Способ определения краевого угла смачивания Советский патент 1986 года по МПК G01N13/00 G01N13/02 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу физико-химического анализа жидкостей, и может найти применение при контроле взаимодействия конструкционных материалов цилиндрической формы с жидкими средами и определении адгезионных характеристик жидких сред при различных температурах.

Цель изобретения - расширение области применения способа путем обеспечения измерений в оптически непроз- брачных средах.

Сущность изобретения заключается в следукидем.

Находящийся над жидкостью цилиндр опускают до момента касания- жидкости, который определяют по скачку показа,- 1дай веса или, если жидкость злектро- проводна, по появлению электрического сигнала в системе исследуемый образец - жидкость. В зтотмомент фиксируют высоту нулевого уровня, после чего образец поднимают со скоростью, обеспечиваняцей сохранение равновесного краевого угла смачивания, до кромки периметра смачивания жидкостью. Ей соответствует начало нелинейного изменения массы цилиндра.с высотой его поднятия. По разности высоты периметра смачивания и нулевого уровня рассчитьшают краевой угол смачивания. Измерение высот осуществляется микровинтом, имекщим шкалу перемещений. Ддя взвешивания образца исполь зуются электромеханические весы.

Расчетная формула получается из решения уравнения Лапласа и имеет вид:

ki.hV.5.,g(;o.809rtg(f-j-g,i

где 9 краевой угол смачивания; R - радиус цилиндрического образца;G - поверхностное натяжение рабочей жидкости;

.J - плотность рабочей жидкости; g - ускорение свободного падения тел;

h,- высота равновесного периметра смачивания; }ц - высота касания цшшндрсш

рабочей жидкости.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для ре

5

0

5

0

5

5

0

5

ализации предлагаемого спосо - ба.

Устройство содержит кронштейн с микровинтом 1, имеющим шкалу перемещений, корпус весов 2 с отверстием для откачки воздуха и создания инертной атмосферы, который крепится к микровинту 1, электромеханические весы 3 с выводами их показаний на потенциометр, ячейку 4 с герметично закрываемой пробкой, тигель 5 с исследуемой жидкостью, исследуемый образец 6, нить 7, которой образец 6 соединяется с электромеханическими весами 3, вертикальный цилиндрический шлиф 8 для свободного перемещения весов. Ячейка помещена в высокотемпературную печь 9, шлиф

8 и корпус весов 3 скреплены ваку- умно-плотньвч соединением 10.

Кварцевый цилиндр 6 радиуса R 0,025 см, находящийся.над дистиллированной водой, медленно опускают микровинтом 1 вплоть до момента касания с нею. Вес цилиндра до соприкосновения его с водой, отвечает показанию цифрового ампервольтметра ФЗО И,4 В. В момент касания он скачкообразно возрастает до 18,6. Касание происходит на высоте hf - 41,655 см.

При- подъеме цилиндра до высоты hj 41,743 см со скоростью, при которой после прекращения подъема на любой стадии значение массы смоченного цилиндра оставалось таким же, как и при непрерьганом подъеме, наблюдают линейное возрастание массы с высотой вплоть до 18,8 В, затем оно становится нелинейным. Зная разность высот Ц 0,088 см, по формулу, определяют угол смачивания @ - 28 . Эта величина удовлетворительно согласуется с литёратурныьш данными по углу смачивания кварца водой. Способ проверяют и в случае определения краевого угла смачивания солевыми расплавами твердых тел при высоких температурах на примере графита в расплавленном хлорцце калия при . Причем из-за большого времени установления равновесного краевого угла смачивания на пористой поверхности графита графитовый образец поднимают ступенчато над поверхностью расплава с шагом 0,005 см, измеряя при каждой остановке после установления равновесного краевого угла смачивания его массу, вплоть до высоты

мениска, которую определяют по моменту начала нелинейного изменения массы смоченного цилиндра с высотой его 11однятия. Найденная величина (60 ) хорошо согласуется с имеющимися в литературе данными.

Метод приемлем также для измерени краевых углов смачивания,больших 90 В этом случае исследуемый образец цилиндрической формы медленно onyd- кают микровинтом 1 вплоть до касания с жидкостью, которая фиксируется по появлению электрического сигнала в цепи исследуемый образец - жидкость. При этом считываются показания шкапы перемещений микровинта 1. Погружение продолжают до равновесного периметра смачивания, установленного по моменту прекращения нелинейного уменьшения массы цилиндра с глубиной, считывая при этом показания шкапы перемещений. Равновесный краевой угол смачивания определяется по

разности hj,- h,

1

10

2230864

Формула изобре тения

Способ определения краевого угла смачивания, заключающийся в погружйс- нии цилиндрического образца из исследуемого материала в жидкость и определении высоты мениска жидкости, по величине которой рассчитывают крае-., вой угол, отличающийся тем, что, с целью расширения области его применения, образец из исследуемого материала погружают в жидкость при непрерывном измерении его массы и вертикальной к оординаты, и регистрируют координату, соответствукицую скачкообразному изменению массы, затем поднимают образец из жидкости со скоростью, обеспечивакщей сохранение равновесного краевого угла смачивания при непрерывном измерении его массы и вертикальной координаты, и регистрируют координату, соответствующую началу нелинейного изменения массы образца после чего определяют высоту мениска по разности полученных значений координат.

«5

20

Составитель А.Кощеев Редактор С Патрушева Техред Г.Гербер Корректор С.Шекмар

Заказ 1703/А4 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Изобретение может найти применение при контроле взаимодействия конструкционных материалов цилиндрической формы с жидкими средами и определении адгезионных характеристик жидких сред при различных температурах, Цель изобретения - расширение области; применения способа путем обеспечения измерений в оптически непрозрачных средах. Способ заключается в погружении цилиндрического образца из исследуемого материала в жидкость и огфеде- лении высоты мениска жидкости, по величине которой рассчитьтают краевой угол. Образец погружают в жидкость при непрерывном измерении его массы и вертикальной координаты. Регистрируют координату, соответствующую скачкообразному изменению массы. Затем поднимают образец из жидкости со скоростью, обеспечивающей сохранение равновесного краевого угла смачивания при непрерывном измере- НИИ его массы и вертикальной координаты. Регистрируют координату, соответствующую началу нелинейного изменения массы образца, после чего определяют высоту мениска по разности полученных значений координат. 1 ил. г § to со о 00 Од