Способ определения поверхностного натяжения жидкости Советский патент 1987 года по МПК G01N13/02 

112

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к исследованию поверхностных свойств жидкостей и может быть использовано при изучении поверхностных явлений в жидкостях, в частности в жидкостях с пленками поверхностно-активных веществ (ПАВ), а также для контроля отсутствия (наличия) примесей ПАВ в чистых жидкостях.

Целью изобретения является расширение класса исследуемых жидкостей.

Ва чертеже приведена схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Изобретение основано на эффекте параметрического возбуждения поверхностных волн,. Он заключается в том, что если сосуд с жидкостью будет совершать вертикальные гармонические колебания в поле силы тяжести по закону и А , где и - смещение сосуда; А - амплитуда; Я- частота, то на поверхности жидкости будут возбуждаться волны с частотой

iJ -у- . При этом каждая частида

жидкости относительно движущегося .сосуда находится в переменном поле силы тяжести,эффективное ускорение ко торого g(t) (1- Hcosat)g, где

i «

ASi

- безразмерная амплитуда модуляции, g ускорение силы тяжести. Тогда, если частота F 52

271

изменения параметра g(t)

вдвое вьш1е собственной частоты колебания частиц жидкости, то по отношению к столь угодно малым возмущениям при амплитуде р модуляции вьшю некоторой критической (пороговой) состояние равновесия частиц по поверхности жидкости становится неустойчивым - возбуждаются волны.

Как показали эксперименты шири- на области неустойчивости, т.е. области возбуждения одной моды, по частоте не превьшает 1 Гц,в этих предела.х ошибка определения поверхностного натяжения жидкости 6 составляет менее 2,5%, что и позволило применить предлагаемый способ для измерения Q , В данном способе для точного определения собственной частоты f волны нет необходимости добиваться максимальной амплитуды поверхностной волны, что являет

5

0

5

ся длительной и трудоемкой процедурой из-за отсутствия резко выраженного максимума в резонансе. В пред- лагаемом способе для определения f достаточно только возбудить поверхностную волну, при зтом собственная частота f волны здесь равна половине частоты колебания сосуда (с точностью 0,5 Гц, так как ширина области возбуждения одной моды по частотр равна 1 Гд). Поскольку поверхность жидкости в предлагаемом способе свободна от внешних воздействий, то данный способ позволяет исследовать не только чистые жид- кости, но и жидкости с пленкой ПАВ на :поверхности.При: этом, как показали эксперименты, пленка ПАВ не увеличивает ширину области возбуждения моды по частоте и тем самым не ухудшает точность определения f, а следовательно, и 6

Для измерения длины волны используют известные способы, например, оптические в отраженном или проходящем свете.

Независимо от способа генерации волн на поверхности глубокой (глубина жидкости много больше длины волны ) жидкости их параметры - круговая частота о) и волновое число k - связаны дисперсионным

соотношением где с

uJ../gk

5

Р

k

плотность жидкости.

Из дисперсионного соотношения расчетная формула для имеет вид

uJ - gk

k3

45

-p(« -sj

(1)

Устройство для определения поверх ностного натялсения содержит сосуд 1 для исследуемой жидкости, располо- женный на вибростоле 2, к входу электрической части которого подключен усилитель 3 мощности сигнала звуковой частоты. Усилитель 3 соединен с управляющим генератором 4 сигнала звуковой частоты, с помощью которого осуществляется регулировка частоты F колебаний вибростола 2.

В конкретной реализации устройства в качестве вибростола 2 с усилите-i,

лем 3 и генератором 4 использован вибрационный электродинамический стенд марки ВЭДС - 10а,

Сосуд 1, выполненный Из оргстекла имел форму прямоугольного параллелепипеда с размерами дна 16 X 160 мм ч высотой 100 мм.

Способ осуществляют следующим образом.

Исследуемую жидкость наливают в сосуд 1 и с помощью генератора А и усилителя 3 устанавливают амплитуду вертикальных колебаний вибростола 2 порядка 0,5 - 1 мм. Далее плавно изменяют регулятором частоту генератора 4 до появления на поверхности жидкости стоячей волны. Фиксируют частоту F генератора 4, при которой появляется устойчивая картина стоячей волны. Определяют длину волны | полученной стоячей волны одним из известных способом, например путем фотографирования сбоку через прозрачную стенку сосуда.И по измер н- ным АИ f по формуле (1) определяют коэффициент поверхностного натяжения б

O

5

0

5

. прсоб использован для измерения в дистиллированной воды и воды с пленкой ПАВ при температуре Т 20 t 2°С.

Экспериментальный разброс значений 6 не превышает 1,5%,а предельная относительная погрешность определения равна 2,5%.

Формула изобретения

Способ определения поверхностного натяжения жидкости, заключающийся во внешнем, периодическом механическом г гВоздействии на жидкость в сосуде, измерении частоты внешнего воздействия и длины капиллярной волны, возбуждаемой на поверхности жидкости при этом воздействии,.и вычислении поверхностного натяжения по измеренным величинам, отличающийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых жидкостей, внешнее воздействие на жидкость осуществляют вертикальным колебательным перемещением сосуда с постоянной амплитудой и частотой, при которой на поверхности жидкости образуется стоячая капиллярная волма.

Составителе А.Кощеев Редактор М.Келемеш Тех15ед вТКадар Корректор Е.Сирохман

Заказ 7430/40 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

V

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4