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w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：

这时转子所受的扭矩M：

一般容器比转子大得多，可认为k®∞，从而

式中      r——半径，m;

              trq——剪应力，N/m2;

              m——粘度，kg/(m·s)。

       转子选定后，Mµmw，在一定的转速w下，M与被测液体的粘度m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。

第二篇：材料的粘度测定

材料科学实验讲义

(一级实验指导书)

东华大学材料科学与工程中心实验室 汇编

20##年7月

一、实验目的

在科研和生产过程中，我们经常会碰到液体、浆体，如高分子材料中的树脂、油漆、粘结剂，无机非金属材料中的电子浆料、陶瓷浆体、搪瓷釉等。这些液体、浆体的各种性能中粘度是一个重要的参考指标，它直接影响到材料产品的生产加工工艺，特别是用液相法合成某种材料时更是如此。因此，如何调节和控制液体或浆体的粘度和流动度，对于满足生产需要，提高产品质量和生产效率，具有重要意义。

本实验的目的：

1、了解相对绝对粘度、绝对粘度、流动度以及其他相关参数的基本定义。

2、掌握液体、浆体粘度的基本测试方法。

3、了解液体、浆体粘度对生产工艺的影响和粘度的稀释控制方法。

二、实验原理

液体、浆体在流动过程中其剪切应力与剪切速率的比值为常数时该常数被称为塑性粘度(或简称为粘度)。粘度的倒数为流动度。

相对粘度：采用恩格勒粘度计测定方法得到的粘度，即用同体积浆体(液体)的流出时间与同体积水的流出时间的比值。

绝对粘度：采用旋转粘度计测定方法得到的粘度，即旋转粘度计的测定值与旋转粘度计系数表上的特定系数的乘积值。

液体的流动性：液体中的分子在内外力(势能、热能、其他能量)作用下的迁移能力。

液体(浆体)的触变性：在剪切速率恒定的条件下，随着时间的延长其剪切应力值逐渐变小。液体的触变性也可以被称为稠化性，稠化的程度用厚化度表示，也可被称为稠化度。

液体、浆体的稀释剂(电介质) 的基本功能：

1、与液体、浆体中的离子发生化学反应，形成盐或者络合物。

2、具有中和效应的正离子(K+、Na+)。

3、具有OH–的化合物或者水化物。

稀释剂(电介质)分类：

1、无机物： 硅酸钠、碳酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠。引入量为0.3%～0.5%

2、有机物： 腐植酸钠、单宁酸钠、柠檬酸钠、松香皂。引入量为0.2%～0.6%。

3、聚合物： 聚丙烯酸盐、羧甲基纤维素、阿拉伯树胶。

在生产和实验过程中，必须根据实际的液体、浆体种类、性能和可调节程度合理地选择、引入稀释剂(电介质)，并可根据需要进行复合引入，但前提条件是适度、经济、高效。

测试基本原理：

液体的粘度是通过测定两个作相对转动的同心圆筒之间的剪切力来计算的，在内、外筒之间充满被测液体，若外筒固定，内筒旋转，则液体将成为许多同心圆筒层运动，其速度从等于内转筒的速度逐渐降到贴近外筒一层的零，在这些情况下，粘度(h)的计算公式为：

式中：ζ ——剪切应力，0.1Pa；

           D  ——剪切速率，s-1；

           M ——总转动力矩，10-7N*m；

           R1、R2 ——内外筒半径，cm；

           h   ——旋转圆筒浸入液体的深度，cm；

           W  ——圆筒旋转的角速度，(Πn/30)s-1；

           n   ——转速，r*min-1。

在求h的公式中，K，W已知，只需测出M便可计算出h值，此h值(粘度)为绝对粘度，用Pa*s表示。

三、实验仪器及设备

1、实验仪器

实验仪器为NDJ—9S旋转式粘度计，见图1，图2：

 

图1 粘度计结构原理示意图                                           图2 旋转式粘度计示意图

2、实验样品的要求及制备

(1) 药品及仪器

丙三醇、纯水、与高分子乳液试样相关的溶剂、超声波清洗仪、100ML量筒、烧杯若干等，电动搅拌机，玻璃棒。

试样：陶瓷浆料或高分子乳液

(2) 实验准备

① 根据要求配制3～5 组不同粘度的陶瓷浆料或高分子乳液样品

② (无机非金属专业选做)配制陶瓷浆料，配制电解质溶液，用于测量陶瓷浆料的含水量和厚化度。

四、实验步骤

1、将被测液体或浆体置于直径不小于70mm的烧杯或直筒形容器中，准确地控制被测液体的温度。

2、将保护框架装在仪器上。

3、将选配好的转子旋入连接螺杆。旋转升降钮,使仪器缓慢的下降，转子逐渐侵入被测液体中，直至转子液面标志与液面平行为止

4、调整仪器水平。

5、开启电机开关，设置转子和转速等参数，按确认键，待显示值基本稳定后读取数据并记录。如读数超出量程，改变转子或转速后重新测量。

五、结果与数据处理

将数据分析，进行列表、制图。

注意事项

1、悬浊液、乳浊液、高聚物及其他高粘度液体中很多都是“非牛顿液体”。其表面粘度随切变速度和时间变化而变化，故在不同的转子、转速和时间下测定，其结果不一致，所以按确认后尽快读数，每次测量间隔时间相近，且对于非牛顿液体测得的粘度值只能作为参考值。(为了有可比性，一般非牛顿液体的测量可规定转子、转速和持续时间来进行，固定测量条件。)

2、测量容器(外筒)的选择。不同的转子(内筒)匹配相应的外筒，否则测量结果会偏差巨大。对于单一圆筒旋转粘度计，原理上要求外筒半径无限大，实际测量时要求外筒即测量容器的内径不低于某一尺寸。一般要求测量用烧杯或直筒形容器直径不小于70mm，实验证明特别在使用一号转子时，若容器内径过小引起较大的测量误差。

3、被测液体的温度。当温度偏差0.5ºC时，有些液体粘度值偏差超过5%，温度偏差对粘度影响很大，温度升高，粘度下降。所以要将转子以足够长的时间侵于被测液体同时进行恒温，使其能和被测液体温度一致。

六、思考题

1．试样温度和测量容器对测量数据有何影响？

2．高聚物液体或陶瓷浆体的粘度与哪些因素有关？