Способ определения поверхностного натяжения жидкостей Советский патент 1984 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аэрогидродинамическим способам измерения поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение в различных отраслях промьппленности для измерения состава и свойств жид ких сред по величине их поверхностного натяжения. Известен способ измерения поверх ностного натяжения.путем давления в газовом пузырьке, формируемом с помощью вертикально расположенного капилляра, при этом каплю исследуемого вещества наносят на верхний КОНР.Ц капилляра и раздувают в пузырек, причем давление измеряют в . любой момент времени Недостатком такого способа измерения является наличие контакта капилляра с контролируемой средой. .Известен также способ измерения поверхностного натяжения, заключающийся в том, что в сопло, расположенное над поверхностью жидкости. Находящейся в измерительной, емкости подают газ с постоянным расходом, измеряют высоту следа, образованного действием газовой струи в жидкости, по значению высоты следа суд о поверхностном натяжении жидкости 2. Недостатком такого способа измерения поверхностного натяжения явля ется сложность измерения высоты следа в непрозрачных жидкостях и, как следствие этого, невысокая точность изм рения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения поверхностного натяжения, жидкостей, заключающийся в воздействии газовой струей на поверхность жидкости, изменении пар метра газовой с.труи и регистрации значения параметра,при которймвозникают автоколебания в отраженной газовой струе и по которому судят о поверхностном натяжении. В качестве изменяемого параметра используют скорость газовой струи Сз 3 Недостатком известного способа измерения поверхностного натяжения является невысокая точность измерения. Объясняется это тем, что при взаимодействии струи газа с поверх кностью жидкости часть энергии струи за счет касательных напряжений пе- редается жидкости, приводя в дви7жение некоторую ее массу. Чем выше, скорость газа в струе, тем больше количество жидкости прийдет в движение. При реализации метода измерения автоматическими устройствами они будут иметь вариацию значительно возрастающую с ростом скорости газа, т.е. с ростом массы жидкости, пришедшей в движение под действием газовой струи. Целью изобретения является повышение точности определения натяжения . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения поверхностного натяжения жидкостей, заключающемуся в воздействии газовой струей на поверхность жидкости, изменении параметра газовой струи и регистрации значения параметра, при котором возникают автоколебания в отраженной газовой струе и по которому судят о поверхностном натяжении, в качестве параметра струи регистрируют угол падения струи на поверхность жидкости. На фиг.1 приведена схема, устройства для реализации предложенного способа; на фиг.2 - график зависимости критического угла падения газовой струи от коэффициен- : га поверхностного натяжения ё вязких жидкостей (смазочньк масел). Устройство для определения поверхностного натяжения содержит регулятор 1 расхода, в который поступает сжатый воздух, очищенный от масла, пыли и влаги, сопло 2, емкость с исследуемой жидкостью 3 и устройство 4 для фиксации момента перехода поверхности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое. Способ осуществляется следующим образом.. Сжатый воздух через регулятор 1 расхода подают в сопло 2. Течение воздуха в струе должно быть турбулентным, так как турбулентные струи более устойчивы к внешним возмущающим воздействиям. Расход воздуха таков, что при вертикальном набегании струи на поверхность контролируемой жидкости будет наблюдаться устойчивый режим взаимодействия. Сохраняя длину свободной струи неизменной, увеличивают угол падения газовой струи до момента возникновения автоколебаний. По величине .критического угла падения газовой струи , при котором происходит переход поверхности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое, судят о поверхностном натяжении. При вертикальном набегании струи на поверхность жидкости и постоянном расходе воздуха, при котором наблюдается устойчивый режим взаимо действия напряжения, создаваемые силой поверхностного натяжения и силой тяжести, точно уравновешивают действие нормальных напряжений создаваемых газовой струей на повер ности жидкости. С увеличением угла ot и сохранением длины свободной струи (фиг.1) нормальные напряже-ния будут уменьшаться, что приведет к уменьшению кривизны поверхности раздела фаз 5, а, значит, и к умень шению напряжения от силы поверхностного натяжения. При дальнейшем увеличении угла . oi до Л когда сумма локальных напряжений жидкости и газа превысит напряжения от силы поверхностного натяжения, произойдет переход поверхности жидкости из устойчивого состояния в неустойчивое, который может быть зафиксирован посредством установки чувствительного элемента, например микрофона, устройства А в зону отра женной газовой струи. Таким образом, для того, чтобы перевести поверхность жидкости из 674 .устойчивого состояния в неустойчивое, необходимо преодолеть напряжения от силы поверхностного натяжения, а это осуществляется в предложен- ном способе изменением кривизны поверхности раздела фаз посредством изменения положения струи. Следовательно, для жидкостей с большим коэффициентом поверхностного натяжения изменение кривизны поверхности раздела фаз, необходимое для преодоления напряжения от силы поверхностного натяжения, достигается большим критическим углом падения газовой струи, что и подтверждается результатами экспериментов. На фиг.2 представлена экспериментально полученная калибровочная зависимость критического угла падения газовой струи оСкрит от коэффициента поверхностного натяжения ( вязких жидкостей (смазочных масел) ,получе№ ная при посто5шиой скорости струи. Для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости необходимо из- мерить для данной жидкости при той же скорости струи и определить & по калибровочной зависимости. Сравнительное определение 6 одних и тех же жидкостей известным способом и.определяемым способом показывает, что известный способ повышает точность измерения более чем в 3 раза за счет сиижеиия ва иации измеряемой величины.

крит, гра9

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, закшгчающийся в воздействии газовой струей на поверхность жидкости, изменении параметра газовой струи и регистрации значения параметра, при котором, возникают автоколебания в отраженной газовой струе и по которо-г му судят о поверхностном натяжении, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения натяжения, в качестве параметра струи регистрируют угол падения струи на поверхность жидкости.

20

60

W Фиг.г см