Устройство для определения поверхностных свойств веществ

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ, содержащее цилиндрическую камеру для жидкости, снабженную крьпикой с вертикальным ножевым выходным отверстием , систему формирования капли жидкости из отверстия, расположенный в камере датчик давления, соединенный через усилитель сигнала с регистрирующим прибором, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения определения неравновесного краевого угла смачивания в процессе растекания жидкости на поверхности исследуемого вещества, оно дополнительно содержит кольцевую прокладку, расположенную на § крышке, а система формирования капли снабжена электродвигателем, управляемым блоком фиксации момента спада сигнала, который соединен с усилителем сигнала.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (! 1) 2 2 (51)4 G Ol N 13/02

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 36902 74 /24-25 (22) 18.01.84 (46) 15.08.85, Бюл, N 30 (72) А.Г.Иалько, И.С.Кисиль, И.Н,Билый и P.Â.Ñåëüñêèé (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа (5 3) 621. 386, 08 (088. 8) (56) Патент США 1(3525255, кл. G 01 N 13/02 опублик.1975.

Авторское свидетельство СССР

11 450994, кл.G 01 N 13/02,1972.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1045081, кл.G О! N 13/02,1981, (54) 67) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ, содержащее цилиндрическую камеру для жидкости, снабженную крышкой с вертикальным ножевым выходным отверстием, систему формирования капли жидкости из отверстия, расположенный в камере датчик давления, соединенный через усилитель сигнала с регистрирующим прибором, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройст-. ва путем обеспечения определения неравновесного краевого угла смачивания в процессе растекания жидкости на поверхности исследуемого вещества, оно дополнительно содержит кольцевую прокладку, расположенную на крышке, а система формирования капли снабжена электродвигателем, управляемым блоком фиксации момента спада сигнала, который соединен с усилителем сигнала.

262

1 1173

Изобретение относится к измерению поверхностных свойств жидкостей и твердых. тел, в частности поверхностного натяжения жидкостей, кинетики смачивания жидкостью твердого тела, S краевого угла смачивания, и может най" . ти широкое применение для определения физико-химических свойств веществ в лабораторных условиях.

1О

Целью изобретения является расши-, рение функциональных возможностей уст. ройства путем обеспечения определения неравновесного краевого угла смачивания в процессе растекания жид-15 кости на поверхности исследуемого— вещества.

На фиг.l приведена схема предложенного устройства» на фиг.2 — временная диаграмма его работы. 20

Устройство для измерения поверхностных свойств веществ состоит из корпуса 1, внутри которого расположена измерительная камера 2. В нижней части. камеры 2 установлен мембранный тензорезистивный датчик давления 3. Система формирования капли включает в себя плунжерную пару, состоящую из плунжера 4 и цилиндра 5, впрессованного в корпус. >0

Плунжер и цилиндр находятся в резьбовом соединении, что обеспечивает поступательно-вращательное движение плунжера при его повороте. Ппунжер с помощью подвижной муфты 6 соединен с реверсивным электродвигателем 7.

В измерительной камере 2 установлена крышка 8, которая выполнена совместно с ножевым капилляром 9 и термостатом

10. На крьнпке установлена калибро- 40 ванная по толщине прокладка ll c отверстием по центру, на которую устанавливают твердый образец 12 исследуемой поверхностью вниз. Иссле" дуемый образец 12 и прокладка 11 45 закрыты сверху стаканом 13 с отверстием для уменьшения испарения исследуемой жидкости. Крышка 8 герметично соединена с корпусом 1 с помощью накидной гайки 14. Обработка 50 электрического сигнала, снимаемого с датчика давления 3, производится с помощью электронных блоков: измерительного усилителя 15, блока 16 фиксации момента спада сигнала, 55 блока 17 запоминания максимального значения сигнала и блока 18 градуировки. Выходная информация регистрируется с помощью регистрирующего прибора 19.

Измерение поверхностных свойств предложенным устройством производят следующим образом.

При снятой крышке 8 и выведенном иэ измерительной камеры 2 плунжере 4 заливают в нее исследуемую жидкость. Крышка 8 вставляется в гнездо и с помощью накидной гайки 14 добывается герметичность.

На крьппку устанавливают шайбу 11, на шайбу ll — любой твердый материал

12 (например, стекло) с плоской поверхностью, покрытой предварительно тонким слоем исследуемой жидкости со стороны ножевого капилляра. Нажатием кнопки В через блок 16 фиксации момента спада сигнала включают электродвигатель 7. При этом автоматически устанавливается нулевое значение выходного сигнала блока 17 запоминания максимума. Вращение дви- . гателя 7 приводит к перемещению плунжера .4 вовнутрь измерительной камеры 2, что вызывает рост капли 20 на торце капилляра 9. В результате происходит увеличение давления P в капле на уровне ее основания и, соответственно, сигнала на выходе измерительного усилителя 15 (фиг.2).

В момент соприкосновения капли со смоченной поверхностью 1= Т начинает

1 образовываться жидкостный мостик, что приводит к резкому падению давления P и соответствующего ему сигнала LI< . Этот момент фиксируется блоком 16 фиксации момента сигнала, что приводит к отключению напряжения питания электродвигателя 7. Сигнал соответствующий максимальному значению давления P., запоминается блоком 17. Давление Р„ соответствует о краевому углу смачивания Q, -180 или со 8<= -l. Значение этого давления регистрируется вторичным прибором, когда переключатель П2 находится в положении "2" ° Поверхностное натяжение исследуемой жидкости 6 прн фиксированном значении отношения h / где И вЂ” расстояние между торцом капилляра и смоченной поверхностью твердого образца, y — радиус капилляра, является однозначной функцией давления Р„ . Например, при И /P = 0,75 указанная зависимость имеет следующий вид:

0,29L 4 h3 P + 0,5243 Р„К, (1) 1173262 4

Так как между давлением в жидкостном мостике P и косинусом угла смачивания жидкостью твердого образца существует линейная завии симость, то любое текущее значение угла смачивания в образующемся жидкостном мостике может быть рассчитано с помощью зависимости

Поэтому при проведенной градуировке на регистрирующем приборе 19 отображается кинетика смачивания жидкостью твердого тела от момента их соприкосновения до установления краевого угла смачивания непосредственно в виде временной зависимости сси 8 = f H ) ..При этом со 8 изменяется от "-1.00" .момент соприкосновения) до косинуса краевого угла смачивания со 9 . При > н на регистрирующем приборе 19 отображается динамика краевого угла смачивания, происходящая после прекращения процесса кинетики смачивания.

Исследование процесса смачивания .других твердых образцов этой же

30 жидкостью производят аналогично описанному. Дополнительной градуировки при этом не требуется. Процесс исследования заключается только в смене образцов с последующим нажад тием кнопки В. При переходе на другую жидкость градуировка устройства необходима. где — разность удельных весов исследуемой жидкости и окружающей среды.

После прекращения процесса растекания, t >g между торцом капилляра смоченной поверхностью устанавливает ся равновесный жйдкостной мостик, причем краевой угол смачивания на границе раздела исследуемой жидкости и смоченной этой же жидкостью поверх- 1О ностьи всегда равен нулю, т.е. со = 1.Этому состоянию смачиваемости давление на уровне основания жидкостного мостика соответствует значению Р, а сигнал на выходе блока измерительного усилителя 15 — Ы

После этого устанавливают переключатель П2 в положение "1" и с помощью блока 18 градуировки смещением его нуля и изменением коэффициента усиления при соответствующих положениях переключателя Пl достигают такого состояния, чтобы сигналу U на выходе блока 15 на шкале регистрирующего прибора 19 соответствовало показание "-1.00", а сигналу 0 на выходе блока 17 - показание "+1.00".

После этого заменяют предварительно смоченный материал исследуемым

1 твердым образцом. Устанавливают переключатели П2 и Пl в положение

"1". Аналогично описанному производят включение двигателя 7 с помощью кнопки В, который останавливается в момент соприкосновения капли исследуемой жидкости с исследуемой поверхностью твердого образца. р. (2) сe- р Р р р

1173262 г и

ces8

Cgf У щ . г

Составитель А.Кошеев

Редактор С,Тимохина Техред И.Асталош Корректор О.Тигор

Заказ 5042/4! Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l/3035,Москва,Ж-35,Раушская наб,,д,4/5

Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул.Проектная,4