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时间:2018-10-11
《落球法测定液体在不同温度的粘度》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第6页落球法变温粘滞系数实验仪实验指导实验4.21液体粘滞系数的测量当液体内各部分之间有相对运动时,接触面之间存在内摩擦力,阻碍液体的相对运动,这种性质称为液体的粘滞性,液体的内摩擦力称为粘滞力。粘滞力的大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比,比例系数η称为粘度(或粘滞系数)。对液体粘滞性的研究在流体力学,化学化工,医疗,水利等领域都有广泛的应用,例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量,压力差,输送距离及液体粘度,设计输送管道的口径。测量液体粘度可用落球法,毛细管法,转筒法等方法,其中落球法适用于测量粘度较高的液体。粘度的大小取决于液体的性质与温度,
2、温度升高,粘度将迅速减小。例如对于蓖麻油,在室温附近温度改变1˚C,粘度值改变约10%。因此,测定液体在不同温度的粘度有很大的实际意义,欲准确测量液体的粘度,必须精确控制液体温度。实验目的:1.用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度2.练习用停表记时,用螺旋测微器测直径实验仪器:落球法变温粘滞系数实验仪,ZKY-PID温控实验仪,停表,螺旋测微器,钢球若干实验原理:1.落球法测定液体的粘度1个在静止液体中下落的小球受到重力、浮力和粘滞阻力3个力的作用,如果小球的速度v很小,且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的,则从流体力学的基本方程可以导出表示粘滞阻力的斯托克斯
3、公式:(1)(1)式中d为小球直径。由于粘滞阻力与小球速度v成正比,小球在下落很短一段距离后(参见附录的推导),所受3力达到平衡,小球将以v0匀速下落,此时有:(2)(2)式中ρ为小球密度,ρ0为液体密度。由(2)式可解出粘度η的表达式:(3)本实验中,小球在直径为D的玻璃管中下落,液体在各方向无限广阔的条件不满足,此时粘滞阻力的表达式可加修正系数(1+2.4d/D),而(3)式可修正为:(4)当小球的密度较大,直径不是太小,而液体的粘度值又较小时,小球在液体中的平衡速度v0会达到较大的值,奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响:(5)其中
4、,Re称为雷诺数,是表征液体运动状态的无量纲参数。(6)第6页落球法变温粘滞系数实验仪实验指导当Re小于0.1时,可认为(1)、(4)式成立。当0.15、度η1。在国际单位制中,η的单位是Pa·s(帕斯卡·秒),在厘米,克,秒制中,η的单位是P(泊)或cP(厘泊),它们之间的换算关系是:1Pa·s=10P=1000cP(9)2.PID调节原理PID调节是自动控制系统中应用最为广泛的一种调节规律,自动控制系统的原理可用图1说明。e(t)u(t)操作量被控对象执行单元设定值调节器被控量扰动图1自动控制系统框图假如被控量与设定值之间有偏差e(t)=设定值-被控量,调节器依据e(t)及一定的调节规律输出调节信号u(t),执行单元按u(t)输出操作量至被控对象,使被控量逼近直至最后等于设定值。调节器是自动控制系统的指挥机6、构。在我们的温控系统中,调节器采用PID调节,执行单元是由可控硅控制加热电流的加热器,操作量是加热功率,被控对象是水箱中的水,被控量是水的温度。PID调节器是按偏差的比例(proportional),积分(integral),微分(differential),进行调节,其调节规律可表示为:(10)式中第一项为比例调节,KP为比例系数。第二项为积分调节,TI为积分时间常数。第三项为微分调节,TD为微分时间常数。PID温度控制系统在调节过程中温度随时间的一般变化关系可用图2表示,控制效果可用稳定性,准确性和快速性评价。系统重新设定(或受到扰动)后经过一定的过渡过程7、能够达到新的平衡状态,则为稳定的调节过程;若被控量反复振荡,甚至振幅越来越大,则为不稳定调节过程,不稳定调节过程是有害而不能采用的。准确性可用被调量的动态偏差和静态偏差来衡量,二者越小,准确性越高。快速性可用过渡时间表示,过渡时间越短越好。实际控制系统中,上述三方面指标常常是互相制约,互相矛盾的,应结合具体要求综合考虑。第6页落球法变温粘滞系数实验仪实验指导由图2可见,系统在达到设定值后一般并不能立即稳定在设定值,而是超过设定值后经一定的过渡过程才重新稳定,产生超调的原因可从系统惯性,传感器滞后和调节器特性等方面予以说明。系统在升温过程中,加热器温度总是高于被8、控对象温度,在达到设定值后,即使减小或
5、度η1。在国际单位制中,η的单位是Pa·s(帕斯卡·秒),在厘米,克,秒制中,η的单位是P(泊)或cP(厘泊),它们之间的换算关系是:1Pa·s=10P=1000cP(9)2.PID调节原理PID调节是自动控制系统中应用最为广泛的一种调节规律,自动控制系统的原理可用图1说明。e(t)u(t)操作量被控对象执行单元设定值调节器被控量扰动图1自动控制系统框图假如被控量与设定值之间有偏差e(t)=设定值-被控量,调节器依据e(t)及一定的调节规律输出调节信号u(t),执行单元按u(t)输出操作量至被控对象,使被控量逼近直至最后等于设定值。调节器是自动控制系统的指挥机
6、构。在我们的温控系统中,调节器采用PID调节,执行单元是由可控硅控制加热电流的加热器,操作量是加热功率,被控对象是水箱中的水,被控量是水的温度。PID调节器是按偏差的比例(proportional),积分(integral),微分(differential),进行调节,其调节规律可表示为:(10)式中第一项为比例调节,KP为比例系数。第二项为积分调节,TI为积分时间常数。第三项为微分调节,TD为微分时间常数。PID温度控制系统在调节过程中温度随时间的一般变化关系可用图2表示,控制效果可用稳定性,准确性和快速性评价。系统重新设定(或受到扰动)后经过一定的过渡过程
7、能够达到新的平衡状态,则为稳定的调节过程;若被控量反复振荡,甚至振幅越来越大,则为不稳定调节过程,不稳定调节过程是有害而不能采用的。准确性可用被调量的动态偏差和静态偏差来衡量,二者越小,准确性越高。快速性可用过渡时间表示,过渡时间越短越好。实际控制系统中,上述三方面指标常常是互相制约,互相矛盾的,应结合具体要求综合考虑。第6页落球法变温粘滞系数实验仪实验指导由图2可见,系统在达到设定值后一般并不能立即稳定在设定值,而是超过设定值后经一定的过渡过程才重新稳定,产生超调的原因可从系统惯性,传感器滞后和调节器特性等方面予以说明。系统在升温过程中,加热器温度总是高于被
8、控对象温度,在达到设定值后,即使减小或
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