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

ts9

Од СП

сд

;о i Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам измерения углов смачивания плоских поверхностей каплями и пленками жидкости, и может быть применено для анализа свойств поверхнос ти твердого тела, для изучения расте кания и испарения жидкостей, смачивающих поверхность. Целью изобретения является повы|шение точндсти и сокращение времени измерений путем исключения необходимости построения касательной на изо ражении капли. Способ основан на известном зако не геометрической оптики: отраженны от поверхности луч лежит в плоскост падения, т.е..в плоскости, образова ной двумя прямыми линиями: направле нием распространения падающего лазе ного луча и нормально к поверхности ,сапли в точке падения луча, Проекци плоскости падения на экран, перпенди кулярньй падаюп(ему лучу, является непосредственно наблюдаемой вследствие отражения луча от поверхности капли и выглядит ярко светящейся линией. Краевой угол равен углу ме;|сду вертикалью и резким нижним краем| наблюдаемой на зкране линии. При измерении краевого угла для тонких пленок значение угла находят путем несложного расчета по измеренной высо.те отраженного на экран луча. Выражения для координат X (по горизонтали) и Y (по вертикали) точки падения отраженного луча на экран: X Ycos4:tgd- ; Y atg l80-2arctg(tgoL:sin4:) : с.° 90-0% где Q - краевой угол смачивания; Ч - угол поворота радиуса капли, проведенного в точку падения луча, .отсчитанньй от прямой, лежащей в плоскости основания капли и перпен дикулярной лучу; а - расстояние от капли до экрана (размерами капли г можно пренебречь, если г«а). Исключив Ч из выражений для X и Y получим. Y:X tgol:b-tg :tg490 - arctg-) 3. Выбрав расстояние а достаточно большим,.можно получить подкоренное вьфажение мало отличающимся от 1, Y тогда - tgoi, т.е. тангенс наблюдаеYмого на экране угла, равный -, дей492твительно совпадает с tgot, где . Для того, чтобы ошибка в измереии угла® не превышала 1%, подкореное выражение должно быть не мечее ,98. Для углов - 90 зто выYполняется при - 0,1. При фиксированных Y и а для углов опшбка увеличивается. Считывание угла при малых Y не всегда удобно, практически Y выбирается равным 4-5 см. Повысить точность при сохранении Y можно, увеличивая расстояние а от капли до экрана, но более высокую точность обеспечивает видоизменение измерения: в случае малых углов смачивания необходимо использовать отражение луча при , когда 9 arctg-. Этим Л, 3. способом можно измерять с высокой точностью углы от 20° до. долей градуса, т.е. углы, образуемые не только по каплям жидкости, но и смачивающими пленками. Пример. Каплю воды наносят на стеклянную пластинку. Пластинка перемещается в горизонтальной плоскости до касания лазерным лучом основания капли. Используется лазер ЛГ-/8с длиной волны генерации А. Лазерный луч должен быть выставлен горизонтально и падать в начало координат угломерной шкалы, нанесенной на матовый экран. При падении луча на основание капли на экране возникает Светящаяся полоска, резкий нижний край которой отклонен от вертикали на угол, равный краевому углу смачивания стекла водой. По угломерной шкапе считывается результат: 36,0°, Высота угломерной шкалы в точке считывания равна 3 см. Расстояние от капли до экрана 40 см. Y 3 1 Поскольку 7л Тп опшбка определения угла не превьшает 1%. Таким образом® 36,0°+0,4 . Формула изобретения Способ определения краевого угла смачивания, заключающийся в нанесении капли жидкости на поверхность, освещении капли и измеренкЕ1 геометрического параметра оптической картины, формируемой при этом на экране, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокраще312655494

ния времени измерения, каплю освеща- измеряют угол отклоненияот вертикают пучком лазерного излучения, а ли прямой, совпадающей снижним крав качестве геометрического параметра , ем светящейся полоски наэкране.