录/mm 0.989 0.975 0.969 0.974 0.979 0.977直径真实值/mm 1.028 1.014 1.008 1.013 1.018 1.016tB/分秒0?22??36 0?22??71tC/分秒1? 29??13 1? 30??19t /s66.77 68.02 68.39 67.13 67.66 67.590?10??08 0?22??34 0?22??361? 18??47 1? 29??47 1? 30??02表 5：圆筒内径测量记录表序数 圆筒内径/mm 3. 数据处理：1 26.002 26.103 25.704 26.105 25.82平均 25.94(7.90 ? 0.9585) ?103 ? 9.794 ? (1.016 ?10?3 ) 2 ? 67.59 把数据代入公式(3)，则? = 18 ? 0.3?1 1.016 1.016 (1 ? 2.4 ? )(1 ? 1.6 ? ) 25.94 56.39=0.78 Pa ? s不确定度的计算：u( ? ?) ? 0.01?103 kg / m3 , u( g ) ? 0.001m / s2 , u( ? ) ? 0. kg / m3u A (d ) ?? (di ?15i? d )2 ? 3.35 ?10?3 mm ， uB2 (d ) ?5? 40.004 mm 35 2 i2 2 ? u (d ) ? u A (d ) ? uB (d ) ? 4. m ， u (t ) ? 2? (t ? t )i ?15? 4? 0.292s2 2 u (l ) ? 2uB (l ) ? uB (l ) ? 7.124 ?10?4 m ，其中分度 1mm，取 ，不确定度限值 0.015mm 1 21 2因为 D，H 对不确定度影响极小，所以计算时忽略掉：u 2 (? ) ? ? 2 [u2 (?? ? ? ) u 2 (d ) u 2 ( g ) u 2 (l ) u 2 (t ) ? 4 ? 2 ? 2 ? 2 ] ? 9.215 ?10?4，u(? ) ? 0.03Pa ? s 2 2 ? (? ? ? ) d g l t于是? ? u(? ) ? (0.78 ? 0.03) Pa ? s 误差分析： （1）实验中放小球要先浸入油中再释放以保证初速度为零，若释放时 与油面有距离，可能引起湍流。 （2）秒表使用由于人的反应时间差异，可能引入很大 误差。 （3）其他因素已在不确定度计算中得以体现。 （建议：若使用电子设备，如光 电门等装置记录时间和位置的话会提高很大精度） （二）毛细管法： 室温初温 25.0℃，液体体积 5.00ml，水的密度 0.962g/cm3，室温 末温 22.8℃，酒精温度 21.0℃，水温度 20.8℃表 6：毛细管法测量液体黏度时间记录表序数 1 2 3 4 5 平均值蒸馏水 t1/分秒1? 28??12酒精 t1/s 88.12 88.06 87.84 87.69 88.89 88.12 t2/分秒2?14??85t2/s 134.85 134.88 135.19 135.41 135.47 135.161? 28??061? 27??84 1? 27??69 1? 28??892?14??882?15??19 2?15??41 2?15??47数据处理：?H2O ? ?20 ? 0.8(?21 ??20 ) ? 0.99 ?10?3 Pa ? s?C H OH ? ?21 ? 0.7 kg / m3 ， ?C H OH ?2 52 5?H O ? ?C H OH ? t2 ? 1.245 ?10?3 Pa ? s ? H O ? t12 2 5 20.001 u( ? H2O ) ? uB1 ? ? 0.0005 g / cm3 , u(t1 ) ? 2? (t ? t )i ?1 i525? 4? 0.207 s, u(t2 ) ? 0.129s2 u 2 (t1 ) u 2 (t2 ) u ( ? H 2O ) 1 u (?2 ) ? ?2 [ 2 ? 2 ? ]2 ? 3.22 ?10?6 Pa ? s 2 t1 t2 ? H 2O于是有? ? u(? ) ? (1.245 ? 0.003) ?10?3 Pa ? s 误差分析： （1）酒精与水体积不一致，可能由以下几个原因造成：酒精挥发； 洗涤后黏度计中液体并未全部流出；在移液管中残留量不同。 （2）实验进行时正值 秋天，而且时间是下午四点左右，温度下降很快，所以实验进行过程当中温度有变 化。 （3）实验中密度计测出水的密度为 0.962g/cm3，与 1 差别很大（4）其他因素在 不确定度计算中有体现。五、 实验结论通过实验了解了黏度的物理意义，并用落球法和毛细管的比较测量法进行了测量， 落球法测量得在 25.2℃油的黏度? ? u(? ) ? (0.78 ? 0.03) Pa ? s 。毛细管法测量了 21.0℃下 酒精黏度? ? u(? ) ? (1.245 ? 0.003) ?10?3 Pa ? s 。这两种测量方法的使用条件：落球法适用 于黏度较大的液体，而毛细管法适用于黏度较小的液体。实验中熟悉了长度，时间，密 度等物理量的测量，并进行了不确定度分析。六、 参考文献1.沈元华、陆申龙主编，基础物理实验，北京：高等教育出版社，2003 年 12 月， 119-121 页君，已阅读到文档的结尾了呢~~
无水乙醇粘度的测定无水乙醇
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无水乙醇粘度的测定
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实验32 泥浆性能的测定
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3秒自动关闭窗口麦仪网-粘度计的分类和应用
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粘度计的分类和应用
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一、粘度计的介绍
是衡量液体抵抗流动能力的一个重要的物理参数，粘度的测量和石油、化工、电力、纺织、冶金以及国防等领域的关系非常密切，是工业过程控制，提高产品质量，节约与开发能源的重要手段。在物理化学，流体力学等科学领域中，粘度测量对了解流体性质及研究流动状态起着重要的作用。在医学业，测量血液及生理液体的粘度是最新发展起来的诊断学，特别是在心血管疾病和癌、瘤等疑难杂症的重要诊断手段。
流体分牛顿流体和非牛顿流体两类。牛顿流体流动时所需切应力不随流速的改变而改变，纯液体和低分子物质的溶液属于此类；非牛顿流体时所需切应力与牛顿流体相反，高聚物的溶液、混悬液、乳剂分散液体和表面活性剂的溶液属于此类。
二、的种类
1、& 旋转粘度计：布氏粘度计及国内标准中的NDJ系列，还有一种连续追踪淀粉糊化过程中粘度变化最常用的布拉班德粘度计据说也是同样原理，但我没用过不敢评论。
2、& 毛细管型：乌氏、品氏、芬氏、逆流等多种形式。
3、& 杯型：恩氏粘度计、美国的福特杯、日本察恩杯和我国的涂-4杯。
4、& 落球型。
5、& 其他：一种可以测量在加热炉中融化的玻璃或陶瓷液滴的粘度，可以进行粘度、表面张力和检出角测量，温度范围从室温到1000℃或2100℃。
生产流程中常用的粘度计有旋转式粘度计、超声波式粘度计和毛细管式粘度计。
旋转式粘度计：一种具有转动测量系统的粘度计。它的种类繁多：按测量参数可分为测转矩式(转速不变)和测转速式（转矩不变）；按装置结构不同可分为同轴圆筒式和锥板式。图1为同轴圆筒结构的测转矩式粘度计。当外筒以一定转速旋转时，测量内筒轴所受的扭转力矩，即可表示粘度。它可测绝对粘度，适用于高温高压，常用于化学纤维、造纸、树脂聚合物等工业生产。
超声波式粘度计：由超声波检测元件和电子仪器组成（图2）。当电子仪器输出脉冲电流，激励浸入被测液体中的铁钴钒弹片，由于磁致伸缩效应（见压磁式传感器），产生了随时间衰减的机械振动。由测量电路测定弹片在液体中的衰减速度即可表示液体的粘度。检测元件耐温达 300℃，还耐高压和耐腐蚀。适用于化工、石油、造纸、橡胶、塑料、油漆和重油燃烧炉控制等。
毛细管式粘度计：采用毛细管测量流体粘度的仪表。流体流过毛细管的行为由泊肃叶方程描述： &= (&r的4次方pt)/(8lv) 式中&为粘度系数,r为毛细管半径,l为毛细管长度，P为毛细管两端的压力差,v为流过液体的体积,t为流过时间。这种粘度计的测量方法有多种，可以测量一定体积的液体在一定压差下流过毛细管的时间，也可以测量单位时间内在一定压差下流出液体的体积，还可以规定一定的流量测量毛细管两端的压差。图3中的粘度计由计量泵将被测液体按一定流量通过毛细管，再由差压计测量毛细管两端的压差，即可表示出粘度值。毛细管粘度计的测量范围较宽、精度较高、简单易维护,可用于高压,但对被测液体清洁度要求高。适于测量润滑油、燃料油等。
三、粘度计的应用
下面以为例。
1、& 涂料行业
涂料油浴在存储、运输过程中，希望体系有比较高的粘度，防止颜料和填料的沉淀；
在施工时开始时要求粘度始终，以方便从容器中提取；
在涂刷过程中要求体系粘度较低，有利于涂膜流平，但要求涂膜粘度在一定时间达到较高粘度，以免涂膜产生流挂和流淌现象。
可使用：brookfield标准型粘度计、Stormer型粘度计-GB-)建筑涂料粘度的测定 斯托默粘度计法、CAP高剪切粘度计-GB-)涂料在高剪切速率下粘度的测定、R/S流变仪、在线粘度计。
2、& 日化行业
产品的流变性很重要。日化产品在较小的外力作用时，保持较高的粘度，主要是保持产品的稳定性。使用实话产品时，需要经过挤出、手搓等外力作用，这个时候粘度下降要快，方便消费者使用。
触变性即粘度随时间变化的关系。经过剪切后，产品经过一段时间才能回复到原来的粘度。部分日化产品具有一定的屈服应力，即外力作用必须达到一定值，产品才会流动。
洗洁精等洗涤用品只需要满足第一点就可以了；大部分日化产品都具备上面所述的一、二两点，像洗发水、润肤露、沐浴液、护发素等等。指甲油、洗发水等产品都有触变性。屈服应力主要是一些膏体的特性，牙膏和润手霜等等产品都需要测量屈服应力。
Brookfield系列粘度计可以测量粘度或者其他一些特性；YR-1屈服应力流变仪可以方便的测量屈服应力，特别使用QC部门使用；R/S流变仪可以测量粘度随温度、剪切速率/应力变化的曲线，可以设计程序进行触变性测试，能更好的满足研发部门需要；在线粘度计TT-100可以实时监控生产中的粘度变化，及时了解生产动态。
3、& 制药行业
一些药品必须控制，如在滴眼剂中调整液体的粘稠度可使滴眼剂在眼内的滞留时间长；在药膏中可以使药膏易于涂抹。在中国药典第二（西药）针对部分药剂需要进行粘度控制提出了要求，例如在附录IF中：乳膏剂应具有适当的粘度，糊剂一般稠度较大。但均应易于涂布于皮肤或者粘膜上，不融化，粘稠度随季节变化应很小。在附录IG（眼用制剂）、附录IQ（耳用制剂）、附录IR（鼻用制剂）和附录IU（凝胶剂）也要求以上制剂应根据需要对粘度进行调节。
在明胶生产和胶囊的制造中，粘度与产品质量息息相关。
Brookfield标准粘度计可以测量药膏、注射液、明胶溶液等粘度，特别是明胶和胶囊行业。如果测量屈服应力，R/S流变仪就是一个很好的选择。在线粘度计是胶囊行业的首选实时粘度测量仪器。
4、& 食品行业
乳品中，奶油味和口感与脂肪含量相关很强，而同时奶油味和口感与仪器测定的粘度相关性也很强，酸奶如果粘度控制不当，容易分层；
淀粉的糊化特性是淀粉的重要性质，可以通过粘度&温度曲线来反应；巧克力在生产过程中主要以液体形式存在，其粘度控制对涂附性有很大影响；
果汁在生产过程中要防止果粒和浆液分开，必须控制合适的粘度；
酱料在使用时要求具有可以从瓶子中倒出来，涂抹时又不会流下来；
主要成分是水溶胶，所以在冰激凌的生产中，控制冰激凌酱料的粘度，可以做成不同类型的冰激凌。
当然还有其他一些视频也需要测量粘度，比如酱油、糖浆、油脂等。
乳品由于粘度不是很高，用LV机型比较合适；有些乳品是凝固型，可以用桨式转子或者升降支架；巧克力的粘度比较高，采用HA机型，最好用可编程式以方便估算屈服应力或者用YR-1型流变仪。淀粉粘度一般采用RV机型+可编程水浴。
除了以上的一些行业，还有、油墨、电子工业（焊锡膏、银浆）、复合材料（树脂及成型）、润滑油、胶黏剂、沥青、陶瓷、纺织、血液、水煤浆、其他（化工、生物、造纸、玻璃、明胶、增稠剂）会用到旋转粘度计，brookfield粘度计更是首选。它的高品质和高性能在这些场合得到了最好的体现。
实际工程和工业生产中，经常需要在线检测流体的粘度，以保证最佳的过程运行环境与产品质量，从而提高生产效益。通过在线测量过程中的液体粘度，可以得到液体流变行为的数据，对于预测产品工艺过程的工艺控制，输送性以及产品在使用时的操作性有着重要的指导价值。液体的特性往往与产品的其他特性如颜色、密度、稳定性、固体成分含量和分子量的改变有关系，而检测这些特性的最方便和灵敏的方法就是在线检测液体的粘度。在生产过程中，根据工艺技术要求的范围进行在线粘度检测，可以最大限度的减少产品的报废率和生产线的停工期。
Instroduction&of&MY&Instrument
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