基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置，该装置包括储液箱、橡胶管、出液管、定标尺、阻隔板、摄像头和显示器；储液箱经橡胶管与出液管连接；出液管的出口下方为阻隔板；所述定标尺与出液管平行设置；摄像头与出液管的出液口相对，且摄像头的电输出端与显示器相连接。本实用新型专利技术测量装置，基于表面毛细现象实现，可以使液体表面张力系数测量的相对误差降至1％以下；通过改进恒流发生装置(替代储液箱)的稳定性以及提高摄像设备的分辨率，甚至可以使液体表面张力系数测量的相对误差降至0.1％，从而大大降低液体表面张力系数测量误差，提高测量精确度。

Liquid surface tension coefficient measuring device based on surface capillary wave phenomenon

The utility model provides a device for measuring surface tension coefficient of liquid surface wave based on the capillary phenomenon, the device comprises a liquid storage tank, a rubber pipe, a liquid outlet pipe, scale, block board, camera and display; the liquid storage tank with rubber tube is connected with the liquid outlet pipe; the liquid outlet pipe outlet below the barrier plate; the fixed ruler and a liquid outlet pipe is arranged in parallel; the camera and the liquid outlet pipe of the liquid outlet of the relative electrical output and display, and the camera is connected. Measuring device of the utility model, the surface based on the capillary phenomenon, can make the relative error of measuring liquid surface tension coefficient below 1%; by improving the constant current generating device (instead of the liquid storage tank) improve the stability and resolution of the camera equipment, can even make the relative error of measuring liquid surface tension coefficient to 0.1%, thus greatly to reduce the measurement error of the liquid surface tension coefficient to improve the measuring accuracy.

【技术实现步骤摘要】
基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置
本技术属于物理量测量
，涉及液体表面张力系数的测量，具体涉及一种基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置。
技术介绍
液体表面张力，是作用于液体表面，并使液体表面积缩小的力；液体表面张力的大小可以用液体表面张力系数来描述，液体表面张力系数表示液体表面相邻两部分之间单位长度的相互牵引力；例如液面被长度为L的直线分成两部分，两部分之间的相互拉力F垂直于该直线，其大小与线段长度L成正比，即F＝σL。液体表面张力系数是表征液体性质的一个重要物理参数，其可以用来区分不同的液体种类、检测液体的纯度、解释自然现象(如润湿性)、测定液固之间的短期和长期效应、测定表面活性剂的吸附或扩散速率等，因此在物理、化学工程应用上具有重要意义。目前，常用的液体表面张力系数测量装置主要是基于以下测量方法：毛细管上升法、U型管法、挂环法(拉脱法)、威廉米平板法、最大气泡法、滴体积法、表面波法等；上述测量装置存在的主要问题是其测量结果的相对误差一般都大于1％，且影响因素较多，不确定度较高。
技术实现思路
本技术的目的在于针对目前液体表面张力系数测量方法普遍存在测量误差大的技术缺陷，提供一种基于表面毛细现象的液体表面张力系数测量装置，以减小液体表面张力系数测量误差，提高测量的精确度。经研究发现，一束稳恒射流沿竖直方向自由下落，撞击一块位于流体出射口下方的水平阻隔板时，可以观察到撞击点附近的液柱表面形成类似“驻波”的稳定周期性波形分布，即表面毛细波现象。液柱表面任意一点流速U与该点附近毛细波波长λ的关系为：式中，In(x)为n阶第一类修正型贝塞尔函数，此处n可取0和1；ρ为待测液体质量密度，r0为观察点处的液柱半径；U(λ)为液柱观察点的流速，λ为该点毛细波波长，σ为液体表面张力系数。上式变形可得液体表面张力系数表达式：因此通过测量待测液体密度ρ、观察点处的液柱半径r0、液柱观察点的流速U以及该点的毛细波波长λ，代入上述公式(1)便可以计算得到该待测液体表面张力系数σ。基于上述表面毛细波现象，本技术提供了一种基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置，该装置包括储液箱、橡胶管、出液管、定标尺、阻隔板、摄像头和显示器；所述储液箱经橡胶管与出液管连接；所述出液管的出口下方为阻隔板；所述定标尺与出液管平行设置；所述摄像头与出液管的出液口相对，且摄像头的电输出端与显示器相连接。上述基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置，所述阻隔板本身具有一定的硬度，在受到来自稳恒射流冲击时，阻隔板不易变形，阻隔板可以为亚克力板、玻璃板或者不锈钢板等；所述阻隔板经第一支架固定于盛液器内。上述基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置，所述摄像头经第二支架固定，使摄像头的摄像窗口与出液管的出液口相对，便于采集从出液管的出液口至阻隔板之间的液柱图像。上述基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置，所述出液管为摩尔管，摩尔管管口即为液柱出射口，由于摩尔管较长且管口呈收缩状，故液体从上管口流至出射口的过程中可以受到很好的缓冲作用，因此出射口处液柱能够稳定流出；另外，摩尔管管道加工越精细光滑，液体受到扰动越小，流出的液柱越稳定，从而易于毛细波现象的出现。上述基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置，所述出液管的出液口与阻隔板之间的距离L满足：0<L≤12cm，以形成一定长度的液柱，在此长度范围内，可以使液柱以一定的速度与阻隔板表面撞击，从而形成具有明显表面毛细波现象的液柱，若出液管出液口与阻隔板之间的距离过大，则液柱的速度会过大，导致毛细波波长过小，不宜于观察和测量。另外，液柱受到的扰动将会随着液柱速度的增大而被放大，不利于稳定毛细波的形成。上述基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置的工作原理为：测量时，装入储液箱的待测液体以恒定的流量经橡胶管进入出液管，从出液管射出的液体与位于出液管下方的阻隔板相撞击，形成具有表面毛细波现象的液柱，通过摄像头采集形成的液柱图像，可以从定标尺中直接读取相应观察点处的液柱半径r0以及该点的毛细波波长λ，然后根据由待测液体流量计算出的液柱观察点的流速U以及待测液体的密度ρ，将上述待测液体的密度ρ、观察点处的液柱半径r0、该点的毛细波波长λ与流速U代入公式(1)中，便可以计算得到待测液体的表面张力系数σ。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：1、本技术测量装置，基于表面毛细波现象实现，可使液体表面张力系数测量的相对误差降至1％以下；通过改进恒流发生装置(替代储液箱)的稳定性以及提高摄像设备的分辨率，甚至可以使液体表面张力系数测量的相对误差降至0.1％，从而大大降低液体表面张力系数测量的误差，提高测量的精确度。2、本技术测量装置，基于表面毛细波现象，设计独特，原理简单巧妙，相比于传统的测量装置，结构简单、成本低，适于在工程应用领域内推广。3、使用本技术测量装置对液体的表面张力系数进行测量，还具有操作难度低、测量方便、测量效率高等优势。附图说明图1为基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置的结构示意图。1-储液箱，2-橡胶管，3-出液管，4-定标尺，5-阻隔板，6-盛液器，7-摄像头，8-显示器，9-第一支架，10-第二支架，11-阀门。具体实施方式以下将结合附图对本技术各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术公开的内容，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下还可以其他实施例的方式实施本技术，这些实施例的实施方式都属于本技术所保护的范围。本实施例提供的基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置，结构如图1所示，该测量装置包括储液箱1、橡胶管2、出液管3、定标尺4、阻隔板5、摄像头7和显示器8；所述储液箱1经橡胶管2与出液管3连接；所述出液管3的出口下方为阻隔板5，所述出液管3出液口与阻隔板5之间的距离L为5cm，所述阻隔板5经第一支架9固定于盛液器6内；所述定标尺4与出液管3平行设置；所述摄像头7经第二支架10固定，使摄像头的摄像窗口与出液管3的出液口相对，且摄像头7的电输出端与显示器8相连接。本实施例中，采用的橡胶管2为恒定管径医用橡胶管；采用的出液管3为长度30cm的摩尔管；采用的阻隔板5为亚克力板。本实施例中，通过储液箱1与橡胶管2之间连接处的阀门11控制进入出液管3的液体流量；可以通过设定时间内储液箱1里液面高度变化计算出液体的流量Q。为了方便，也可以在储液箱1的出口处设置液体流量计，用于直接读取液体流量。本实施例中，定标尺4和出液管3通过实验支架夹紧固定，并使两者均沿竖直方向。采用上述测量装置测量待测液体的表面张力系数的过程为：(1)用水平仪将阻隔板5调整至水平，用悬挂法将出液管3调整至沿竖直方向，并确保两者相互垂直；调整定标尺4至其沿竖直方向，使其与出液管平行；将摄像头7利用第二支架固定，并调整至出液管3的出液口与阻隔板5之间区域位于摄像区域的屏幕中心(选用摄像头最好自带井字辅助线以检查定标尺与出液管是否沿竖直方向，并且所使用焦距内无畸变)；(2)使储液箱1内的液体以恒定的流量Q经橡胶管2进入出液管3，从出液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置，其特征在于包括储液箱(1)、橡胶管(2)、出液管(3)、定标尺(4)、阻隔板(5)、摄像头(7)和显示器(8)；所述储液箱(1)经橡胶管(2)与出液管(3)连接；所述出液管(3)的出口下方为阻隔板(5)；所述定标尺(4)与出液管(3)平行设置；所述摄像头(7)与出液管(3)的出液口相对，且摄像头(7)的电输出端与显示器(8)相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置，其特征在于包括储液箱(1)、橡胶管(2)、出液管(3)、定标尺(4)、阻隔板(5)、摄像头(7)和显示器(8)；所述储液箱(1)经橡胶管(2)与出液管(3)连接；所述出液管(3)的出口下方为阻隔板(5)；所述定标尺(4)与出液管(3)平行设置；所述摄像头(7)与出液管(3)的出液口相对，且摄像头(7)的电输出端与显示器(8)相连接。2.根据权利要求1所述基于表面毛细波现象的液体表面张力系数测量装置，其特征在于所述阻隔板(5)经第一支架(9)固定于盛液器(6)内。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：关国业，赵金瑜，林方，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：四川,51