落球式黏度计及其测量原理和应用

落球式黏度计是实验室常用的一种测量透明溶液黏度的仪器，结构十分简单，见图8.3.5。它是将待测溶液置于玻璃测黏管中，放入加热恒温槽，使之恒温。然后向管中放入不锈钢小球，令其自由下落，记录小球恒速下落一段距离S所需时间t，由此计算溶液黏度。

分析小球的受力。小球下落过程中，受到质量力、浮力和黏性阻力等3个力的作用，分别为

质量力

浮力

Stokes黏性阻力

式中，R为小球半径；ρ_b，ρ_s分别为小球和待测溶液的密度；u为小球下落速度；g为重力加速度；η为待测溶液的黏度。

初始时，在溶液内小球以加速运动下落。当速度u达到一定值时，黏性阻力、浮力与质量力达到平衡，小球作恒速下落运动，有

将式(1)，式(2)和式(3)代入式(4)，有(www.xing528.com)

由式(5)得到小球下落的速度为

式中，R，ρ_b，ρ_s均为已知，只需求出小球速度u，就可测出溶液黏度η。

一般采用光电测速装置测量小球的速度u，即测量小球恒速通过一定距离S＝20cm所需时间t，于是黏度等于

图8.3.5 落球式黏度计的示意

1—小球 2—黏度管 3—加热器 4—外套

可见，测黏问题转化为测时间问题。为了修正玻璃管壁对小球运动的影响，一般最好选择测管直径D与球径R的D/R比大的。

落球式黏度计结构简单，操作方便，可进行变温测量。根据流体力学分析，小球附近的最大剪切速率可控制在＝10^－2s^－1以下，因此测得的黏度近似于零剪切黏度η₀。落球式黏度计常用于测定黏度活化能。经过适当改造，使之可测定黏度随时间的变化规律，又可用于研究聚合或降解反应的动力学过程。