УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТЕЙ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2014 года по МПК G01N13/00 

Изобретение относится к области поверхностных явлений и может быть использовано для оценки свойств жидкостей, различных поверхностей и свойств веществ в разных отраслях промышленности и в том числе в нанотехнологиях и порошковой металлургии.

Известно только одно техническое решение, которое по технической сущности является наиболее близким к заявляемому изобретению, - это устройство для определения дальности распространения микроволн по поверхности слоя жидкости, в котором с помощью механических воздействий (падение капли жидкости) на поверхность жидкости генерируются микроволны, распространение которых фиксируется видео- или кинокамерами. Это устройство можно использовать также и для исследований свойств материалов методом перемещения жидкости поверхностно-активными веществами. Устройство содержит стол, устанавливаемый горизонтально, плоскопараллельную пластину с объектом-препаратом, узел для нанесения на объект-препарат поверхностно-активного вещества, выполненный в виде капельницы с капилляром, бюретку для заполнения ограничительной фигуры объекта-препарата для создания слоя жидкости известной толщины, осветитель рассеянного света с установленной на нем индикаторной сеткой и видеокамеру или кинокамеру, (см. патент RU №2362979, МГЖ G01H 9/00, опубл. 27.07.2009 г., бюл. №21).

Недостатком устройства является то, что для получения изображений процессов, происходящих, например, на поверхности жидкости, необходимо затемнение пространства, где установлено устройство, а при нормальных условиях освещения помещения это устройство эксплуатировать затруднительно.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства, позволяющего измерять свойства поверхностей различных материалов при любых внешних условиях освещения.

Технический результат изобретения заключается в оценке поверхностных свойств различных материалов, в упрощении конструкции устройства и улучшении точности изображения за счет исключения отражения от изучаемой поверхности «паразитного» изображения, образующегося не от осветителя устройства, а от внешних источников света.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для определения свойств поверхностей материалов, содержащем стол, устанавливаемый горизонтально, плоскопараллельную пластину с объектом-препаратом, узел для нанесения на объект-препарат поверхностно-активного вещества, выполненный в виде капельницы с капилляром, бюретку для заполнения ограничительной фигуры объекта-препарата, осветитель рассеянного света с установленной на нем индикаторной сеткой и видеокамеру или кинокамеру, согласно изобретению, устройство содержит светонепроницаемый кожух, состоящий из вертикально установленных боковых, передней и задней стенок ограждения, а также верхней стенки ограждения, при этом на одной из боковых стенок ограждения установлен осветитель рассеянного света с установленной на нем индикаторной сеткой, а на другой боковой стенке ограждения установлена видеокамера или кинокамера с возможностью вертикального перемещения, на задней стенке ограждения шарнирно установлена вертикально расположенная ось, на которой установлен узел для нанесения на объект-препарат поверхностно-активного вещества, выполненный в виде капельницы с капилляром, и который оснащен механизмом двухкоординатного перемещения с возможностью горизонтального смещения для установки капилляра капельницы в центр объекта-препарата и с возможностью вертикального измерительного смещения края капилляра капельницы для внесения поверхностно-активного вещества на изучаемую поверхность, также на задней стенке ограждения установлена бюретка для заполнения ограничительной фигуры объекта-препарата слоем жидкости известной толщины, кроме того, на верхней стенке ограждения выполнено отверстие, края которого соединены со светонепроницаемым рукавом, причем на передней стенке ограждения выполнена крышка.

Технический результат достигается также благодаря тому, что вертикально расположенные две боковые, задняя и передняя стенки ограждения светонепроницаемого кожуха в нижней части имеют уплотнения, выполненные из мягкого упругого светонепроницаемого материала, например резины или пластических масс.

Конструктивным отличием предлагаемого изобретения от прототипа (см. патент №2362979) является то, что все части и элементы устройства для определения свойств поверхностей материалов расположены внутри светонепроницаемого кожуха, с установкой осветителя рассеянного света с установленной на нем индикаторной сеткой на одной из боковых стенок ограждения и установкой видеокамеры или кинокамеры на другой боковой стенке ограждения кожуха, шарнирной установкой на задней стенке ограждения вертикально расположенной оси и с установлением на оси узла для нанесения на объект-препарат поверхностно-активного вещества, выполненного в виде капельницы с капилляром и оснащенного механизмом двухкоординатного перемещения с возможностью горизонтального смещения для установки капилляра капельницы в центр объекта-препарата и с возможностью вертикального измерительного смещения края капилляра капельницы для внесения поверхностно-активного вещества на изучаемую поверхность, установкой на задней стенке ограждения бюретки для заполнения ограничительной фигуры объекта-препарата слоем жидкости известной толщины, выполнением на верхней стенке ограждения отверстия, края которого соединены со светонепроницаемым рукавом, выполнением на передней стенке ограждения крышки, установкой на боковых, задней и передней стенках ограждения светонепроницаемого кожуха в нижней части, опирающейся на поверхность для установки устройства, уплотнений, выполненных из мягкого светонепроницаемого материала, например резины или пластических масс. Все это для возможности использования устройства для определения свойств поверхностей любых материалов, например гидрофобных и гидрофильных, дисперсных и порошкообразных, растворимых, сплошных и капиллярнопористых при любых внешних условиях освещения.

Таким образом, новая совокупность элементов конструкции, изложенных в формуле изобретения устройства для определения свойств поверхностей материалов, обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в оценке поверхностных свойств различных материалов, в упрощении конструкции устройства и улучшении точности изображения за счет исключения отражения от изучаемой поверхности «паразитного» изображения, образующегося не от осветителя устройства, а от внешних источников света.

Сравнение предлагаемого устройства для определения свойств поверхностей материалов с другими известными техническими решениями из уровня техники по патентной документации и научно-технической литературе позволило установить, что авторами не выявлены решения, включающие совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым отличительным признакам, изложенным в формуле изобретения. Предлагаемое устройство для определения свойств поверхностей материалов поясняется чертежами и фотографиями, где:

на фиг.1 изображена схема устройства для определения свойств поверхностей материалов;

на фиг.2 изображена схема развертки светонепроницаемого кожуха;

на фото 3 изображен вид изучаемой поверхности при включенных внешних лампах накаливания (без использования светонепроницаемого кожуха);

на фото 4 изображен вид изучаемой поверхности после выключения внешних ламп накаливания и использовании слабого внешнего освещения (дежурного) - (без использования светонепроницаемого кожуха);

на фото 5 изображен вид изучаемой поверхности, расположенной внутри устройства, оснащенного светонепроницаемым кожухом, после выключения слабого освещения.

Предлагаемое устройство для определения свойств поверхностей материалов содержит (см. фиг.1) стол 1, под которым расположены винты 2 для регулировки горизонтальности плоскопараллельной пластины 3 с объектом-препаратом 4 или кюветой с бортиком, устанавливаемой на опорах 5. Опоры 5 расположены над столом 1. Устройство содержит светонепроницаемый разборный кожух (см. фиг.2), который состоит из вертикально установленных боковых 6, 7, передней 8 и задней 9 стенок ограждения, а также верхней стенки 10 ограждения. Светонепроницаемый кожух установлен на горизонтальной поверхности 11, где установлен стол 1. Внутри на боковой стенке 6 ограждения светонепроницаемого кожуха установлен осветитель рассеянного света 12, который снабжен индикаторной сеткой 13. На противоположной боковой стенке 7 ограждения светонепроницаемого кожуха установлена кинокамера или видеокамера 14 с возможностью перемещения в вертикальной плоскости для выбора наиболее удобного положения наблюдения за процессом перемещения жидкости поверхностно-активным веществом. Узел для нанесения 15 на объект-препарат 4 или кювету с бортиком поверхностно-активного вещества, выполненный в виде капельницы 16 с капилляром 17, установлен на вертикально расположенной оси 18, которая шарнирно установлена на задней стенке 9 ограждения светонепроницаемого кожуха. Узел для нанесения 15 на объект-аппарат 4 или кювету с бортиком поверхностно-активного вещества дополнительно оснащен механизмом двухкоординатного перемещения 19 с возможностью горизонтального смещения для установки капилляра 17 капельницы 16 в центр объекта-препарата 4 и с возможностью вертикального измерительного смещения края капилляра 17 капельницы 16 для внесения поверхностно-активного вещества на изучаемую поверхность. На задней стенке 9 ограждения также установлена автоматическая бюретка 20 для внесения жидкости в ограничительную линию объекта-препарата 4 или кюветы с бортиком. Вертикально расположенные боковые 6, 7, задняя 9 и передняя 8 стенки ограждения светонепроницаемого кожуха в нижней части, опирающейся на горизонтальную поверхность 11 для установки устройства, имеют мягкие уплотнения 21, изготовленные из мягкого светонепроницаемого материала, например резины или пластических масс, для возможности использования устройства при любых внешних условиях освещения. На передней стенке 8 ограждения светонепроницаемого кожуха выполнена крышка 22 (см. фиг.2) для установки в устройство плоскопараллельной пластины 3 с объектом-препаратом 4 или кюветой с бортиком (см. фиг.1). В верхней стенке 10 ограждения светонепроницаемого кожуха выполнено отверстие 23, края которого соединены со светонепроницаемым рукавом 24. Отверстие 23 расположено над ручкой 25, предназначенной для управления вертикального перемещения капилляра 17 капельницы 16.

Выполнение исследований на предлагаемом устройстве осуществляют следующим образом.

Открывается крышка 22 на передней стенке 8 ограждения рабочего пространства светонепроницаемого кожуха (см. фиг.2). На опоры 5 (см. фиг.1) устанавливается плоскопараллельная пластина 3 с расположенным на ней объектом-препаратом 4 или кюветой с бортиком. В ограниченную гидрофобной окружностью площадь на объекте-препарате 4 из автоматической бюретки 20 вливается необходимый для создания заданной толщины объем воды, который покрывает поверхность изучаемого материала. В капилляр 17 капельницы 16 набирается поверхностно-активное вещество, и капилляр 17 капельницы 16 устанавливается над центром ограничительной окружности объекта-препарата 4 или кюветы с бортиком на заданной высоте края капилляра 17 от поверхности изучаемого объекта вращением ручки 25. Кинокамера или видеокамера 14 устанавливается в оптимальное положение, и наводится резкость. Крышка 22 передней стенки 8 ограждения кожуха (см фиг.2) закрывается. Для перемещения капилляра 17 капельницы 16 в вертикальной плоскости и приведения его в рабочее положение ручка 25 вращается через отверстие 23 в верхней стенке 10 ограждения кожуха, снабженное светонепроницаемым рукавом 24 (см. фиг.2).

Используя заявляемое устройство, можно оценить поверхностные свойства любых материалов, например гидрофобных и гидрофильных, дисперсных и порошкообразных, растворимых, сплошных и капиллярнопористых.

Данные таких определений для разных материалов приведены в таблице.

Таблица Скорость перемещения жидкости (воды) по поверхности разных материалов.   Низкодисперсные Порошкообразные Водорастворимые Капиллярнопористые SiO₂ Fe₂O₃ CaOH₂ ZnO MgO CuO NaCl NaHCO₃ кожа Скорость перемещения жидкости, мм/сек 58,50 7,64 10,69 12,06 17,29 85,1 74,18 57 6,86 Время от начала перемещения, сек - 0,3 1,97 1,8 0,3 0,03 2,3 0,9 -

Изображенные на фото 3, 4, 5 виды поверхности при разном внешнем освещении показывают, что установка светонепроницаемого кожуха в устройстве для определения свойств поверхностей материалов позволяет создать постоянные условия освещения для получения однородных по освещению кадров съемки исследуемой поверхности.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом (см. патент RU №2362979, МПК G01H 9/00, опубл. 27.07.2009, бюл. №21) позволяет:

- оценить поверхностные свойства различных материалов;

- упростить конструкцию устройства;

- создать постоянные условия освещения объекту-препарату;

- значительно улучшить точность изображения поверхностей изучаемых различных материалов за счет исключения отражения от изучаемой поверхности «паразитного» изображения, образующегося не от осветителя устройства, а от внешних источников света.

Изобретение относится к области поверхностных явлений и может быть использовано для оценки свойств жидкостей, различных поверхностей и свойств веществ в разных отраслях промышленности и в том числе в нанотехнологиях и порошковой металлургии. Устройство содержит светонепроницаемый кожух, состоящий из вертикально установленных боковых 6, 7, передней 8 и задней 9 стенок ограждения, а также верхней 10 стенки ограждения. Внутри на боковой стенке 6 ограждения установлен осветитель рассеянного света 12 с установленной на нем индикаторной сеткой 13, а на другой боковой стенке ограждения установлена кинокамера или видеокамера 14 с возможностью вертикального перемещения. На задней стенке 9 ограждения шарнирно закреплена вертикально расположенная ось 18, на которой установлен узел 15 для нанесения на объект-препарат 4 или кювету с бортиком поверхностно-активного вещества, выполненный в виде капельницы 16 с капилляром 17 и оснащенный механизмом 19 двухкоординатного перемещения с возможностью горизонтального смещения для установки капилляра 17 капельницы 16 в центр объекта-препарата 4 или кюветы с бортиком и с возможностью вертикального измерительного смещения края капилляра 17 капельницы 16 для внесения поверхностно-активного вещества на изучаемую поверхность. На задней 9 стенке ограждения установлена автоматическая бюретка 20 для заполнения ограничительной фигуры объекта-препарата 4 или кюветы с бортиком слоем жидкости известной толщины. На верхней 10 стенке ограждения выполнено отверстие 23, края которого соединены со светонепроницаемым рукавом 24, а отверстие 23 расположено над ручкой 25 для вертикального перемещения капилляра 17 капельницы 16. На передней стенке 8 ограждения выполнена крышка 22. Вертикально расположенные две боковые 6, 7, задняя 9 и передняя 8 стенки ограждения светонепроницаемого кожуха в нижней части имеют уплотнения 21, выполненные из мягкого упругого светонепроницаемого материала, например резины или пластических масс. Техническим результатом является повышение точности изображения изучаемой поверхности, упрощение конструкции. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Устройство для определения свойств поверхностей материалов, содержащее стол, устанавливаемый горизонтально, плоскопараллельную пластину с объектом-препаратом, узел для нанесения на объект-препарат поверхностно-активного вещества, выполненный в виде капельницы с капилляром, бюретку для заполнения ограничительной фигуры объекта-препарата слоем жидкости известной толщины, осветитель рассеянного света с установленной на нем индикаторной сеткой и видеокамеру или кинокамеру, отличающееся тем, что устройство содержит светонепроницаемый кожух, состоящий из вертикально установленных боковых, передней и задней стенок ограждения, а также верхней стенки ограждения, при этом на одной из боковых стенок ограждения установлен осветитель с индикаторной сеткой, а на другой боковой стенке ограждения установлена кинокамера или видеокамера с возможностью вертикального перемещения, на задней стенке ограждения шарнирно установлена вертикально расположенная ось, на которой установлен узел для нанесения на объект-препарат поверхностно-активного вещества, выполненный в виде капельницы с капилляром, и который оснащен механизмом двухкоординатного перемещения: с возможностью горизонтального смещения для установки капилляра капельницы в центр объекта - препарата и с возможностью вертикального измерительного смещения края капилляра капельницы для внесения поверхностно-активного вещества на изучаемую поверхность, также на задней стенке ограждения установлена бюретка для заполнения ограничительной фигуры объекта-препарата слоем жидкости известной толщины, кроме того, на верхней стенке ограждения выполнено отверстие, края которого соединены со светонепроницаемым рукавом, причем на передней стенке ограждения выполнена крышка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вертикально расположенные две боковые, задняя и передняя стенки ограждения светонепроницаемого кожуха в нижней части имеют уплотнители, выполненные из мягкого упругого светонепроницаемого материала, например резины или пластических масс.