一种双毛细管液体粘度测量方法及其装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种液体粘度测量方法及测量装置，适用于对运动粘度小于10?5m2/s的液体的测量。该方法具有操作简便，测量精度高的特点。其装置是在容器底部或侧壁靠下的位置接出两根直毛细管，这两根毛细管长度不同而内直径相同，并且两根毛细管的下端在同一水平位置。在容器中加入待测样品，若保持液体样品的液面高度不变，则在重力的作用下，液体将会从两根毛细管中流出。由于两根毛细管长度不同，因此液体在流经毛细管时受到的阻力不相同，从而在相同时间内，流出两根毛细管的液体的质量不相同。通过测量在相同时间内，流出两根毛细管的液体的质量的比值，便能利用公式计算得到液体样品的粘度。
【专利说明】
一种双毛细管液体粘度测量方法及其装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种液体粘度测量方法及测量装置，适用于对运动粘度小于1(T5 m2/s 的液体的测量。
【背景技术】
[0002] 对液体粘度的测量目前主要有毛细管法、旋转法、落球法、振动法等方法。其中毛 细管粘度计有两种类型，一类是在毛细管一端加上一定的压力，通过测量在指定时间内流 出毛细管另一端的流体的体积来计算流体的粘度；另一类是通过测量流体在流过毛细管 时，管上一定距离内的压强降低来得到其粘度。这两种测量方法均有不足，前者难以精确测 量在毛细管另一端收集流体的时间，后者对于测量毛细管内任意一点的压强是有难度的。
【发明内容】
[0003] 针对上述问题，本发明提出一种新的毛细管液体粘度测量方法及其测量装置。
[0004] 如图1所示是一个能使液面高度保持不变的容器，图中的水栗将水槽中的液体抽 入上面的容器中，当容器中的液面没过挡板时，液体将会从挡板左侧流下，并通过回流管流 回水槽。挡板是可拆卸的，通过更换不同的挡板来控制不同的液面高度。稳流板上设了很多 小孔以稳定水流。在容器的底部，或侧壁靠下的位置接出两根直毛细管，图1中画在容器底 部。毛细管的内直径都为A长度分别是1和两根毛细管的下端在同一水平位置，液面到 管底部的高度差是仏这样容器内的液体就会从两根毛细管中流出。
[0005] 由于阻力的作用，单位时间，或相同时间内从两根毛细管中流出的液体的质量便 会不相同：从较短的毛细管中流出的液体的质量较大，而从较长的毛细管中流出的液体的 质量较小。通过测量相同时间内从两根毛细管中流出的液体的质量之比，利用公式
巧 液体的运动粘度 d 毛细管的内直径 一一相同时间内从两根毛细管中流出的液体的质量比(取大于1的值） ^-一毛细管的局部损失系数(事先标定） g--重力加速度 H一一容器中的液面到毛细管下端的高度差 h一一较短的毛细管的长度 h--较长的毛细管的长度 便可以计算出液体的运动粘度(Kinematic viscosity)。而运动粘度密度碰I乘积 为动力粘度(Dynamic viscosity) #因此该方法也可以测量动力粘度。为了减小液体在进 入两根毛细管时的互相干扰，应将两根毛细管尽可能地远离。以下是公式的推导过程。
[0006] 液体在流经毛细管时会发生水头损失，管内的水头损失分为局部水头损失4和沿 程水头损失心。其中局部水头损失是由于流体在进入毛细管时的阻力引起的，沿程水头损
失是流体在流经毛细管过程中的压力损失引起的，则总的水头损失 是两者的 和，即：
林建忠、阮晓东、陈邦国等人编著的《流体力学(第二版)》的235-242页指出，局部水头 损失和沿程水头损失分别为：
[0007] 把夂和h代入式（1 )并解出流速
，式中
[0008] 若用脚标1和2分别表示两根毛细管对应的物理量，则两根毛细管中的流速之比就 等于单位时间内流出的液体的质量之比，所以
和?分别相同时间内从1和A收 集到的流体的质量t
若把动力粘度与密度的比值写成甲少兩运动粘度，则式(2)可以写成：
上式表明最终得到的运动粘度只与相同时间内流出的流体的质量之比有关，而其中的 管长、管内直径、液面高度和局部阻力系数，都是由测量仪器的几何性质决定的。这就求出 了运动粘度与相同时间内流出两根毛细管的液体的质量比0的关系式。
[0009] 式⑶中，堤随沴增加的，其定义域沴在1~厶/A上才有物理意义。当沴=1时沴 为零，当必=4/厶时必为无穷大。作出斤必图像，如图2,可发现在(K1+0.8U2/厶-1)时图 像的斜率变化不大，BP植必比较均匀地增加;而当必>1+0.8(4/21-1)时姐速增大，并增至 无穷大。所以在实际测量时应当选取不同测量装置的尺寸，使々〈l+O.SUs/l-l)，以得到较 为可靠的数据。
[0010] 其中的局部阻力系数是由标准液在指定温度下标定的。把式(3)改写为
M一一标准液在指定温度下的运动粘度 已知标准液在指定温度下的运动粘度，通过实验测得在该温度下相同时间内流出两根 毛细管的标准液的质量比，则可以通过式(4)求出局部阻力系数。
[0011 ]为了使必〈1+0.8UM-1)，表1中给出了对不同运动粘度的液体，可以选取的测量 装置尺寸，以供参考。对于运动粘度大于1(T5 m2/s的液体，由于测量装置太大而不能适用。
[0012] 表1不同动力粘度的液体可选取的测量装置尺寸参考
【附图说明】
[0013] 图1所示是测量装置示意图，其中标注的各个装置名称：1.挡板;2.稳流板;3.容 器;4.毛细管;5.支架;6.水槽;7.水栗;8.加液管;9.回流管。
[0014]图2所示是根据式(3)作出的斤沴图。
【具体实施方式】
[0015] (1)对局部损失系数的标定 1、 根据表1，对标准液选取合适的装置尺寸； 2、 准备两个容量不少于300mL的量杯(对于运动粘度小于5X1(T6 m2/s的标准液只需 150mL的量杯即可），标记为1号和2号。分别测定两个量杯的质量为ffli和 3、 在水槽中加入指定温度的标准液； 4、 打开水栗，将水槽中的标准液抽入上面的容器中； 5、 当液面没过挡板时，用步骤2的两个量杯接从两个毛细管中流出的标准液，为保证精 度，接样品的持续时间不应少于100秒。注意，接标准液时两个量杯应同时开始和同时结束。 1号量杯应接从较短的毛细管流出的样品，2号量杯应接从较长的毛细管流出的样品； 6、 测量两个量杯的质量，1号量杯的质量记为麗，2号量杯的质量记为屬； 7、 计算两个量杯中接到的液体的质量比必=(麗-助)/(瓞-?); 8、 把质量比4和标准液的运动粘度柯代入式(4)中求出局部阻力系数。
[0016] (2)具体测量 1、 根据表1，对需要测定的液体选取合适的装置尺寸； 2、 准备两个容量不少于300mL的量杯（对于运动粘度小于5X1(T6 m2/s的样品只需 150mL的量杯即可），标记为1号和2号。分别测定两个量杯的质量为/m和 3、 在水槽中加入指定温度的待测液体； 4、 打开水栗，将水槽中的液体抽入上面的容器中； 5、 当液面没过挡板时，用步骤2的两个量杯接从两个毛细管中流出的样品，为保证精 度，接样品的持续时间不应少于100秒。注意，接样品时两个量杯应同时开始和同时结束。1 号量杯应接从较短的毛细管流出的样品，2号量杯应接从较长的毛细管流出的样品； 6、 测量两个量杯的质量，1号量杯的质量记为麗，2号量杯的质量记为热； 7、 计算两个量杯中接到的液体的质量比必=(麗-册)/(>2-?); 8、 把质量比6代入式(3)中求出样品的运动粘度。
【主权项】
1. 一种双毛细管液体粘度测量方法，其原理是利用液体流经毛细管时会存在阻力，其 阻力与管的长度有关，让液体分别以一定的压强流入两根长度不同而内直径相同的毛细 管，则在单位时间内流出两根毛细管的液体的质量会不相同，测量在单位时间内流出两根 毛细管的液体的质量之比，利用相应的公式便可以求出液体的运动粘度，该公式可以由理 论计算得出。2. 根据权利要求1所述的双毛细管液体粘度测量方法，液体的运动粘度与该种液体的 密度的乘积定义为该种液体的动力粘度，因此权利要求1所述的双毛细管液体粘度测量方 法也可以用来测液体的动力粘度。3. 根据权利要求1所述的公式，其中涉及到的局部损失系数是需要事先用标准液标定 的，利用相应的标定公式可以完成对局部损失系数的标定，该标定公式可以由理论计算得 出。4. 权利要求1所述的双毛细管液体粘度测量方法，其装置包括容器、挡板、稳流板、两根 毛细管、支架、水槽、水栗、加液管和回流管，其特征在于，两根毛细管接在容器的底部或侧 壁靠下的位置，水栗将水槽中的液体经加液管打入从容器中，容器中还设置了挡板和稳流 板。5. 权利要求4所述的双毛细管液体粘度测量装置，其特征在于，两根毛细管的下端在同 一水平位置，两根毛细管的长度不同而内直径相同。6. 权利要求4所述的双毛细管液体粘度测量装置，其特征在于，稳流板应设置在加液管 的出口与毛细管的入口之间，以稳定流体的流动。7. 权利要求4所述的双毛细管液体粘度测量装置，其特征在于，挡板应设置在加液管的 出口与回流管的入口之间，当容器中的液体没过挡板时，会从挡板的另一侧流下，经过回流 管流回水槽中，挡板是可拆卸的，通过更换不同的挡板以改变液面高度。
【文档编号】G01N11/04GK106053294SQ201610433400
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月18日
【发明人】朱泽斌
【申请人】朱泽斌