БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 2016 года по МПК G01N11/00 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к бесконтактным аэродинамическим способам контроля поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение в химической промышленности и энергетике.

Известен способ измерения вязкости жидкости (А.с. №1753369 СССР, МКИ G01N 13/02. Способ определения поверхностного натяжения жидкостей. / В.П. Астахов, М.М. Мордасов, В.П. Журавлев // Опубл. 07.08.1992. Бюл. №29), включающий формирование углубления на поверхности жидкости под действием струи газа и измерение оптическими методами параметров углубления, по которым судят о поверхностном натяжении.

Недостатками указанного способа являются невысокая точность, что обусловлено влиянием плотности жидкости на результат измерения.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения поверхностного измерения жидкостей (Pfund А.Н., Greenfield Е.W. Surface-tension measurements of viscous liquids // Ind. Eng. Chem. 1936. Vol. 8. No. 2. Pp. 81-82), заключающийся в формировании углубления на поверхности жидкости под действием струи газа и измерении высоты углубления, по которой судят о поверхностном натяжении.

Такие признаки прототипа, как формирование углубления на поверхности жидкости под действием струи газа и измерение параметров углубления, совпадают с существенными признаками заявляемого способа.

Недостатки прототипа связаны с использованием тонкой ламинарной струи, под действием которой на поверхности жидкости формируется углубление малого размера, высота и диаметр которого не превышают 2 мм. Ламинарная струя является нестабильной и подвержена влиянию внешних воздействий, например акустических, что может вносить погрешность в результат измерения. Малые размеры углубления для проведения точных измерений требуют применения сложных оптических методов и накладывают ограничение на размер измерительной емкости. В устройстве, реализующем способ прототипа, используется измерительная емкость шириной 10 мм с прозрачными боковыми стенками, которая, по сути, является частью измерительного устройства, так как требует тщательной очистки после проведения измерений, что уменьшает ценность такого способа, как бесконтактного. Трудоемкость этого способа находится на уровне других лабораторных способов контроля поверхностного натяжения. Увеличение размеров углубления приводит к росту влияния плотности жидкости на результат измерения и снижению точности. Необходимо принимать меры по снижению этого влияния.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение сферы применения аэродинамических способов контроля поверхностного натяжения.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе формируют углубление на поверхности жидкости под действием струи газа и измеряют высоту углубления, изменяют интенсивность струйного воздействия и измеряют высоту полученного углубления, а о поверхностном натяжении судят по результатам двух измерений высоты углубления.

При реализации предлагаемого способа на поверхности контролируемой жидкости турбулентной газовой струей, сила действия которой равна F₁, формируют углубление высотой h₁ и измеряют эту величину. Затем увеличивают силу действия струи до значения F₂ и измеряют новое значение h₂ высоты углубления. По полученным значениям h₁ и h₂ рассчитывают поверхностное натяжение σ жидкости.

В установившемся режиме при постоянном количестве движения газа в струе силе F, создаваемой струей газа, противодействуют выталкивающая сила F_ρ и сила F_σ, создаваемая поверхностным натяжением σ жидкости, то есть

F=F_ρ+F_σ,

или

где k - коэффициент формы углубления на поверхности жидкости; d - диаметр отверстия, из которого вытекает газовая струя, м; µ - коэффициент расхода; Р - избыточное давление газа перед отверстием истечения, Па; ρ - плотность жидкости, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с²; V - объем углубления 2 высотой h и диаметром 2R, ограниченный сверху плоскостью недеформированной поверхности 3 жидкости 1 (см. фиг. 1), м³; R - радиус углубления 2 в плоскости недеформированной поверхности 3, м; γ - угол наклона касательной к поверхности жидкости в вертикальной осевой плоскости на уровне недеформированной поверхности 3 относительно горизонтали, рад.

Параметры V, R и sinγ зависят от высоты h углубления, однако изменяются неодинаково. Объем V значимо изменяется всегда, а величины R и sinγ - только при малых h. После достижения некоторого h₀ увеличение h не приводит к существенному изменению произведения 2πRsinγ, следовательно, при выборе h₂>h₁>h₀ можно считать, что слагаемое 2πRσsinγ в уравнении (1) остается постоянным. Тогда величина изменения Δh=h₁-h₂ высоты углубления зависит только от плотности ρ жидкости и изменения ΔF=F₁-F₂ силы действия струи. Дополнительное изменение высоты углубления от h₁ до h₂ позволяет скомпенсировать влияние плотности жидкости на результат измерения поверхностного натяжения и повысить точность.

Предложенный способ позволяет производить контроль поверхностного натяжения в производственных условиях с высокой точностью вследствие снижения влияния на результат измерения плотности жидкости, что достигается за счет измерения двух различных значений высоты углубления при двух значениях силы действия газовой струи.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к бесконтактным аэродинамическим способам контроля поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение в химической промышленности и энергетике. Способ измерения поверхностного натяжения жидкости заключается в формировании углубления на поверхности жидкости под действием струи газа, измерении высоты углубления, изменении интенсивности струйного воздействия, измерении высоты полученного углубления и определении поверхностного натяжения по результатам двух измерений высоты углубления. Техническим результатом является обеспечение контроля поверхностного натяжения в производственных условиях с высокой точностью вследствие снижения влияния на результат измерения плотности жидкости, что достигается за счет измерения двух различных значений высоты углубления при двух значениях силы действия газовой струи. 1 ил.

Способ измерения поверхностного натяжения жидкости, заключающийся в формировании углубления на поверхности жидкости под действием струи газа и измерении высоты углубления, по которой судят о поверхностном натяжении, отличающийся тем, что дополнительно изменяют интенсивность струйного воздействия и измеряют высоту полученного углубления, а о поверхностном натяжении судят по результатам двух измерений высоты углубления.