Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей

 

Использование: в измерительной технике для измерения коэффициентов поверхностного натяжения жидкостей. Сущность изобретения: способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей включает формирование пленки жидкости на рамочном держателе, чать которого выполнена подвижной, и измерение силы, действующей на подвижную часть рамки, по величине которой определяют коэффициент поверхностного натяжения. При этом подвижную часть рамки выполняют в виде нити из электропроводной резины, измеряют электрическое сопротивление нити, по изменению величины которого определяют силу, действующую на нить. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и обогащению полезных ископаемых, а более конкретно - к способам и средствам измерения коэффициентов поверхностного натяжения флотореагентов и флотационных жидкостей, суспензий, вспенивателей и других продуктов и может быть использовано для автоматического управления процессами мокрого обогащения полезных ископаемых.

Известен способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, заключающийся в том, что формируют каплю жидкости на кольцевом держателе, возбуждают вынужденные капиллярные колебания капли, измеряют частоту вынуждающей силы, измеряют амплитуду колебаний и по резонансному увеличению амплитуды определяют собственную частоту основной гармоники колебаний, в котором для повышения точности измерения путем исключения ошибок, связанных с возникновением неосновных гармоник колебания возбуждают переменным электрическим полем, создаваемым с помощью двух цилиндрических электродов, расположенных на оси кольцевого держателя, причем диаметр цилиндрических электродов и их расстояние от поверхности капли превышают половину диаметра капли [1].

Недостатками известного способа являются низкая точность из-за малой чувствительности и низкая надежность работы из-за высокой сложности, а также дороговизна реализации способа.

Известен способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, включающий формивование пленки жидкости на рамочном держателе, часть которого выполнена неподвижной, и измерение силы, действующей на подвижную часть рамки, по величине которой определяют коэффициент поверхностного натяжения [2].

Недостатками известного способа являются низкая точность из-за малой чувствительности к величине поверхностного натяжения и сложность определения коэффициента поверхностного натяжения по величине малой силы на подвижную часть рамки.

Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения чувствительности при одновременном упрощении определения коэффициента поверхностного натяжения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, включающем формирование пленки жидкости на рамочном держателе, часть которого выполнена подвижной, и измерение силы, действующей на подвижную часть рамки, по величине которой определяют коэффициент поверхностного натяжения, подвижную часть рамки выполняют в виде нити из электропроводной резины, измеряют электрическое сопротивление нити, по изменению величины которого определяют силу, действующую на нить.

На чертеже приведена схема устройства для реализации способа определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей.

Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей реализуется следующей последовательностью операций; на держателе, часть которого выполнена из нити электропроводной резины, формируют каплю жидкости, например, окунанием держателя в контролируемую жидкость; после формирования пленки жидкости, например, после извлечения держателя из жидкости, измеряют электрическое сопротивление нити; по величине электрического сопротивления нити определяют коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

Устройство для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей состоит из проволочного держателя 1, выполненного, например, в виде части окружности, часть которого выполнена из нити 2 электропроводной резины, концы которой крепежными элементами 3 и 4 соединены с держателем. Концы нити 2 проводниками 5 и 6 соединены со входами омметра 7. В нормальном состоянии при отсутствии пленки 8 жидкости нить 2 занимает показанное пунктиром положение 9.

Для определения коэффициента поверхностного натяжения держатель 1 окунают в жидкость и вынимают из жидкости. При этом между держателем 1 и нитью 2 образуется пленка 8 жидкости. Со стороны пленки жидкости на держатель 1 и нить 2 будут действовать силы, направленные к центру держателя 1. Так как держатель 1 выполнен жестким проволочным, то этих сил недостаточно для деформации держателя. Нить под действием сил пленки жидкости будет втягиваться к центру держателя 1 и примет форму части окружности как это показано на фиг. 1.

Сила поверхностного натяжения пленки жидкости, действующая на нить 2 по всей ее длине, стремится обеспечить минимальную поверхность пленки. Величина силы на каждый участок нити в любой момент времени одинакова, а сама сила всегда направлена перпендикулярно нити в сторону пленки. Под действием сил поверхностного натяжения пленки жидкости нить 2 удлиняется. Удлинение нити 2 прекращается в тот момент, когда силы поверхностного натяжения жидкости на нить уравновесятся упругими силами растяжения нити. Момент этого равенства и показан на фиг. 1.

Нить 2 при растяжении силами поверхностного натяжения пленки жидкости работает в пределах упругих деформаций когда: с одной стороны, удлинение нити согласно закону Гука пропорционально приложенной к нити силе, а, с другой стороны, когда объем нити в любой момент времени остается постоянным так, что произведение длины нити l на ее поперечное сечение S остается постоянным V=lS=const. Поэтому при увеличении длины нити в n раз ровно в n раз уменьшается ее поперечное сечение. Известно, что сопротивление любого проводника, каковым является и нить 2, прямо пропорционально его длине l и удельному сопротивлению ρ и обратно пропорционально поперечному сечению S, то есть численно равно R= ρ l/S.

Поэтому с ростом коэффициента поверхностного натяжения σ в 2 раза в те же 2 раза увеличивается действующая на нить сила F и в те же 2 раза увеличивается длина нити от l до 2l, а для обеспечения постоянства объема нити ее сечение уменьшается в 2 раза от S до S/2 и в результате согласно формуле (1) сопротивление нити увеличивается уже в 4 раза. В общем случае n-кратного увеличения l сопротивление нити увеличивается в n² раз. Таким образом, в данном способе по сравнению с известными, где в лучшем случае сигнал увеличивается не более чем линейно с увеличением коэффициента поверхностного натяжения, обеспечивается n-кратное увеличение чувствительности.

Для проведения измерений поверхностного натяжения жидкостей с помощью показанного на фиг. 1 устройства его градуируют. Способ градуировки заключается в приведение в однозначное соответствие показаний омметра 7 со значениями коэффициента поверхностного натяжения контролируемой жидкости. Поэтому шкала омметра 7 должна быть квадратичной, чтобы квадрат изменения сопротивления соответствовал линейному изменению коэффициента поверхностного натяжения жидкости.

Преимуществами способа по сравнению с известными являются: в раз увеличена чувствительность и за счет этого в раз увеличена точность определения коэффициента поверхностного натяжения; повышена надежность работы по внезапным отказам за счет исключения дополнительных операций и блоков и узлов, снижена стоимость устройства за счет более чем двукратного его упрощения. Повышение точности при одновременном упрощении свидетельствует о преодолении технического противоречия.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, включающий формирование пленки жидкости на рамочном держателе, часть которого выполнена подвижной, и измерение силы, действующей на подвижную часть держателя, по величине которой определяют коэффициент поверхностного натяжения жидкости, отличающийся тем, что подвижную часть держателя выполняют в виде нити из электропроводной резины, измеряют электрическое сопротивление нити, по изменению величины которого определяют силу, действующую на нить.

РИСУНКИ

Рисунок 1