Устройство для определения поверхностных свойств веществ Советский патент 1985 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к измерению поверхностных свойств жидкостей и твердых, тел, в частности поверхностного натяжения жидкостей, кинетики смачивания жидкостью твердого тела, краевого угла смачивания, и может нати широкое применение для определе ния физико-химических свойств веществ в лабораторных условиях.

Целью изобретения является растирение функциональных возможностей усройства путем обеспечения определения неравновесного краевого угла смачивания в процессе растекания жид кости на поверхности исследуемого вещества..

На фиг.1 приведена схема предложенного устройства; на фиг.2 - временная диаграмма его работы.

Устройство для измерения поверхностных свойств веществ состоит из корпуса 1, внутри которого расположена измерительная камера 2. В нижней части камеры 2 установлен мембранный тензорезистивный датчик давления 3 Система формирования капли включает в себя плунжерную пару, состоящую из плунжера 4 и цилиндра 5, впрессованного в корпус. Плунжер и цилиндр находятся в резьбовом соединении, что обеспечивает поступательно-вращательное движение плунжера при его поворотео Плунжер с помощью подвижной муфты 6 соединен с реверсивным электродвигателем 7. В измерительной камере 2 установлена крьппка 8, которая вьтолнена совместн с ножевым капилляром 9 и термостатом 10. На крышке установлена калиброванная по толщине прокладка 11 с отверстием по центру, на которую устанавливают твердый образец 12 исследуемой поверхностью вниз« Исследуемый образец 12 и прокладка 11 закрыты сверху стаканом 13 с отверстием для уменьшения испарения исследуемой жидкости. Крышка 8 герметично соедииена с корпусом 1 с помощью накидной гайки 14, Обработка электрического сигнала, снимаемого с датчика давления 3, производится с помощью электронных блоков: измерительного усилителя 15, блока 16 фиксации момента спада сигнала, блока 17 запоминания максимального значения сигнала и блока 1В градуировки Выходная информация регистрируется с помощью регистрирующего прибора 19 о

Измерение поверхностных свойств предложенным устройством производят следукяцим образом.

При снятой крьш1ке 8 и выведенном из измерительной камеры 2 плунжере 4 запивают в нее исследуемую жидкость. Крьшка 8 вставляется в гнездо и с помощью накидной гайки 14 добьшается герметичность На крьш1ку устанавливают шайбу П , на щайбу 11 - любой твердый материал 12 (например, стекло с плоской поверхностью, покрытой предварительно тонким слоем исследуемой жидкости со стороны ножевого капилляра. Нажатием кнопки В через блок 16 фиксации момента спада сигнала включают электродвигатель 7 о При этом автоматически устанавливается нулевое значение выходного сигнала блока 17 запоминания максимума. Вращение двигателя 7 приводит к перемещению плунжера 4 вовнутрь измерительной камеры 2, что вызывает рост капли 20 на торце капилляра 9. В результате происходит увеличение давления Р в капле на уровне ее основания и, соответственно, сигнала на вькоде измерительного усилителя 15 Q фиг.2). В момент соприкосновения капли со

смоченной поверхностью t t начинае

образовываться жидкостный мостик, что приводит к резкому падению давления Р и соответствующего ему сигнала U . Этот момент фиксируется блоком 16 фиксации момента сигнала, что приводит к отключению напряжения питания электродвигателя 7. Сигнал и, соответствуюпщй максимальному знчению давления Р , запоминается блоком 17. Давление Р;, соответствует краевому углу смачивания или со в -1. Значение этого давления регистрируется вторичным прибором, когда переключатель П2 находится в положении 2. Поверхностное натяжение исследуемой жидкости б при фиксированном значении отношения h // где h - расстояние между торцом капилляра и смоченной поверхностью твердого образца, V - радиус капилляра, является однозначной функцией давления Р . Например, при h// 0,75 указанная зависмость имеет следующий вид:

,2914 + 0,5243 Р, У, (1

где д j - разность удельных весов исследуемой жидкости и окружающей среды.

После прекращения процесса растекания, i ti между торцом капилляра смоченной поверхностью устанавливается равновесный жидкостной мостик, причем краевой угол смачивания на границе раздела исследуемой жидкости и смоченной этой же жидкостью поверх ностью всегда равен нулю, т.е. со 2. 1оЭтому состоянию смачиваемости давление на уровне основания жидкостного мостика соответствует значению Pj, а сигнал на выходе блок измерительного усилителя 15 - U . После этого устанавливают переключатель П2 в положение 1 и с помощью блока 18 градуировки смещением его нуля и изменением коэффициента усиления при соответствующих положениях переключателя П1 достигают тако го состояния, чтобы сигналу U на выходе блока 15 на шкале регистрирующего прибора 19 соответствовало показание -1.00, а сигналу Uj. на выходе блока 17 - показание +1 .00 После этого заменяют предварительно смоченный материал исследуемым твердым образцом. Устанавливают переключатели П2 и П1 в положение J. Аналогично описанному производят включение двигателя 7 с помощью кнопки В, который останавливается в момент соприкосновения капли исследуемой жидкости с исследуемой поверхностью твердого образца.

Так как между давлением в жидкостном мостике Р. и косинусом угла смачивания жидкостью твердого образца существует линейная зависимость, то любое текущее значение угла смачивания в образующемся жидкостном мостике может быть рассчитано с помощью зависимости

(2)

Со:, 9:

Р.-Pt

Р, -Р,

Поэтому при проведенной градуировке на регистрирующем приборе 19 отображается кинетика смачивания жидкостью твердого тела от момента их соприкосновения до установления краевого угла смачивания непосредственно в виде временной зависимости coi д f СО . .При этом со- 8 изменяется от -1.00 (момент соприкосновения) до косинуса краевого угла смачивания сод ©н При .ц на регистрирующем приборе 19 отображается динамика краевого угла смачивания, происходящая после прекращени процесса кинетики смачивания.

Исследование процесса смачивания .других твердых образцов этой же жидкостью производят аналогично описанному. Дополнительной градуировки при этом не требуется. Процесс исследования заключается только в смене образцов с последующим нажатием кнопки В. При переходе надругую жидкость градуировка устройства необходима.

фиг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ, содержащее цилиндрическую камеру для жидкости, снабженную крьпикой с вертикальным ножевым выходным отверстием, систему формирования капли жидкости из отверстия, расположенный в камере датчик давления, соединенный через усилитель сигнала с регистрирующим прибором, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения определения неравновесного краевого угла смачивания в процессе растекания жидкости на поверхности исследуемого вещества, оно дополнительно содержит кольцевую прокладку, расположенную на § крышке, а система формирования капли снабжена электродвигателем, управляемым блоком фиксации момента спада сигнала, который соединен с усилителем сигнала.