基于液滴轮廓曲线两测量点的液体表面张力的测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于液滴轮廓曲线两测量点的液体表面张力的测量方法，该方法采用图像采集设备摄制液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片或液滴悬挂于水平放置的轴对称辅助支承表面下的图片，对图片进行处理提取液滴轮廓曲线；在液滴轮廓曲线上选定两测量点并测量出两测量点间的竖直距离、过测量点的水平线与液滴轮廓曲线交点间的距离、液滴轮廓曲线在两测量点处的切线与水平线间的夹角；根据液滴轮廓曲线计算出两测量点所在的水平面之间的液体体积；然后直接计算出液体的界面张力。本发明专利技术对液滴轮廓曲线直接测量计算得到液体的界面张力，不需要复杂的数值模拟过程辅助。可实现液滴轮廓曲线顶点发生缺失或局部轮廓曲线缺失时对液体界面张力的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及液体性能测试
，特指一种通过测量轴对称液滴轮廓曲线上的 两选定测量点处的几何参数和计算两测量点间的液体体积从而实现液体界面张力测量的 方法，其适用于座滴法中所测量的液体形成的小液滴能在辅助测量平台表面具有大于90° 接触角的情况或利用悬滴法获取的液滴轮廓曲线的最大宽度(液滴轮廓曲线与一条水平直 线相交的两交点之间的距离的最大值)位置不在轴对称辅助支承表面上的情况下的液体界 面张力的测量，尤其适用于仅具有小体积量的液体界面张力以及极端条件如高温高压(或 低压)条件下的液体界面张力的测量分析。
技术介绍
液体界面张力是液体物质的一个重要特性，在化工、医学、材料、生物等领域受到 广泛关注。因此，对液体界面张力的测量与控制是工程界的一个重要课题。目前，液体界面张力测量主要采用的滴外形法[A. ff. Adamson andA. P Gast, Physical Chemistryof Surfaces (Wiley, New York, 1997), p. 362.]需要通过比较的 理论液滴轮廓曲线和实验液滴轮廓曲线来得出液体的界面张力，其中求解理论液滴轮廓曲 线时需要对微分方程进行求解，同时需要选择合适的表达吻合度的参数[M. Hoorfar and A. ff. Neumann, Adv. Colloid Interf. Sc1. 121, 25 (2006)]，使得在选定合理参数的情况下 计算出的理论液滴轮廓曲线能够与实验液滴轮廓曲线实现较好的吻合。这种比较过程使得 该方法不够直接，而且涉及到求解微分方程，不利于一般专业技术人员的实施。为实现直接 的液体界面张力测量，我们提出了 “基于轴对称液滴轮廓曲线和重量的液体界面张力测量 方法”和“基于轴对称液滴轮廓曲线和体积的液体表面张力测量方法”。通过这两种方法仅 需要测量液滴轮廓曲线的几个直观的几何参数和重量(或计算体积)，即可通过公式直接计 算出液体的表面张力。然而，这两种方法的实现有赖于液滴轮廓曲线顶点清晰可辨，这限制 了这两种方法的应用范围一方面，由于测试过程中光照的影响，液滴轮廓曲线在顶点处的 轮廓可能会发生缺失的现象，此时难以获取液滴轮廓曲线在顶点处的曲率半径和液滴的高 度，从而使测量方法失效；另一方面，液滴轮廓曲线在顶点处的曲率半径是通过近似计算的 方法得到的，是在假设液滴在顶点附近局部区域内的曲面为理想球面的基础上计算的，但 实际上液滴受到重力的作用会发生变形从而使液滴的曲面与理想球面间有偏差，这会影响 到测量结果。为此，本专利技术拟通过设定两测量点的方法来实现液体界面张力的测量和计算，其 中仅需要测量与液滴轮廓曲线相关的长度量和液滴轮廓曲线在设定的测量点处的切线的 角度量而不需要计算液滴轮廓曲线在顶点处的曲率半径，使测试结果具有更好的确定性， 同时也适用于液滴轮廓曲线在顶点处发生缺失的情况下的液体界面张力的测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通过测量轴对称液滴轮廓曲线上与两个选定测量点相关的几何参数和过两测量点的水平面之间的液体体积来实现液体表面张力直接测量的方法，实现广泛微量液体以及高温高压等严峻环境下液体的界面张力测量，尤其可实现液滴轮廓曲线在顶点处出现局部缺失情况下的液体界面张力的测量。本专利技术按下述技术方案实现—种基于液滴轮廓曲线与选定的两测量点相关的几何参数和体积的液体界面张力测量方法，是采用图像采集设备(如接触角测量仪、CCD)摄制液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片(座滴法)或液滴悬挂于水平放置的轴对称辅助支承表面下的图片(悬滴法)，对图片进行处理提取液滴轮廓曲线；在液滴轮廓曲线上选定两测量点并测量出与两测量点相关的液滴轮廓几何参数；根据液滴轮廓曲线计算出两测量点所在的水平面之间的液体体积；将测量的几何参数和计算的液体体积代入本专利提供的计算公式即可直接计算出液体的界面张力。上述方法中，测量的液滴轮廓曲线的主要几何参数是以两测量点为基准的几何参数，包括两测量点间的竖直距离H、过测量点的水平线与液滴轮廓曲线交点与该测量点之间的距离2r、液滴轮廓曲线在第一测量点处的切线与水平线间的夹角Θ i以及液滴轮廓曲线在第二测量点处的切线与水平线间的夹角Θ 2这几个简单几何参数。上述方法中，两测量点所在的水平面之间的液滴体积通过公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于液滴轮廓曲线两测量点的液体表面张力的测量方法，是：采用图像采集设备摄制液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片或液滴悬挂于水平放置的轴对称辅助支承表面下的图片，对图片进行处理提取液滴轮廓曲线；在液滴轮廓曲线上选定两测量点并测量出两测量点间的竖直距离、过测量点的水平线与液滴轮廓曲线交点间的距离、液滴轮廓曲线在两测量点处的切线与水平线间的夹角；根据液滴轮廓曲线计算出两测量点所在的水平面之间的液体体积；然后根据下述公式直接计算出液体的界面张力：当液滴轮廓曲线提取于液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片时，界面张力计算公式是：γ=ρgV-πρgr2H2πr(sinθ2-sinθ1),当液滴轮廓曲线提取于液滴悬挂于水平放置的轴对称辅助支承表面下的图片时，界面张力计算公式是：γ=πρgr2H-ρgV2πr(sinθ2-sinθ1),其中γ为液体表面张力，ρ为液体的密度，g为重力加速度，r为液滴轮廓曲线与过选定测量点的水平面的交点与该测量点之间距离的一半，H为两测量点间的竖直距离，V为过两测量点水平面间所夹的液体体积，θ1为液滴轮廓曲线在第一测量点处的切线与水平线间的夹角，θ2为液滴轮廓曲线在第二测量点处的切线与水平线间的夹角。...

【技术特征摘要】
1.一种基于液滴轮廓曲线两测量点的液体表面张力的测量方法，是采用图像采集设备摄制液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片或液滴悬挂于水平放置的轴对称辅助支承表面下的图片，对图片进行处理提取液滴轮廓曲线；在液滴轮廓曲线上选定两测量点并测量出两测量点间的竖直距离、过测量点的水平线与液滴轮廓曲线交点间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：