Способ определения поверхностных свойств жидкостей Советский патент 1984 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике, в частнос ти к методам определения поверхност ных свойств чистых жидкостей и раст воров поверхностно-активных веществ .ПЛВ), и может найти применение для HenpepFiiBHoro исследования временной зависимости поверхностного натяжени и краевого угла смачивания жидкосте и растворов в лабораторных условиях Известен способ определения поверхностного натяжения 6 жидкостей по размерам лежачей капли,в процесс которого формируют каплю исследуемо жидкости, с помощью соответствующей оптической аппаратуры измеряют ради ус экватора капли и отрезок равный расстоянию от вершины капли до вершины прямого угла, образованного прямыми, касающимися контура капли, а биссектриса которого совпадает с осью вращения капли ij , К недостаткам способа определени поверхностной энергии жидкостей по размерам лежачей капли относится сложность измерения необходимых размеров капли и других необходимых |расстояний, а также дискретность по лученных результатов измерения во времени (для получения окончательны результатов определения только одно го значения О требуется около часа времени), что исключает возможность применения способа для исследования динамики поверхностной энер гии растворов наиболее распространен Bffcax в отечественной промышленности ПАВ.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения поверхностных свойств жидкостей, заключающийся в формировании газового пузырька в исследуемой жидкости и измерении в нем давления. По данному способу из калиброванного капилляра вьщавливают газ, измеряют максимальное давление, необходимое для образования газового пузырька, затем повторно вьщавливают газовый мениск бе образования газового пузырька, измеряют давление в образовавшемся газовом мениске, а по разности измерен ных давлений судят о поверхностных свойствах 2 . Кнедостаткам указанного способа определения поверхностного натяжения следует отнести дискретность полученных результатов измерения во вЕ)емени, вызванную тем, что промежуток времени между двумя последующими моментами достижения максимальных давлений в капле имеет место неинформационный промежуток времени, на протяжении которого вследствие действия различных Лизико-химических процессов измеряемое поверхност нее натяже 1ие может значительно измениться . Цель изобретения - получение непрерывной зависимости поверхностных свойств от времени. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения поверхностных свойств жидкостей, заключающемуся в формировании капли исследуемой жидкости и измерении в ней давления, формируют каплю фиксированного объема. Предлагается также с целью повышения точности при определении поверхностного натяжения формировать каплю на острой кромке и измерять давление на уровне основания капли. Кроме того, предлагается с целью повЕЛиения точности при определении краевого угла смачивания формировать каплю на подложке из исследуемого твердого тела и измерять давление на уровне основания капли. Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то обстоятельство, что оно дает возможность исследовать динамику измерения поверхностных свойств на границе раздела Фаз во времени. На фиг.1 изображено устройство, позволяющее определить поверхностное натяжение жидкости при его., непрерывной регистрации зависимости; на фиг.2 - устройство, позволяющее определить краевой угол смачивания при регистрации его непрерывной зависимости во времени. Устройство, реализующее предлагаемый способ при определении поверхностного натяжения, состоит из прецизионного задатчика 1 объема капли, внутренняя полость которого соединена с внутренним пространством капли с помощью капилляра 2. На твердой горизонтальной подложке 3 из любого твердого материала изготовлено строго калиброванное отверстие с острой кромкой 4 радиусом г . Поверхность верхней части острой кромки является строго горизонтальной. На уровне этой поверхности установлено отборное устройство датчика 5 давления, соединенного с помощью линии 6 связи с вторичным регистрирующим приборрм 7, отградуированным непосредственно в единицах поверхностного натяжения жидкости8 (Фиг.). Устройство, реализующее предлагаег « 1й способ при определении краевого угла смачивания, отличается от устройства, реализующего предлагаемый способ при определении поверхностного натяжения тем, что подложка 9 изготовлена из твердого исследуемого материала без размещенного на ней отверстия с острой кромкой (фиг.2). В основе предлагаемого способа при определении поверхностного натяжения лежит тот факт, что капля н кромке капилляра описывается математически системой уравнений, связ вающих поверхностное натяжение 6 , объем капли V., разность удельных весов исследуемой жидкости и окружающего газа йу и избыточного да ления в капле на уровне ее основания йР. Способ определения поверхностног натяжения с помощью вышеописанного устройства осуществляют следующим образом. С помощью прецизионного, задатчика 1 объема капли с учетом внутреннего объема капилляра 2 и объема по лости от верхней плоскости кромки 4 калиброванного отверстия до верхней плоскости горизонтальной подложки 3 выдавливают каплю 8 заданного объ ема V определяемого, например, из соотношения vyr i,o (1) Непрерывно измеряют с помощью да чика 5 избыточное давление в капле йР на уровне плоскости острой кромки и при выполнении условия (l). зна чение поверхностного натяжения С рассчитывают по Лормуле 6 ,5Т93-0,225б(-)+0,ОВ21(, где д Р - измеренное давление в кап ле, Н/м 2, Д - разность удельных весов жидкости в капле и окружа ющего газа, f - радиус острой кромки калиброванного отверстия, м, и - поверхностное натяжение, Выражение (2) при условии выполнения условия (1). справедливо для диапазона изменения 6 5-10 - 100 v-lO H/M, диапазона б ОД-Ю - , диапазона i 1,5., . Погрешность расчета j с помощью (1)не превьлчает 0,05% с учетом указанных диапазонов изменения параметров (i , г ,лу. Введенная операция измерения давления в капле на уровне ее основания при постоянном объеме капли позволяет также определять краевой угол смачивания жидкостью пове хности твердого материала, если каплю формировать не на острой кромке капилляра, а на подложке из твердого материала, в этом случае краевой угол рассчитывают по формуле е arcc( (1-Р)(0, 5214-0, 2464Р+ + 0,2269Р 1,СЗ) где ,51408 Л,„ ) при условии, что Технико-экономический эффект предлагаемого способа определения по-верхностных свойств жидкостей заключается в увеличении информативности измерений, что в свою .очередь дает возможность оптимально управлять различными технологическими процессами, в которых поверхностные явления, происходящие на границах раздела Лаз, имеют важное значение.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХСВОЙСТВ ЖИДКОСТЕЙ, заключающийся в формировании капли исследуемой жидкости и измерении в ней давления, отличающийся тем, что, с целью получения непрерывной зависимости поверхностных свойств от времени, формируют кашпо фиксированного объема. 2.Способ по п.1,о тл и ч ающ и и с я тем, что, с целью повышения точности при определении поверхностного натяжения, каплю формируют на острой, кромке и измеряют давление на уровне основания капли. 3.Способ по П.1, отлич-аю-. щ и и с я тем, что, с целью повышения точности при определении краевого угла смачивания, каплю формируют g на подложке из исследуемого твердоСЛ го тела и измеряют давление на уровне основания капли.