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表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，在從氣瓶通入氣體之前，敞口容器上升，毛細(xì)管蘸取適量被測(cè)液體試樣之后，敞口容器下降，然后從氣瓶向毛細(xì)管內(nèi)通入氣體，即可形成氣泡；還設(shè)置有照相機(jī)或攝像機(jī)，用于記錄氣泡的形成過程和形狀圖像，用來測(cè)量氣泡的半徑；測(cè)試箱體外側(cè)設(shè)置有差壓表，與通入毛細(xì)管的氣體是連通的，可讀出氣泡的內(nèi)外壓力差，由拉普拉斯公式推導(dǎo)出表面張力的計(jì)算公式，使表面張力的計(jì)算大大簡(jiǎn)化，通過測(cè)量非平衡時(shí)和平衡時(shí)的表面張力，并記錄時(shí)間，根據(jù)圖像測(cè)量計(jì)算表面積，代入公式即可算出表面面積粘性。本發(fā)明裝置試樣用量少，對(duì)試樣潤(rùn)濕性無要求，測(cè)量速度較快，準(zhǔn)確度高，設(shè)備利用率高。
【專利說明】表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液體物化性質(zhì)的裝置，特別是涉及一種液體界面物理性質(zhì)和物體內(nèi)部物理性質(zhì)的裝置，應(yīng)用于冶金物理化學(xué)、膠體化學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]表面張力為人們提供氣液、液液之間相互作用的第一手信息，是液體體系的基本物化性質(zhì)之一，也是冶金物理化學(xué)、膠體化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域研究有關(guān)表面現(xiàn)象的重要參數(shù)。在醫(yī)學(xué)上，是目前預(yù)防和治療急性呼吸窘迫綜合癥實(shí)驗(yàn)研究的基本測(cè)量數(shù)據(jù)之一；表面張力與分子大小和作用力相關(guān)，是反映非均勻流體特性的重要參數(shù)，也是多相系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)；在冶金和鑄造中，液態(tài)合金表面張力對(duì)其過程具有非常重要的影響。在金屬的冶煉過程中，液態(tài)金屬本身、熔锍、熔鹽和熔渣的表面性質(zhì)，以及界面性質(zhì)，在許多情況下都起著重要作用等等。
[0003]表面面積粘性同樣在材料等不同領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，并且理論和實(shí)踐已經(jīng)證明表面面積粘彈性影響表面張力的大小，對(duì)表面張力具有重要的意義。
[0004]表面張力測(cè)定方法的研究和開發(fā)隨著近代科學(xué)的發(fā)展越來越受到了人們的重視。人們?yōu)榱四軌驕?zhǔn)確的測(cè)定表張力的大小，提出了很多不同種類的表面張力測(cè)定方法。目前主要有毛細(xì)管上升法、Wilhelmy盤法、Du Nouy脫環(huán)法、氣泡最大壓力法、滴重體積法、滴外形法、電磁懸浮法、振蕩射流法、增長(zhǎng)液滴法、旋滴法、氣泡幅頻當(dāng)量法、表面波光柵衍射法、激光散射法等等。下面對(duì)常用的、發(fā)展相對(duì)比較成熟的前六種方法做一下簡(jiǎn)單的介紹。
[0005]1、毛細(xì)管上升法:毛細(xì)管上升法有可能是最先提出的測(cè)量表面張力的方法，但是目前還無處考證其具體的提出時(shí)間。該方法可以測(cè)定平衡狀態(tài)下的表面張力，目前還是以此法測(cè)定的表面張力數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)，是經(jīng)典的表面張力測(cè)定方法。
[0006]該測(cè)量方法有以下特點(diǎn):需要數(shù)據(jù)的校正；測(cè)量耗時(shí)長(zhǎng)；試樣用量大。
[0007]影響該測(cè)定方法的測(cè)定精度主要有以下因素:水平基準(zhǔn)面的精度；毛細(xì)管內(nèi)徑的均勻度和內(nèi)徑值的測(cè)定精度；測(cè)高儀的精度。
[0008]使用范圍的局限性:毛細(xì)管材料必須是透明的固體材料，如玻璃等；被測(cè)液體與透明毛細(xì)管材料不發(fā)生反應(yīng)；被測(cè)液體與盛放液體的容器材料不發(fā)生反應(yīng)；
適用范圍:常用于常溫下溶液的表面張力測(cè)量。
[0009]2、Du Nouy脫環(huán)法:在Du Nouy之前已經(jīng)有人采用，Timberg在1887年和Sondhauses在1878年使用此法，但Du Nouy第一次應(yīng)用扭力天平來測(cè)定此最大拉力，形成長(zhǎng)時(shí)間通用表面張力儀一Du Nouy天平,故此法被稱為Du Nouy法。
[0010]該測(cè)量方法有以下特點(diǎn):對(duì)于溶液，由于液面形成的時(shí)間受到限制，所得結(jié)果不一定是平衡值；需要數(shù)據(jù)校正；試樣用量大。
[0011]影響該測(cè)定方法的測(cè)定精度主要有以下因素:實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)的水平程度，其中環(huán)面只要傾斜1°就將引入0.5 %的誤差；試樣的潤(rùn)濕性；容器的大??；校正系數(shù)的準(zhǔn)確性，由于應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的校正系數(shù)使該方法帶有經(jīng)驗(yàn)性，故測(cè)量結(jié)果受多種不易控制的因素影響，如平衡時(shí)間、接觸角等。
[0012]使用范圍的局限性=Harkins和Jordan制作校正系數(shù)表時(shí)考慮的是接觸角為零的情況，接觸角不為零將影響所得結(jié)果的準(zhǔn)確性；不能用于多種氣氛的表面張力測(cè)定以及高壓表面張力的測(cè)定；Zettle-m0yer等指出，此法對(duì)表面活性劑溶液得不到準(zhǔn)確的、可重復(fù)的結(jié)果，相對(duì)誤差則可高達(dá)10 %。
[0013]適用范圍:常用于潤(rùn)濕性好的溶液的表面張力測(cè)量。
[0014]3、Wilhelmy盤法:Wilhelmy在1863年提出，他當(dāng)時(shí)所做的實(shí)際上與脫環(huán)法相似，是測(cè)定從液面拉脫吊片時(shí)的最大拉力。后來Dognon和Arbribut將其進(jìn)行了改進(jìn),不再將片拉脫液面，他們用打毛的鉬片，測(cè)定當(dāng)片的底邊平行液面并剛好接觸液面時(shí)的拉力。
[0015]該測(cè)量方法有以下特點(diǎn):清潔程序復(fù)雜；試樣用量大；測(cè)定時(shí)穩(wěn)定慢，不適合及時(shí)測(cè)量；
影響該測(cè)定方法的測(cè)定精度主要有以下幾點(diǎn):器壁的大?。蝗萜髌鞅趯?duì)液體的潤(rùn)濕性；試樣的潤(rùn)濕性；
使用范圍的局限性:要求液體必須很好地濕潤(rùn)薄片，保持接觸角為零；不適合高溫高壓和深顏色液體的測(cè)定；不能用于高壓表面張力的測(cè)定；
適用范圍:常用于潤(rùn)濕性好的溶液的表面張力測(cè)量。
[0016]4、氣泡最大壓力法:Simon在1851年首先提出，后來由Canter、Jaeger分別從理論和實(shí)用角度加以發(fā)展，真正達(dá)到精度可用的程度是Sugden,他應(yīng)用Bashforth-Adams方程作了校正，還建議了便于測(cè)定的雙管法。
[0017]該測(cè)量方法有以下特點(diǎn):由于出泡速度快，不能觀察熔體界面變化情況；對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的依賴大，而且由于最大氣泡法處理的是一種極限情況，只有在毛細(xì)管很細(xì)時(shí)才行，要求r/a〈 0.05 O■是毛細(xì)管半徑，a是毛細(xì)常數(shù))。
[0018]影響該測(cè)定方法的測(cè)定精度主要有以下因素:毛細(xì)管的半徑測(cè)量的精度；控制吹入氣體的速度很難，不斷生成的氣泡容易對(duì)生成的液滴面平衡進(jìn)行干擾，改變液體表面溫度，影響的測(cè)量的精度；此法中最大壓差為大氣壓與系統(tǒng)壓力的差值，因此當(dāng)室內(nèi)氣流流動(dòng)時(shí)，會(huì)造成大氣壓的變化，使實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定誤差；插入的毛細(xì)管端面光潔程度以及和熔體的浸潤(rùn)性等界面效應(yīng)都對(duì)測(cè)試氣泡形成有很大影響，測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。
[0019]使用范圍的局限性:被測(cè)液體與毛細(xì)管不反應(yīng)；不能用于研究達(dá)到平衡慢的表面張力。
[0020]適用范圍:適用于測(cè)定純液體或溶質(zhì)分子質(zhì)量較小的溶液的表面張力，也適用于液體金屬、熔鹽、乳液、漿、電解液的表面張力的測(cè)定，且能夠用于眾多操作條件中如:Ar、N2 ,H；氣氛下的表面張力。
[0021]5、滴重法(體積)法:Tate在1864年提出，經(jīng)過Lohnstein特別是Harkins和Brown的細(xì)致工作，發(fā)展成為簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的測(cè)定液體表面張力的方法。
[0022]該測(cè)量方法有以下特點(diǎn):需要數(shù)據(jù)校正；樣品用量少；耗時(shí)長(zhǎng)。
[0023]影響該測(cè)定方法的測(cè)定精度主要有因素:至今只能算是一種經(jīng)驗(yàn)方法，它的準(zhǔn)確度依賴于Harkins — Brown的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；液體體積測(cè)量的精確度；液滴滴落速度。
[0024]使用范圍的局限性:不能用來測(cè)定達(dá)到平衡較慢的表面張力，同時(shí)該法也不能達(dá)到完全的平衡；不能快速測(cè)量。
[0025]適用范圍:常用于常溫下溶液表面張力的測(cè)定。
[0026]6、滴外形法，包括懸滴法和靜滴法:
懸滴法:利用懸滴形狀研究界面張力的想法在19世紀(jì)即1881年Worthington提出來了，但第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的是1937年Andreas提出的選面法確定懸滴外形參數(shù)的方法。該測(cè)量方法有以下特點(diǎn):設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩；待測(cè)物質(zhì)的性質(zhì)需要事先準(zhǔn)確知道。影響該測(cè)定方法的測(cè)定精度主要有以下因素:懸滴的穩(wěn)定性。使用范圍的局限性:處理的是形狀因子β為負(fù)值的體系。適用范圍:常用于高溫下低表面張力液體的測(cè)量。
[0027]靜滴法:該測(cè)量方法有以下特點(diǎn):設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩；數(shù)據(jù)處理也復(fù)雜。影響該測(cè)定方法的測(cè)定精度主要有以下因素:基板材料的選擇；在測(cè)界面張力時(shí)需用X射線透視裝置，拍攝渣中金屬液滴的形狀，由于受限于X射線的透視能力等的影響，使拍攝到金屬液滴的形狀與普通光學(xué)拍攝到的照片相比顯得比較模糊，從而加大了金屬液滴形狀的誤差。適用范圍的局限性:處理形狀因子β為正值的界面，限制了使用范圍。適用范圍:常用于高溫下液體表面張力的測(cè)量。
[0028]從有記載的最早測(cè)量表面張力的方法是1851年，Simon提出的最大氣泡壓力法，距今已經(jīng)經(jīng)過一百六十多年的發(fā)展，但是即使是發(fā)展相對(duì)比較成熟的上面六種方法也存在種種的局限性，所以發(fā)展新的測(cè)量方法是很有必要性的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0029]為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，具有試樣用量少，對(duì)試樣潤(rùn)濕性無要求，測(cè)量速度較快，設(shè)計(jì)合理，使用方便，造價(jià)便宜，準(zhǔn)確度高，并且也可以用于測(cè)量液體的表面面積粘性，提高了設(shè)備的利用率等優(yōu)點(diǎn)。
[0030]為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，包括毛細(xì)管，毛細(xì)管豎直插入密閉的測(cè)試箱體內(nèi)，并豎直安裝在測(cè)試箱體外殼上，毛細(xì)管的材質(zhì)與被測(cè)液體試樣不發(fā)生反應(yīng)，在測(cè)試箱體內(nèi)，毛細(xì)管的底端正下方設(shè)置裝載被測(cè)液體試樣的敞口容器，敞口容器的材質(zhì)與被測(cè)液體試樣不發(fā)生反應(yīng)，敞口容器安裝在載物臺(tái)上，控制載物臺(tái)進(jìn)行上下升降，使毛細(xì)管的底端接觸或脫離被測(cè)液體試樣，使毛細(xì)管底端蘸取被測(cè)液體試樣，實(shí)驗(yàn)氣體由氣瓶向毛細(xì)管內(nèi)輸送，由氣體控制裝置控制毛細(xì)管內(nèi)和密閉的容器內(nèi)的壓力，氣體控制裝置由氣壓緩沖容器、微流量表、末端管路、壓差表、控制器和相應(yīng)連接管道組成，氣壓緩沖容器安裝在毛細(xì)管和氣瓶之間的連接管道上，微流量表安裝在毛細(xì)管和氣壓緩沖容器之間的連接管道上，末端管路的兩端分別與毛細(xì)管端和微流量表連通，壓差表的測(cè)量管路分別與毛細(xì)管和測(cè)試箱體的內(nèi)腔連通，壓差表和微流量表的信號(hào)輸出端分別與控制器的信號(hào)接收端連接，控制器通過控制微型泵，使氣瓶?jī)?nèi)的氣體向毛細(xì)管內(nèi)輸送，控制毛細(xì)管底端生成氣泡的過程，壓差表實(shí)時(shí)測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)和測(cè)試箱體的內(nèi)腔之間的氣壓差，即實(shí)時(shí)測(cè)量毛細(xì)管底端生成氣泡的內(nèi)外之間的氣泡的內(nèi)外壓差Λ P，在測(cè)試箱體外殼上設(shè)有保護(hù)氣體入口和保護(hù)氣體出口，使氣泡內(nèi)外的氣體皆為與被測(cè)液體試樣不反應(yīng)的氣體，在測(cè)試箱體外殼上設(shè)有攝影用的透光性好的窗口，在測(cè)試箱體外部設(shè)置圖像采集裝置，控制器控制圖像采集裝置，使圖像采集裝置以毛細(xì)管底端生成的氣泡為拍攝記錄目標(biāo)進(jìn)行氣泡的形成過程和形狀的圖像采集，進(jìn)而對(duì)氣泡的半徑進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0031]作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，圖像采集裝置為具有高倍放大功能的照相機(jī)或攝像機(jī)，采用至少2倍放大倍數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)焦距的鏡頭。
[0032]作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，圖像采集裝置生成的像素應(yīng)大于等于640X480。
[0033]上述氣泡內(nèi)外是優(yōu)選采用同一種氣體。
[0034]上述圖像采集裝置優(yōu)選以圓度在95 %以上的氣泡作為主要圖像采集目標(biāo)。
[0035]上述圖像采集裝置優(yōu)選以厚度在100 μ m以下的氣泡作為主要圖像采集目標(biāo)。
[0036]通過上述微型泵向毛細(xì)管輸送的氣體的流速優(yōu)選控制在0.5 mL/S以下。
[0037]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
1.本發(fā)明表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置的原理由拉普拉斯公式推導(dǎo)出表面張力的計(jì)算公式，通過毛細(xì)管插入密閉的容器，氣體由氣瓶，通過微型泵，然后分別經(jīng)過緩沖區(qū)和微流量計(jì)進(jìn)入毛細(xì)管，可以根據(jù)要求控制調(diào)整氣體的流速，并且該氣體與保護(hù)氣是同一種氣體，這樣可以消除氣體對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；在從氣瓶通入氣體之前，敞口容器上升，毛細(xì)管蘸取適量被測(cè)液體之后，敞口容器下降，然后從氣瓶向毛細(xì)管內(nèi)通入氣體，即可形成氣泡；容器左側(cè)設(shè)置有照相機(jī)或攝像機(jī)，用于記錄氣泡的形成過程和形狀圖像，然后可以用來測(cè)量氣泡的半徑；容器右側(cè)設(shè)置有差壓表，這樣就可以直接讀出氣泡的內(nèi)外壓力差，使表面張力的計(jì)算大大簡(jiǎn)化，同時(shí)提高了實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確度；
2.本發(fā)明試樣用量少,對(duì)試樣潤(rùn)濕性無要求,測(cè)量速度較快,無需試樣密度,測(cè)量精度高，無需測(cè)量毛細(xì)管半徑，在密閉容器中測(cè)量結(jié)果不受周圍環(huán)境的影響，有完整的理論基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了氣體的控制和壓力的測(cè)量一體化，其設(shè)計(jì)合理，使用方便，裝置簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，可以用來測(cè)量表面張力和表面面積粘性，提高了設(shè)備的利用率；
3.本發(fā)明可用于常溫和高溫，常壓和高壓下表面張力的測(cè)量，適用范圍較寬。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是利用本發(fā)明實(shí)施例一裝置測(cè)定液體表面張力和表面面積粘性原理圖。
[0039]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖3是利用本發(fā)明實(shí)施例一裝置測(cè)量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.10 %的SDS水溶液過程中氣泡的形狀變化圖像。
[0041]圖4是利用本發(fā)明實(shí)施例一裝置測(cè)量SDS水溶液的測(cè)量結(jié)果。

【具體實(shí)施方式】
[0042]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳述如下:
實(shí)施例一:
參見圖1?圖4，一種表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，包括毛細(xì)管5，毛細(xì)管5豎直插入密閉的測(cè)試箱體內(nèi)，并豎直安裝在測(cè)試箱體外殼上，毛細(xì)管5的材質(zhì)與被測(cè)液體試樣10不發(fā)生反應(yīng)，在測(cè)試箱體內(nèi)，毛細(xì)管5的底端正下方設(shè)置裝載被測(cè)液體試樣10的敞口容器9，敞口容器9的材質(zhì)與被測(cè)液體試樣10不發(fā)生反應(yīng)，敞口容器9安裝在載物臺(tái)上，控制載物臺(tái)進(jìn)行上下升降，使毛細(xì)管5的底端接觸或脫離被測(cè)液體試樣10，使毛細(xì)管5底端蘸取被測(cè)液體試樣10，實(shí)驗(yàn)氣體由氣瓶I向毛細(xì)管5內(nèi)輸送，由氣體控制裝置控制毛細(xì)管5內(nèi)和密閉的容器內(nèi)的壓力，氣體控制裝置由氣壓緩沖容器2、微流量表3、末端管路4、壓差表12、控制器和相應(yīng)連接管道組成，氣壓緩沖容器2安裝在毛細(xì)管5和氣瓶I之間的連接管道上，微流量表3安裝在毛細(xì)管5和氣壓緩沖容器2之間的連接管道上，末端管路4的兩端分別與毛細(xì)管5端和微流量表3連通，壓差表12的測(cè)量管路分別與毛細(xì)管5和測(cè)試箱體的內(nèi)腔連通，壓差表12和微流量表3的信號(hào)輸出端分別與控制器的信號(hào)接收端連接，控制器通過控制微型泵，使氣瓶I內(nèi)的氣體向毛細(xì)管5內(nèi)輸送，控制毛細(xì)管5底端生成氣泡8的過程，壓差表12實(shí)時(shí)測(cè)量毛細(xì)管5內(nèi)和測(cè)試箱體的內(nèi)腔之間的氣壓差，即實(shí)時(shí)測(cè)量毛細(xì)管5底端生成氣泡8的內(nèi)壓c和外壓a之間的氣泡8的內(nèi)外壓差Λ P,在測(cè)試箱體外殼上設(shè)有保護(hù)氣體入口 6和保護(hù)氣體出口 11，使氣泡8內(nèi)外的氣體皆為與被測(cè)液體試樣10不反應(yīng)的氣體，在測(cè)試箱體外殼上設(shè)有攝影用的透光性好的窗口，其材質(zhì)要求透光性好，在測(cè)試箱體外部設(shè)置圖像采集裝置7，控制器控制圖像采集裝置7，使圖像采集裝置7以毛細(xì)管5底端生成的氣泡8為拍攝記錄目標(biāo)進(jìn)行氣泡8的形成過程和形狀的圖像采集，進(jìn)而對(duì)氣泡8的半徑R進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0043]在本實(shí)施例中，由圖1?圖4所示，根據(jù)拉普拉斯方程可以推出表面張力的計(jì)算公式:


RAP
y —----------1 — 4
其中Y:表面張力，單位為mN/m ;R:氣泡半徑,單位為mm ; Δ P:內(nèi)壓c和外壓a的差壓，單位為Pa。只需測(cè)定出R和Λ P即可求出表面張力b。
[0044]參見圖1?圖4，利用本實(shí)施例裝置測(cè)定液體表面張力，的具體操作步驟如下:
(1)待測(cè)試樣的配制:超純水和市售純度99%的十二烷基硫酸鈉配制成質(zhì)量濃度(mass % )分別為:0.04,0.06,0.08,010的溶液，簡(jiǎn)稱SDS溶液，作為被測(cè)液體試樣10 ；
(2)測(cè)試溫度在25±0.5° C ；
(3)打開照相機(jī)；
(4)從測(cè)試箱體內(nèi)的保護(hù)氣體入口6處通入空氣；
(5)敞口容器9上升，使毛細(xì)管5蘸取被測(cè)液體試樣10之后，然后控制載物臺(tái)使敞口容器9下降；
(6)從氣瓶I通入空氣，調(diào)節(jié)通入氣體的速率，使氣體流速維持在0.lmL/s的速率；
(7)通過照相機(jī)記錄氣泡8從生成到破裂整個(gè)變化過程，然后根據(jù)照相機(jī)記錄的氣泡8圖像可測(cè)出氣泡8的半徑R ;可由測(cè)試箱體外部設(shè)置的差壓表12讀出氣泡8的內(nèi)壓和外壓差ΛΡ ;
(8)數(shù)據(jù)代入表面張力計(jì)算公式即可求出表面張力；
(9)重復(fù)試驗(yàn)十次，求平均值；
(10)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4;
(11)整理實(shí)驗(yàn)裝置。
[0045]在本實(shí)施例中，由圖1?圖4所示，本實(shí)施例裝置利用真球氣泡內(nèi)外的差壓測(cè)定液體表面張力，其原理由拉普拉斯公式推導(dǎo)出表面張力的計(jì)算公式，本實(shí)施例裝置的毛細(xì)管5插入密閉的測(cè)試箱體內(nèi)，氣體由氣瓶1，通過微型泵，然后分別經(jīng)過氣壓緩沖容器2的緩沖區(qū)和微流量表3進(jìn)入毛細(xì)管5，可以根據(jù)要求控制調(diào)整氣體的流速，并且該氣體與保護(hù)氣是同一種氣體，這樣可以消除氣體對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，同時(shí)要求該氣體與被測(cè)液體試樣10不發(fā)生反應(yīng)；測(cè)試箱體內(nèi)在毛細(xì)管5的正下方設(shè)置一載物臺(tái)，可以上下升降，其上方放置敞口容器9，用于盛放被測(cè)液體試樣10。在從氣瓶I通入氣體之前，敞口容器9上升，毛細(xì)管5蘸取適量被測(cè)液體試樣10之后，敞口容器9下降，然后從氣瓶I向毛細(xì)管5內(nèi)通入氣體，即可形成氣泡8 ;測(cè)試箱體外側(cè)設(shè)置有照相機(jī)，用于記錄氣泡8的形成過程和形狀圖像，然后可以用來測(cè)量氣泡8的半徑R ;測(cè)試箱體外側(cè)設(shè)置有差壓表12，其中差壓表12和通入毛細(xì)管5的氣體是連通的，這樣就可以直接讀出氣泡8的內(nèi)外壓力差ΛΡ，使表面張力的計(jì)算大大簡(jiǎn)化，同時(shí)提高了實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確度。本實(shí)施例裝置具有試樣用量少，對(duì)試樣潤(rùn)濕性無要求，測(cè)量速度較快，設(shè)計(jì)合理，使用方便，造價(jià)便宜，準(zhǔn)確度高，并且也可以用于測(cè)量液體的表面張力，提高了設(shè)備的利用率等優(yōu)點(diǎn)。
[0046]實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處在于:
參見圖1~圖4，本實(shí)施例裝置利用真球氣泡內(nèi)外的差壓測(cè)定液體表面面積粘性，其測(cè)試箱體外側(cè)還設(shè)置有攝像機(jī)，控制器控制攝像機(jī)，使攝像機(jī)以毛細(xì)管5底端生成的氣泡8為拍攝記錄目標(biāo)，進(jìn)行氣泡8的形成過程和形狀的圖像采集，進(jìn)而對(duì)氣泡8的半徑R進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。這樣就可以直接讀出氣泡8的內(nèi)外壓力差，使表面張力的計(jì)算大大簡(jiǎn)化，同時(shí)提高了實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確度。
[0047]在本實(shí)施例中，參見圖1~圖4，利用本實(shí)施例裝置測(cè)定表面面積粘度計(jì)算公式:

【權(quán)利要求】
1.一種表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，包括毛細(xì)管(5)，所述毛細(xì)管(5)豎直插入密閉的測(cè)試箱體內(nèi)，并豎直安裝在所述測(cè)試箱體外殼上，所述毛細(xì)管(5)的材質(zhì)與被測(cè)液體試樣(10)不發(fā)生反應(yīng)，其特征在于:在所述測(cè)試箱體內(nèi)，所述毛細(xì)管(5)的底端正下方設(shè)置裝載被測(cè)液體試樣(10)的敞口容器(9)，所述敞口容器(9)的材質(zhì)與被測(cè)液體試樣(10)不發(fā)生反應(yīng)，所述敞口容器(9)安裝在載物臺(tái)上，控制所述載物臺(tái)進(jìn)行上下升降，使所述毛細(xì)管(5)的底端接觸或脫離被測(cè)液體試樣(10)，使所述毛細(xì)管(5)底端蘸取被測(cè)液體試樣(10)，實(shí)驗(yàn)氣體由氣瓶(I)向所述毛細(xì)管(5)內(nèi)輸送，由氣體控制裝置控制所述毛細(xì)管(5)內(nèi)和密閉的容器內(nèi)的壓力，所述氣體控制裝置由氣壓緩沖容器(2)、微流量表(3)、末端管路(4)、壓差表(12)、控制器和相應(yīng)連接管道組成，所述氣壓緩沖容器(2)安裝在所述毛細(xì)管(5 )和所述氣瓶(I)之間的連接管道上，所述微流量表(3 )安裝在所述毛細(xì)管(5 )和所述氣壓緩沖容器(2)之間的連接管道上，所述末端管路(4)的兩端分別與所述毛細(xì)管(5)端和所述微流量表(3)連通，壓差表(12)的測(cè)量管路分別與所述毛細(xì)管(5)和所述測(cè)試箱體的內(nèi)腔連通，所述壓差表(12)和所述微流量表(3)的信號(hào)輸出端分別與所述控制器的信號(hào)接收端連接，所述控制器通過控制微型泵，使所述氣瓶(I)內(nèi)的氣體向所述毛細(xì)管(5)內(nèi)輸送，控制所述毛細(xì)管(5)底端生成氣泡(8)的過程，所述壓差表(12)實(shí)時(shí)測(cè)量所述毛細(xì)管(5)內(nèi)和所述測(cè)試箱體的內(nèi)腔之間的氣壓差，即實(shí)時(shí)測(cè)量所述毛細(xì)管(5)底端生成氣泡(8)的內(nèi)外壓之間的氣泡(8)的內(nèi)外壓差ΛΡ，在所述測(cè)試箱體外殼上設(shè)有保護(hù)氣體入口(6)和保護(hù)氣體出口( 11 )，使氣泡(8 )內(nèi)外的氣體皆為與被測(cè)液體試樣(1 )不反應(yīng)的氣體，在所述測(cè)試箱體外殼上設(shè)有攝影用的透光性好的窗口，在所述測(cè)試箱體外部設(shè)置圖像采集裝置(7)，所述控制器控制所述圖像采集裝置(7)，使所述圖像采集裝置(7)以所述毛細(xì)管(5)底端生成的氣泡(8)為拍攝記錄目標(biāo)進(jìn)行氣泡(8)的形成過程和形狀的圖像采集，進(jìn)而對(duì)氣泡(8)的半徑(R)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，其特征在于:所述圖像采集裝置(7)為具有高倍放大功能的照相機(jī)或攝像機(jī)，采用至少2倍放大倍數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)焦距的鏡頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，其特征在于:所述圖像采集裝置(7)生成的像素應(yīng)大于等于640X480。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項(xiàng)所述表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，其特征在于:氣泡(8)內(nèi)外是同一種氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項(xiàng)所述表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，其特征在于:所述圖像采集裝置(7)以圓度在95 %以上的氣泡(8)作為主要圖像采集目標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項(xiàng)所述表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，其特征在于:所述圖像采集裝置(7)以厚度在100 μ m以下的氣泡(8)作為主要圖像采集目標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任意一項(xiàng)所述表面張力和表面面積粘性測(cè)定裝置，其特征在于:通過所述微型泵向所述毛細(xì)管(5)輸送的氣體的流速控制在0.5 mL/S以下。
【文檔編號(hào)】G01N13/00GK104132870SQ201410327619
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】余仲達(dá), 張高祥, 鄭少波, 森安諒, 武部博倫, 向井楠宏 申請(qǐng)人:上海大學(xué)