本实用新型专利技术公开了一种采用悬滴法全自动测量液体表面/界面张力的装置。本实用新型专利技术包括形成悬滴的毛细管，毛细管的两侧设有背景光源和摄像单元；所述的毛细管经第一管路连接有第一加液单元，第一加液单元和摄像单元连接有计算机；所述的第一加液单元配置具有入口端口和出口端口的流体阀，流体阀的出口端口与第一管路相连，流体阀的入口端口连接有第二管路，第二管路连接有第二容器。本实用新型专利技术不仅实现了液/流‑体系表面/界面张力值的全自动测量，而且提高了测量精度和稳定性，减少了人为因素的影响，为拓展液/流‑体系的表面/界面张力测量技术的应用奠定了基础。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种采用悬滴法全自动测量液/流-体系表面张力或界面张力的装置，属于液/流-体系的测量领域。
技术介绍
液/流-体系的表面张力或界面张力是由分子之间的相互(吸引)作用力引起的。表面/界面张力不但是一个重要的物质基本物理参数，而且在工业生产、日常生活和自然过程中都起着重要作用。如表面活性剂的研制和生产无论在工业应用、还是在人们的日常生活中，均相当重要，而其主要作用就在于有效和适时地降低体系的表面张力或界面张力，这对比如喷墨打印机使用的油墨的性能具有非常关键的影响，决定了产生的墨滴的铺展属性、从而打印的品质。工业生产过程中以及日常生活中经常遇到的泡沫和起泡现象，也同样地与表面活性剂的使用或介入和由此导致的表面/界面张力值密切相关。表面张力也与地球上的许多生命和自然现象紧密相关：人体肺部肺泡分泌的表面张力素能有效地降低肺泡的表面张力(至接近于0)，从而确保了人体呼吸的正常、有效进行；而水所具有的高表面张力值维持了植物从根茎往上输送水和养分。液体表面/界面张力的测量可采用传统的方法，如基于称量测力的平板法和吊(挂)环法(forcetensiometer)和基于测量压力差的气泡压力法(pressuretensiometer)，和现代的方法，如基于光学图像处理的悬滴法(opticalpendantdroptensiometer)。后者基于其在测量准确性、操作简便性和应用范围广泛性等方面的特点表现出在以下众多方面的优势：·测量的准确性和可靠性·测量值范围·在极端条件下，如高温、高压下，的测量·所需的液体量(越少越好)·既对静态测量、也对动态测量的适合性·既对液/气-表面张力测量、也对液/液-界面张力测量的适合性·测量含有表面活性剂溶液的表面/界面张力的适合性·测量含有各种不同化学物质(包括各种不同种类的表面活性剂)体系的适合性·测量粘度较高的溶液或液体的适合性·测量所需的总时间·测量的综合成本由于历史发展的原因，目前悬滴法虽然还未得到普及，但它完全具备足够的潜力，在绝大多数应用领域，取代或补充一些(或多数)传统的测量方法。但与当前商品化的悬滴法相比，传统的基于称量测力的平板法和吊环法测量技术在一个方面仍然拥有优势，那就是其全自动测量能力。当待测样品准备就绪后，这些传统方法可以全自动地完成单个测量、长时间动态测量(当采用平板法时)或整个系列的测量，后者可以被用来全自动地完成表面活性剂溶液的临界胶束浓度(CMC)的测量。而当前的悬滴法还不具备这样高的自动化程度。目前市场上的基于图像处理的光学悬滴法均依靠如图1所示的装置，来获得悬滴的正侧面(二维)轮廓(orthogonalsilhouette)图像。当悬滴处于流体静力学平衡状态时，其形状可由Laplace-Young方程描述。但后者只有在一些特殊边界条件下，如液滴呈现中心轴旋转对称性(rotationalaxissymmetry)时，才可以通过数值求解。一个只受到重力外力作用的、处于流体静力学平衡状态下的悬滴的形状由其体积(v)，二相之间的密度差(Δρ)和其表面/界面张力(γ)，以及悬滴与固体支撑物表面之间的接触直径(d)所决定。表面/界面张力与重力的力量比通常由毛细管参数(a)来表示，它只依赖于体系的属性和测量时的温度以及压力。上式中g为测量地的重力加速度。对于一给定的体系和测量条件(温度/压力)，其毛细管参数(a)虽为一定值，但不同的液滴体积(v)和接触直径(d)将影响和导致最终的液滴形状(见图2)。原则上，可以从一随意尺寸和形状的悬滴-只要其偏离球形而且呈现中心轴旋转对称性-的正侧面轮廓图像确定体系的毛细管参数(a)值。从后者，在已知体系的密度差和重力加速度的情况下，又可以进一步计算出表面/界面张力(γ)值。实验获得的悬滴正侧面轮廓图像，就如任何通过实验测量得到的物理量一样，总是带有一定的由测量系统和条件决定的测量误差。而这一测量误差将最终反映在计算得到的表面/界面张力(γ)值的测量误差上。但在这一误差传递过程中，误差的放大幅度是与液滴的形状显著相关的：通常情况下，悬滴形状越偏离球形，误差的放大幅度也就越小。所以在采用悬滴法测量时，对于给定大小的轮廓图像的(绝对)直接测量误差，计算得到的表面/界面张力测量值的精度(或误差)与液滴的形状有关；而对一定毛细管参数(a)值的液/流-体系和测量时使用的、一定尺寸(外径或内径d)的用于形成悬滴的毛细管，液滴的形状只与液滴的体积(或尺寸)有关。因此在实际测量中为了尽量提高表面/界面张力值测量的精度，有必要确保形成“适当”尺寸或/和形状的悬滴，使其尽量偏离球形。这里的“适当”是指尽量地大，但也不能太大以至悬滴不稳定、容易发生脱落或出现剧烈晃动。但这一措施同样也会带来实际操作上的困难：首先悬滴太大时容易发生脱落；其次即使对一开始时相当稳定的悬滴，当体系的表面/界面张力随着时间变小时，下降的表面/界面张力值将在一定时刻无法再支撑重力的作用而导致悬滴发生脱落。再者，若体系的表面/界面张力值，不管是出于何种原因，是随着时间升高的，那么开始时尺寸“适当”的一悬滴，在一定时间后，也可能不再大小“适当”。在完成了必要的准备工作后，当前的悬滴测量法的测量步骤通常是：在操作人员的密切观察下，通过(手动或自动)加液产生一个尺寸适当的悬滴。产生的悬滴不能太大，否则它会脱落；但也不能太小，因为这会导致测量的精度不高。而开始时的“适当”体积或者是依靠操作者的经验，或者是通过尝试来确定。在后一种情况下，操作者通过不断地增加液滴的体积直到它脱落为止，由此确定液滴的最大脱落前体积。然后选择一较小的体积，比如最大脱落前体积的约70-90％，来形成供进行测量用的液滴。在测量含有表面活性剂成分的体系时，由于这类体系的表面/界面张力值通常随着时间而下降，而且在开始阶段往往下降的速度和幅度都非常显著，这时就必须额外仔细地持续观察悬滴随着时间的变化，以防体系不断下降的表面/界面张力无法再支撑悬滴的重力作用而导致液滴脱落。对于这样的体系，要么开始时形成的悬滴尺寸不能太大，要么就得在仔细监视的过程中不时地减小悬滴的体积，以保证其不至发生脱落；要么当液滴在测量过程中脱落后，再形成一个体积更小的液滴来从头开始继续进行测量，以此往复，直到完成所要求的测量任务。所有这些都使得需要操作人员的深度介入和专心投入、延长了测量所需的时间，也使得测量方法无法应用于无人伴随和照顾的领域。因此，研发一款精度高、稳定性好、人为因素影响少的基于悬滴法的全自动测量液体表面/界面张力的装置，成为了业界亟待解决的课题。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供采用悬滴法全自动测量液体表面/界面张力的装置。本技术不仅实现了液/流-体系表面/界面张力值的全自动测量，而且提高了测量精度和稳定性，减少了人为因素的影响，为拓展液/流-体系的表面/界面张力测量技术的应用奠定了基础。为解决上述技术问题，本技术的技术方案如下：采用悬滴法全自动测量液体表面/界面张力的装置，包括形成悬滴的毛细管，毛细管的两侧设有背景光源和摄像单元；所述的毛细管经第一管路连接有第一加液单元，第一加液单元和摄像单元连接有计算机；所述的第一加液本文档来自技高网...
【技术保护点】
采用悬滴法全自动测量液体表面/界面张力的装置，其特征在于：包括形成悬滴的毛细管，毛细管的两侧设有背景光源和摄像单元；所述的毛细管经第一管路连接有第一加液单元，第一加液单元和摄像单元连接有计算机；所述的第一加液单元配置具有入口端口和出口端口的流体阀，流体阀的出口端口与第一管路相连，流体阀的入口端口连接有第二管路，第二管路连接有第二容器。
【技术特征摘要】
1.采用悬滴法全自动测量液体表面/界面张力的装置，其特征在于：包括形成悬滴的毛细管，毛细管的两侧设有背景光源和摄像单元；所述的毛细管经第一管路连接有第一加液单元，第一加液单元和摄像单元连接有计算机；所述的第一加液单元配置具有入口端口和出口端口的流体阀，流体阀的出口端口与第一管路相连，流体阀的入口端口连接有第二管路，第二管路连接有第二容器。2.根据权利要求1所述的采用悬滴法全自动测量液体表面/界面张力的装置，其特征在于：所述的第二容器内设有第四管路，第四管路连接有第二加液单元，第二加液单元连接有第三管...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋碧海，宋少佩，
申请(专利权)人：宁波新边界科学仪器有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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