Устройство для измерения поверхностного и межфазного натяжений на границе раздела двух сред

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

On ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 601602

5 "l )c;

" 6ч 4вии „Q > 4 f (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.10.75(21) 2182672/25 с присоединением заявки №(23) Приоритет— (43) Опубликовано05.04.78Áþëëåòåíü № 13 (45) Дата опубликования описания 14.03.78 (51) И. Кл.

501 N 13/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 543.542 (088.8) (72) Автор изобретения

В Н Сокочьский (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО

И МЕЖФАЗНОГО НАТЯЖЕНИЙ HA ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА

ДВУХ СРЕД

Изобретение относится к измерительной технике, а именно: к определению поверхностного и межфазного натяжений жидкостей, и предназначено для использования в лабораторной и цеховой практике во ланогих отраслях народного хозяйства — нефтяной, химической и топливной промышленностях, авиации, электронике и т.д.

Известны устройства для измерения поверхностного и межфазного напряжения.

Принципы их работы основаны либо на поднятии (истечении) жидкости в капиллярах разного диаметра, либо на отрыве кольца с известной величиной его периметра (11 .

Прибор по первому методу снабжен ря- ц .дом капилляров с известчыми диаметрами и отсчетным устройством — микроскопом или катетометрол . Разность высот подъема жидкости подставляется в известную формулу, по которой и определяется поверхностноещп натяжение. При определении л ежфазного натяжения используют шприц-микрометр (либо микробюретку) с острым, как иголка, кончиком, определяют вес или объем капли, которая медленно отрывается QT кончика

2 вертикально расположенного капилляра.

Капли отрываются, когда гравитационные усилия уравновешивают силу поверхностного или межфазного натяжения н по формуле:

G= 1 1 2)6 о

2тСг гЮ„ определяют величину натяжения. Здесь т „— радиус капилляра, Ч объем капли.

Приборы по второму методу имеют тонкое металлическое кольцо с известным периметром, подвешенное на одну сторону коромысла -ехнических весов. Это кольцо помешается на поверхности исследуемой жидкости. Вторая сторона коромысла нагружается разновесками до тех пор, пока кольцо не оторвется от поверхности жидкости.

Затем по формуле:

2F(d„- Q ) где F — вес разновесок, 6 — внешний диаметр кольца, 1т — толщина стенок кольца, равная разности его диаметров, определяют коэффициент поверхностного натяжения.

601602

Все перечиспен :ые виды приборов треF!vIoT вычи(nl .тепьных сп palIIIH ITo весьма неудобно и занимает значительную часть времени, 3То их основной недостаток. Другой недостаток заключается в том, что

5 они Не допускают набпюдения динамики изменения поверхностного натяжения.

Цепью изобретепия явпяется упрощение и у.скорение процесса измерений.

Дпя этого устройство содержит измери- 0 тельный сосуд с неподвижным электродом, расположенным ниже уровня границ раздела фаз, подвижный электрод, расположенный

ha механизме перемегцения сооснс с сосудом, источник напряжения, к которому подкпючены оба электрода, токовый измерительный приС ор, включенный последовательно с неподвижным электродом, и вольтметр, подключенный к источнику напряжения, причем измерительный сосуд снабжен крышкой с уплотнитель- 20 ными элементами.

1" 1ежду электродами возникают силы электростатическсгo взаимодействия, которые пропорциональны поверхностному на- 25 тяжению жидкости. Изменяя напряжение, :зменяют сипы взаимодействия. Повышая гпавно напряжение, увеличивают тем самым эти сипы и, поскольку эпектрод над DQBepхностью раздепа неподвижен, то жидкость щ под ним начинает притягиваться к нему, образуя вспучив ние. При этом можно достичь такой величины напряжения, когда произойдет разр..:в г оверхности вспучивания.

Сч -BHrll=i, это произойдет, когда силы элект- З5 ростатическсго взаимодействия будут равнь сипим и верхностного натяжения. Вопьтметр, измеряющий высоковольтное напряжь ш»(, припеженнОе к электродам пОкажет его вепичину, пр порциона-тьную силам по- 40 верхностного (меж(разного) натяжения и манж T быть отградуиров-"н непосредственно в гепичинах поверхностного натяжения.

На фи.-. 1 представпена функционапьная схема устройства для изб:ерения поверх- 45 н"стпсго и межфазного натяжений .; на фиг.

2 " кснструкция механйческой части грибор«, Ъ стройство для измерения г;оверхностноI o и межфазного натяжения представляет 50 собой измерительный сосуд 1,два ýnåêòðo-,a не-.сдвижный 2 и подвижный 3, распопеженные над сосудоМ на механизме перемегцения 4, которые подключены к клеммам источника высокого напряжения 5, к котс- 55 рым подсоединен вольтметр 6, выполняющий

polls прибора отсчета. Эту же роль гыпопняет и масштабная линейка 7 механизма перемещенич 4. Поспедоватепьно с электродом 2 вкгцсчен TozoBI»II прибор 8, который 60 обеспечивает регистрацию момента разрыва поверхности жидкости.

Измерительный сосуд 1 (фиг. 2) со встроенным электродом 2 закрыт уплотненной прокладкамикрышкой 9, сквозь которую проходит подвижный элек трод 3. По оси эпек трода распопожен подвижный штырь 10, калиброванный го длине, т.е. от нижней части электрода до выступающего конца строго определенная длина, например, 5 мм.

Этот штырь может убираться в тело электрода. Нижняя часть 11 электрода 3 выпопнена съемной, так, что между ней и телом электрода размещается уплотнитепьная прокладка. Сосуд 1 помещается в держатель

12, фиксирующий на кронштейне 13 из изс ляционного материала винтом 14, а к плате

15 — защелкой 16. Кронштейн 13 может о поворачиваться на 180 вокруг своей осевой линии на T-образном выступе, закреп.ленном под кольцами 17 к цолзуну 18. Последний мажет перемешаться вертикально в направляющих 19, закрепленных на кожухе

20. На ползуне 18 укреплена зубчатая рейка 21, находящаяся в зацеплении с шестерней 22, на оси 23 которой надета ручка

24 со стрелкой.

Попожение рейки 21, а следоватепьно, и электрода 3 фиксируется зажимом 25, управляемом ручкой 26.

Измерение поверхностного натяжения жидкости проводят следующим образом. В кювету 1 заливают до некоторого уровня исследуемую жидкость. Вращая ручку 24, опускают электрод 3 до Тех пор, пока штырь 10 своим выдвинутым нижним концом не прикоснется к поверхности жидкости. Штырь 10 вводят в гпубь электрода.

Такой г рием позволяет при многократных замерах устанавливать одно и То же расстояние, что весьма важно, так как сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между заряженными тепами. Кроме того, для данного расстОяния калибруют вольтметр непосредственно в единицах поверхностного натяжения.

Установив расстояние, включают источник высокого напряжения 5 и повышают напряжения. На поверхности жидкости возникает вспучивание и при определенной величине напряжения происходит разрыв вершины вспучивания. В этот момент прекращают повышение напряжения, фиксируют его величину и по. калибровочным граф..кам определяют поверхностное натяжение, а еспи вольтметр капиброван, то считывают показания со шкалы, Если сосуд и жидкость непрозрачны, то о разрыве вершины судят по откпонению (броску) стрелки токового

601602

5 прибора 8, включенного последовательно с одним из электродов.

Измерение межфаз ного натяжения двух . несмешивающихся жидкостей производится следующим образом. В кювету заливают первую жидкость и устанавгивают электрод

3 на заданное расстояние от поверхности жидкости с помощью штыря 10, как сказано выше. После поднятия штыря 1С заливают вторую жидкостную фазу. Включив ис- р точник высокого напряжения 5, поднимают напряжение до наступления разрыва вершины вспучивания границы раздела фаз, Момент которого определяют по отклонению стрелки токового прибора 8. При подготов- 15 ке пробы следует обращать внил:ание на го, что верхняя фаза всегда должна иметь меньшую проводимость, чем нижняя. Однако, не всегда возможно обеспечить такое расположение, так как фаза, которую следовало расположить внизу, может иметь меньшую плотность и при наполнении сосуда всплывает наверх, поэтому в приборе предусмотрен поворот сосуда на кронштейне 13 на 180о, таким образом, обеспечится положение неподвиж- 25 ного электрода 2 в фазе с высокой проводимостью, а подвижного 3 — в фазе с низкой. Так, например, при системе "нефтьвода" — нефть легче воды и имеет большее объемное сопротивление. Электрод 3 рас- 30 полагают в нефти. Если же вода- является бидистиллятом, т. е. с объемным сопротивлением,значительно более высоким чем у нефти, то электрод 3 располагают внизу, о путем поворота сосуда 1 на 180 . Именно 35 это определяет наличие уплотняюн:их элементов в крышке 9 сосуда и в нижней части электрода 3.

Использование устройства для измерения поверхностного и межфазного натяжений 4О позволяет значительно упростить процесс измерения, который сводится лишь к приготовлению пробы и регистрации результата на шкале прибора, исключив операции вычисления по формулам, как это требуется с существук шими приборал .и. Крол1е того, это устройство дает возможность наблюдать процесс изменения поверхностного натяжения в динамике, поскопьку измерение лгожно вести с интервалом 3-5 сек. Наряду с этим, это устройство позволяет вести замеры поверхностного и л.ежфазного натяжений в GQKt;bIтых непрозрачных сосудах и непрозрачных жидкостях, так как фиксация разрыв вершины вспучивания происходит по отклонению стрелки токового прибора 8. И, кроме того, в этом устройстве заложены возможности автоматизации процессов измерений.

Формула изобре гения

Устройство для измерения поверхностного и межфазного натяжений на границе раздела двух сред, о г л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью упрощения и ускорения процесса измерений, оно содержит измерительный сосуд с неподвижньгм электродом, расположенным ниже уровня границ раздела фаз, и подвижный электрод, распо ложенный на механизме пере.,:.ещения соосно с сосудом, источник напряжения, к когорому подключень. оба электрода, токовый измерительный прибор, включенный последовательно с неподвижным электродом, и вольтметр, подключенный к источнику напряжения, приче л, изл ерительный сосуд снабжен крышкой с уплогнительными элементами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Эмульсии. Под ред. Абрал зона А. А.

N "Химия", 1972, с. 165-168.

60 1602

18 2f

Ы ?б

25 юг. 2

Составитель С. Беловодченко

Техред М. Келемеы Корректор Е, Папп

Редактор Г, Авдейчик

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1651/6 Тираж 1112 Подписное!

ЛНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР

Ilo делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., g. 4/5