Устройство для определения краевого угла смачивания Советский патент 1988 года по МПК G01N13/02 

00

1139А

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам для измерения физико- химических параметров на границе раздела фаз, и может быть применено для определения краевого угла смачивания чистыми жидкостями и растворами поверхностно-активных веществ (llAB) поверхностей различных твердых материалов в лабораторных условиях.

Целью изобретения является повьше- ние экспрессности при проведении серии измерений путем сокращения време

На калиброванную прокладку 3 устанавливают любой твердый материал (например, шероховатое стекло) с плоской поверхностью, покрытой предварительно ТОНКИМ слоем исследуемой жидкости со стороны торца капилляра. В емкость 10 заливают исследуемую жидкость и устанавливают ее на столике 12 при фиксированном его положении. С помощью рычага 9 перемещают капиллярный плунжер 5 вправо до тех пор, пока его положение не зафиксируется с помощью защелки 7. При этом выход

Изобретение относится к измерительным устройствам поверхностных свойств на границе раздела жидкость - твердое тело - жидкость или жидкость - твердое тело - газ и может найти широкое применение для определения краевого угла смачивания жидкостями твердых материалов в лабораторных условиях. Цель изобретения - повышение производительности измерений при исследовании смачиваемости одной жидкостью различных твердых веществ путем сокращения времени .подготовки камеры и повьш1ение информативности за счет обеспечения проведения измерений при различных скоростях формирования капли. Устройство, работа которого основана на измерении давления в жидкостном мостике постоянной высоты, содержит цилиндрическую камеру, калиброванкьй капилляр с выходным отверстием ножевой формы, калиброванную по высоте прокладку, датчик давления, электронный усилитель, блоки фиксации момента спада сигнала и запоминания максимального значения сигнала, регистрирующий прибор и систему формирования капли жидкости из капилляра, которая в свою очередь состоит из капиллярного плунжера, пружинного спускового механизма, электромагнита и вынесенной отдельно емкости для исследуемой жидкости. На торце капилляра вынесенная отдельно емкость для исследуемой жидкости установлена на спуско-подъемнои столике с фиксацией .любого промежу- точного его положения. Устройство позволяет также исследовать динамические характеристики смачиваемости (гистерезис, кинетику смачиваний и т.п.). 1 з.п, ф-лы, 1 ил. i (Л со со 4

ни подготовки камеры, а также повыше- 5 ное отверстие капиллярного плунже

ние информативности пу гем обеспечения проведения измерений при различных скоростях формирования капли,

,На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.20

Устройство для определения краевого угла смачивания состоит из цилиндрической камеры 1 для жидкостИе снабженной калиброванным вертикальным капилляром 2 с ножевым выходным отверс-25 капли со смоченной исследуемой жид- тием, расположенным на верхней крьпп- костью поверхностью любого твердого ка камеры 1. На камере 1 вокруг капилляра 2 установлен держатель образца в виде кольцевой прокладки 3 с калиброванной высотой. Внутри камеры зд установлен датчик 4 давления.

Камера снабжена также системой формирования капли жвдкости из выходного oTBepcTH5j капилляра 2, состояматериала давление внутри капилляра в результате образования жидкостног мостика, фиксируемое с помощью датчика 4 давления, резко падает, в ре зультате чего на выходе блока 14 фиксации момента спада сигнала появ ляется кратковременный импульс, кот рый при поступлении на катушку элек ромагнита 8 приводит к втягиванию сердечника с защелкой 7 внутрь элек ромагнита. В результате срабатьгоает пружинный спусковой механизм 6 и по действием пружины этого механизма

щей из капиллярного плунжера 5, пружинного спускового механизм б с защелкой 7, жестко связанной с подвижным сердечником электромагнита 8, и 9, Внутренняя полость капил-- лярного плунжера 5 с одной стороны сообщена с камерой 1, а с другой - с дополнительной емкостью 10 для исследуемой жидкости с помощью резиновой трубки 11. Емкость 10 установлена на подъемном столике 12 с возможностью фиксации любого положения по высоте, Датчик 4 давления соединен со схемой регистрации, в состав которой входят электронньй усилитель 13., блок 14 фиксации момента спада сигна35

материала давление внутри капилляра в результате образования жидкостного мостика, фиксируемое с помощью датчика 4 давления, резко падает, в результате чего на выходе блока 14 фиксации момента спада сигнала появляется кратковременный импульс, кото рый при поступлении на катушку элек ромагнита 8 приводит к втягиванию сердечника с защелкой 7 внутрь элек ромагнита. В результате срабатьгоает пружинный спусковой механизм 6 и под действием пружины этого механизма

0 капиллярньй плунжер 5 перемещается в крайнее левое положение, выходное отверстие капиллярного плунжера 5 перекрыто стенкой цилиндрической камеры I и исследуемая жидкость из кадс пиллярного плунжера перестанет вытекать во внутреннюю полость цилиндрической камеры 1.

Переключатель 17 устанавливают в положение А и с помощью регистрирующего прибора 16 измеряют давление P

ла, блок 15 запоминания максимально- в образовавшемся жидкостном мостике

го значения сигнала и регистрирующий прибор 16, подсоединяемый к схеме через переключатель 17,

Катушка электромагнита 8 запиты- вается от блока 14 фиксации момента спада сигнала.

Устройство работает следующим образом.

ра 5 сообщается с внутренним пространством камеры 1. За счет гидростатического давления исследуемая жидкость из емкости 10 заполняет внутреннюю полость цилиндрической камеры 1 и капилляра 2, В результате этого на торце капилляра 2 образо- вьшается капля исследуемой жидкости. Как только происходит соприкосновение

капли со смоченной исследуемой жид- костью поверхностью любого твердого

материала давление внутри капилляра в результате образования жидкостного мостика, фиксируемое с помощью датчика 4 давления, резко падает, в результате чего на выходе блока 14 фиксации момента спада сигнала появляется кратковременный импульс, который при поступлении на катушку электромагнита 8 приводит к втягиванию сердечника с защелкой 7 внутрь электромагнита. В результате срабатьгоает пружинный спусковой механизм 6 и под действием пружины этого механизма

капиллярньй плунжер 5 перемещается в крайнее левое положение, выходное отверстие капиллярного плунжера 5 перекрыто стенкой цилиндрической камеры I и исследуемая жидкость из капиллярного плунжера перестанет вытекать во внутреннюю полость цилиндрической камеры 1.

Переключатель 17 устанавливают в положение А и с помощью регистрирующего прибора 16 измеряют давление P/J

в образовавшемся жидкостном мостике

между исследуемой жидкостью и поверх- ност ью любого твердого материала, предварительно смоченного этой же жидкостью. Давление Р соответствует краевому углу смачивания, равному нулю. Затем вместо предварительно смоченного любого твердого материала устанавливают исследуемый образец

сухой исследуемо поверхностью вниз. С помощью рычага 9 перемещают капиллярный плунжер 5 в крайнее правое положение. Из. выходного отверстия плунжера 5 снова начинает вытекать исследуемая жидкость во внутреннюю полость цилиндрической камеры 1. Вытекание продолжается до тех пор, пока капля не соприкасается с сухой поверхностью твердого исследуемого материала. В этот момент происходит срабатьшание пружинного спускового механизма 6. Переключатель 17 устанавливают в положение Вис помощью регистрирующего прибора 16 измеряют максимальное давление Р, в капле в момент ее соприкосновения с сухой поверхностью твердого исследуемого материала. Затем переключатель 17 устанавливают в положение А и измеряют давление Р в образовавшемся жидкостном мостике между торцом капилляра 2 и сухой поверхностью твердого исследуемого материала.

Величину краевого угл-а смачивания е на основании измеренных в соответствующие моменты времени величин давлений ,, Р, и Р рассчитьшают с помощью

(О

1 г зависимости

о +Pi 2

исследовании смачиваемости данной жидкостью поверхности другого твердого материала его устанавливают на калиброванную прокладку 3, аналогично вьщ1еуказанному измеряют давления. Р, и Р и затем с помощью зависимости (1) рассчитывают величину краевого угла смачивания 0.

В случае необходимости дополнительное количество исследуемой жидкости добавляют в емкость 10 без остановки процесса измерений.

При необходимости изменения скорости образования капли на торце калиброванного капилляра 2 с помощью спуско-подъемного столика 12 изменяют

10

20

15

30

35

Q

по высоте положение емкости 10, в результате чего изменяется характерное время формирования поверхнос.ти раздела жидкость - газ.

Формула изобретения

g обеспечения проведения измерений при различных скоростях формирования капли, дополнительная камера для жидкости установлена с возможностью ее вертикального перемещения и фиксации.

25