УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1995 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к физико-химическим методам анализа и может быть использовано в фармацевтической, химической и других видах промышленности, экологии и медицине для определения поверхностного натяжения (ПН) жидкостей.

Известны капилляры и катетометры, применяемые для определения ПН путем измерения высоты подъема жидкости в капиллярах известного диаметра.

Наиболее близким к изобретению является устройство, состоящее из кюветы, расположенной в блоке термостабилизации, блока капилляров из электропроводных пластин, разделенных диэлектриком, крайние пластины которого соединены последовательно с источником и измерителем параметров переменного тока.

Недостаток данного устройства заключается в том, что при определении высоты подъема жидкости в капилляре из измеренного значения электрического параметра блока капилляров содержащейся между пластинами жидкостью вычитается значение, обусловленное глубиной погружения пластин блока в жидкость, которое вычисляется по заданной глубине погружения пластин и электрическим параметрам жидкости и пластин блока.

Для соблюдения заданной глубины погружения пластин блока необходимо заполнить кювету исследуемой жидкостью точно до уровня контрольной отметки, а так как заполнение производится под визуальным контролем, это снижает точность измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство, содержащее кювету с исследуемой жидкостью, находящуюся в блоке термостабилизации, блок капилляров из электропроводных пластин или концентрических электропроводных трубок, разделенных диэлектриком, который включен в цепь с источником тока и измерителем электрических параметров, в отличие от известного устройства снабжено блоком из электропроводных пластин или концентрических электропроводных трубок, разделенных диэлектриком, зазор между которыми исключает капиллярный эффект. Этот блок также включен в цепь с измерителем электрических параметров.

При этом с целью повышения точности измерений за счет уточнения удельных электрических параметров исследуемой либо стандартной жидкости устройство может быть снабжено погружным блоком из электропроводных пластин или концентрических электропроводных трубок, включенным в цепь с измерителем электрических параметров.

Повышение точности при этом достигается благодаря тому, что электрические параметры стандартной жидкости определяются аналогичным устройством тем же способом, которым производятся измерения, по значению которых определяется ПН жидкости. Кроме того, наличие погружного блока позволяет исследовать электропроводную жидкость с известной плотностью без применения стандартной жидкости, непосредственно заливая ее в кювету и, измерив ее удельные электрические параметры при помощи погружного блока, измерять ее высоту подъема в капиллярах. Это позволяет избежать погрешности при измерениях, обусловленных разностью полей в контактной зоне между слоями исследуемой и стандартной жидкости, что также повышает точность измерений за счет устранения контактной разности потенциалов.

На фиг. 1 4 представлен вариант устройства с блоками из параллельных электропроводных пластин; на фиг. 5 и 6 вариант устройства с блоками из концентрических электропроводных трубок.

Уcтройство включает блок 1 капилляров; блок 2 из электропроводных пластин с зазором, исключающим капиллярный эффект; погружной блок 3 из электропроводных пластин, разделенных диэлектриком, кювету 4 из несмачиваемого материала, прибор 5 измеряющий электрические параметры с встроенным источником переменного тока (в данном случае измеритель электрического cопротивления, например измеритель Е 7-13), блок 6 термостабилизации.

Блоки 1, 2, 3 выполнены из одинаковых электропроводных пластин 7 с шириной а, причем нижние края пластин 7 блоков 1 и 2 находятся на одном уровне. Пластины 7 блоков 1 и 2 соединены коробчатой обоймой 8 из диэлектрика, которая полностью покрывает наружные поверхности крайних пластин обоих блоков и соединяют пластины по боковым кромкам на высоте, не достигаемой столбами жидкости в капиллярах, создавая между пластинами зазоры d в блоке 1 и зазоры C в блоке 2. На обойме 8 имеются выступающие наружу кронштейны 9, которые при установке блока в кювету 4 заходят в вертикальные прорези на кромках стенок кюветы, чем фиксируется взаимное расположение блоков и кюветы. Погружной блок 3 состоит из симметричных пластин, причем блок может быть полностью погружен в исследуемую жидкость или поднят выше ее уровня. Крайние плаcтины каждого из блоков подключены к измерителю электрического сопротивления 5.

На фиг. 6 и 5 представлен вариант устройcтва, в котором блоки выполнены из концентрических электропроводных трубок 10 в трубчатой обойме 11 из диэлектрика вокруг боковой поверхности блока. Блоки включаются в электрическую цепь последовательно через внешнюю и внутреннюю трубки блоков.

Устройство работает следующим образом.

Кювету 4 площадью 5026,5 мм², расположенную в блоке 6 с заданной температурой, заполняют стандартной жидкостью с известными плотностью и удельной электропроводностью (например, 0,9% раствором хлорида натрия) той же температуры до фиксированного уровня. На поверхность исследуемой жидкости наслаивают 0,05 мл исследуемой жидкости. Через 5 мин (время, достаточное для формирования поверхностного слоя) блоки 1 и 2 опускают в кювету до погружения пластин в жидкость на 2-3 мм и включают измеритель электрического сопротивления 5. На крайние пластины 7 блоков подают переменное напряжение 0,2-1,5 В с частотой 1-20 кГц и измеряют электрическое сопротивление блоков с содержащейся между пластинами жидкостью.

В случае, если в кювете содержится только исследуемая жидкость, после описанных выше измерений в кювету опускают блок 3 до полного погружения в жидкость и включают измеритель электрического сопротивления 5. На две соседние пластины блока подается переменное напряжение 0,2-1,5 В с частотой 1-20 кГц и измеряют значение электрического сопротивления между ними и жидкостью.

Удельное сопротивление жидкости (R_уд.ж.) вычисляют по формуле
R_уд.ж. R_изм ˙ S/d, где R_изм измеренное электрическое сопротивление блока 3;
S площадь;
d зазор между пластинами.

Высота h подъема столба жидкости в капилляре определяется по разности высоты h₁ столба жидкости в капилляре от нижнего края пластин и глубины h₂ погружения блока капилляров в жидкость.

h h₁ h₂
Измеренное сопротивление R₁ блока капилляров составляет
R₁= · где R_уд.м. удельное электрическое сопротивление металла пластины блока;
d зазор между пластинами;
n₁ число капилляров в блоке;
a ширина пластин блока;
b толщина пластин блока;
n₁ + 1 количество пластин в блоке.

Отсюда
h₁=
Измеренное сопротивление R₂ блока 2 составляет
R₂= + где C зазор между пластинами блока;
n₂+1 число пластин блока. Отсюда
h h₁-h₂= А так как коэффициент ПН для плоских капилляров в случае полного смачивания материала капилляра составляет
σ ρg h d/2 где ρ плотность жидкости;
h высота подъема столба жидкости;
g ускорение свободного падения;
d расстояние между пластинами, то
σ
В случае, если производится исследование жидкости, наслоенной на стандартный раствор, показатель R_уд.ж. заменяется показателем R стандартной жидкости, в остальном вычисления производятся также.

Использование: в аналитической технике, в частности в устройствах для определения поверхностного натяжения жидкости. Сущность изобретения: устройство содержит кювету с жидкостью, расположенную в блоке тепмостабилизации, блок капилляров из электропроводных пластин или концентрических электропроводных трубок, разделенных диэлектриком, блок из электропроводных пластин или концентрических электропроводных трубок установлен с зазором между ними с исключением капиллярного эффекта. Погружной блок из электропроводящих пластин или концентрически электропроводящих трубок включен в цепь с измерителем электрических параметров и источника тока. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, содержащее кювету с жидкостью, расположенную в блоке термостабилизации, блок капилляров из электропроводных пластин или концентрических электропроводных трубок, разделенных диэлектриком, который включен в цепь с измерителем электрических параметров и источником тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, устройство снабжено блоком из электропроводных пластин или концентрических электропроводных трубок, установленных с зазором между ними, включенным в цепь с измерителем электрических параметров. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено погружным блоком из электропроводных пластин или концентрических электропроводных трубок, включенным в цепь с измерителем электрических параметров.