Устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей Советский патент 1985 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к измерительным устройствам физико-химических параметров растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) и может быть использовано для определения динамического поверхностного натяжения (ДПН) растворов, коицентра иди ПАВ в растворах в лабораторных условиях. Известно устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей, основанное на барботажном методе изм рений и состоящее из сосуда, заполня емого исследуемой лдадкостыо, двух Tp бок разлого Диаметра, погружаемых в жидкость, на разную глубину и подключенных к источнику газа, и измерител мой схемы К недостаткам этого устройства о носится большая погрешность при опр делении ДПН, Известно устройство для измерени поверхностного натяжения жидкостей, содерясащее пневматическую и электри ческую схемы измерения, пневмоэлект ческий преобразователь, задатчик вр мени существования поверхности разд ла фаз, формирователи болыиого и малого пневматических подпоров и синхронизатор pe«HNsa образования пузырьков, в котором нижние тори;ы капилляра и барботажной трубки уста новлены на одинаковом уровне в исследуемой жидкости m . Недостатком указанного устройств наибольших давлений в капилляре и барботажной трубке несмотря на нали чие синхронизатора режима образования пузырьков всегда смещены между собой во времени. Это вызвано тем, что на синхронизацию режима образования пузырьков влияют постоянные времени капилляра и барботажной тру ки, которые различны, а также величина измеряемого поверхностного натяжения жидкости. Поэтому пневмозлектрический преобразователь не ре гистрирует разность между наибольШ.ИМИ давлениями при образовании пузырьков из капилляра и барботажной трубки. Погрешностьэ вызванная ука-занныг-1 недостатком, достигает 2,5% и во многих случаях не удовлетворяет требованиям научно-исследовательских лабораторий. Наиболее близким по техничес1-:ой сущности к предлатаемому является устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей, содержащее два калиброватп-их капилляра различного проходного и пневмоэлектрический преобразователь, вьгход которого через электронный усилитель соединен с регистрирующим прибором pj Устройство дополнительно содержит источник питающего газа, пневматическую и электрическую 1-13мерительь:5)1е схемы, задатчик времени существопания измеряемой поверхности раздела фаз, соленоидньм вентиль, электро: -ные ключи. Нижний торед капилляра с большргм внутренним радиусом г, находится выше 1 ижнего Topii,.. капилляра с меньшим виутрешшм радиусом г на величину uh - 2( rj)/3 Несмотря на то, что газовые пузырьки из каждого из капилляров образуются через строго заданное и расчет значения поверхностного натяжения производится ня основашш разности максимальных давлений 7 этих газовь х пузырьках, недс статком известного устройства Я1 ляется точто в моме;гг oKOHtiaHHK заданного времени существования г змеряг-мой гюверхности раздела фаз не псегда удается достигнуть, чтобы мслиск в соответствурощем капилляре иахо;1Ился в самом своем положении, предшес1вующем сх1;опыванию ггузырЪ- а „ В результате этого в момент истечения зада1и ого времени происходит некоторое принудительное поремеще-ниг. мениска вниз за счет роста давлетгия вплоть до его выдавливания из ка тилляра и схлопывания пузырька. Это приводит к завышению полученных резул1 татов измерения ДПН растворов ПАЕ з сравнении с его действительным значением для заданного времени cyniecTJiorsaFn-m измеряемой поверхности 15аздела фаз вследствие происходяще го принудительного расишрення поверхности мениска. Оптимальным является акой продесс измерения ДПН по методу максимального давления Б газовом пузырьке, чтобы в момент истечения заданного времени существования измеряемой поггерхности раздела фаз в образующемся из капя:гляра газовом пузырьке естественно„ а не принудительно наступало максимальное давление. Цель изобретения повышение точ ности определения дина ического поверхностного натяжения растворов. Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей, содержащее два калиброванных капилляра различного проходного сечения и пневмоэлектрический преобразователь, выход которого через электрон ный усилитель соединен с регистрирующим прибором, снабжено дополнительным ппевмоэлектрическим преобра зователем, соединенным через дополн тельный электронньй усилитель с дополнительным регистриругащ -1м приборо при зтом входы обоих пневмоэлектрических преобразователей соединены соответственно с внутренними полостями кап11лляров.. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для определения поверхностного натяжения жидкостей; па фиг. 2 - форма кривых записи двухка нальным регистрирующим самописцем; на фиг. 3 - зависимость перепада максимальных давлений во времени. Устройство для определения повер костного натяжения жидкостей состоит из источника стабилизированного пневматического питания 1, двух постоянных пневматических дросселей 2 и 3, двух регулируемых пневматических дросселей 4 и 5, составляющих вместе с постоянными дросселями пне матическую дроссельную схему, калиб с меньшим внутванного капилляра ренним радиусом г, , калиброванного капилляра 7 с большим внутренним ра диусом Tj, двух пнезмоэлектрических преобразователей 8 и 9, двух электронных усилителей 10 и 11, регистри рующего двухканального самописца 12 и сосуда 13 для исследуемого раство ра. Определенуш динамического поверх ностного натяжения растворов ПАВ устройством производят следующим образом. I Опускают капилляры в исследуе -1ЫЙ раствор таким образом, чтобы нижний торец |;апилляра 7 с большим внутрен ишч радиусом Tj находился выше нижнего торца капилляра 6 с меньшим внутрекпим радиусом г на величину Ъ 2(rj- г)/3. Указанное обстоятельство позволяет исключить влияние удельного веса исследуемого раствора на результаты измерения. Включают пневматическое и электрическое питание устройства. С помощью дросселя 4 внутри капилляра 6 создают такое давление, чтобы газовые пузырьки из капилляра 6 образовывались через малые промежутки-времени, ннпример 1 с. Указанное давление внутри капилляра 6 с помощью пневмоэлектрического преобразовате,ля 8, электронного усилителя 10 регистрируется по одному из каналов самописцем 12, например кривая А (фиг. 2). При этом каждое образование газового пузырька из капилляра 6 вызывает резкое падение с последующим резким восстановлением давления внутри капилляра 6, что регистрируется самописцем 12 в виде 1-1мпульсс)В кратковременного падения давления с интервалом 1 на кривой А. После последовательного образования нескольких пузырьков из капилляра 6, например 5 шт, с помощью дросселя 4 уменьшают давление внутри капилляра 6 с тем, чтобы газовые пузырьки из него образовались через большие интервалы времени, например через 3 с. На кривой А (фиг. 2) это приводит к снижению ее уровня до нового, соответствую1цего новому значению давления. Аналогичным образом производят .дальнейшее поэтапное уменьшение давления внутри капилляра 6 до тех пор, пока интервалы между последовательно образующимися газовыми пузырьками не станут равными заданному наибольшему значению времени существования измеряемой поверхности раздела фаз исследуемого раствора. Давление во внутренней полости капилляра 6, заданное с помощью дросселя 4 становится равным максимальному дав.пйииго в газовом пузырьке для исследуемого раствора и соответствующего этому времени существования измеряемой поверхности раздела фаз. При этом газовый лузырек образуется не принудительно, а естественно за счет уменьшения поверхностного натяжения на измеряемой поверхности раздела фаз вследствие адсорбции на нее молекул поверхностно-активных веществ из объема раствора. Одновременно с выполнением измеений с помощью капилляра 6, дроссея 4, пневмоэлектрического преобразователя 8;. усилителя 10 и одного из каналов самописца 12 параллельно и аналогично вышеопнсйниому ведут измерения с помощью капшишра 7, дросселя 5 усилителя 11 и второго ка 5 нала самописца 12. В результате получают кривую Б (фиг, 2), характеризующую разлшгпые значения максимальныхдавлений в газовых пузырьках, образующихся из капилляра 7 для соответ- Ю ствующих значений времени существования измеряемой поверх)ости раздела фаз, Выполнение параллельных во.времаии измерений из двух капилляров дает возможность исклюгпПь влияние старе- 15 ния раствора на полученпь е результаты измерения. После получения криЕЬ х А Н Б (фиг, 2) для всего заданного диапазона времени суи1ествован 1Я поверхности раздела фаз производят 20 построение зависимости перепада т.азлений от времеш t (фмг. 3). Для этого сначала отделг.-.но строят зависимости Рд и Pg как функц1п-1 времен t,. Для построения кривой Рд f(t) вмес-25 то времени t подставляют значения времени йГ.д(, а для построения криPg f(t) вместо времени t подвой/ставлягат значения времени берут 143 к п-1Еых чения U t Аи Б (фиг1 2) для С()отвр-1 ст«у-лдих значений рд и Fg; . Интервалы времени U 1д -и utrj могут по величине быть одинаковьгми, л могут и отличаться, аналогично и интервалы времеп-: .ц t, и ., ,д. Затем - f(t) на основании кпивых ЙР f(t), строят кривую При этом за время t для червой точки 4, ,--.,р..

S I j J ..Afcrt ч;-

ЖIт| ffppf I- T---TFrtTl

4И ill 1 h--p ri- -t

кривой в з бирают такое время, которое по величине ,чв. г-;тся удобньпч в отсчете, а также прпб кзительно равным времени Д t; и itg. .

В рассматривае1-юм cjTyiae выбирают

t 1 с. Значение йР -,ч

.; первой точIf. РО

ки равно разности значь..

(1

для t 1 с. т. е; U Р

а

- Р,. (1 с) „ A ajiorn4Ho .а время t для

второй точки кривой выбтграют время

2 с, так как оно по леличине приблизительно равно bt;, и it

,.2

52остальных

очек производят аналог;;Ч. но.

На основани ; по;1учен 11;пг копр/гпгат точек строят кривую i Р fCtj , Siiaчение дииам Н1еско1о поперхиэстн.ого натяжения иссле.чуемого )5аствпра б (t) затем рассчитывают с помони-ю зависимости

ц г

подставляя рен ко ния

...L,L ..

,. i.4|M4.J ия ;tit и 1|реп,лагае1--;ое устротС зо пп соавию с бпзогЬ; - ycTpCTCTi-oM для ття поперхпостио;-п 1атял;е1пгл жидтей iio метоцу лагссиьгальК: 1 о давлев гaзoIЮ пузырьке боспе-изавт .L,..: ,-X«-.-. . 1 kt

Ар, Па

150

WO

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, содержащее два калиброванных капилляра различного проходного сечения и пневмоэлектрический преобразователь, выход которого через электронньй усилитель соединен с регистрирующим прибором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения динамического поверхностного натяжения, устройство снабжено дополнительным пневмоэлектрическим преобразователем, соединенным через дополнительный электронный усилитель с допол П1тельным регистрирующим прибором, при этом входы обоих пневмоэлектрических преобразователей соединены соответственно с внутренними полостями капилляров. QO

Ш1с

20