Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей Советский патент 1991 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к физико-химическому анализу свойств жидкости, в частности к способу определения коэффициента поверхностного натяжения.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения ошибок, связанных с возникновением неосновных гармоник.

На фиг.1 приведена схема устройства, реализующего способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей; на фиг.2 - схема расположения электродов при возбуждении неосновной гармоники.

На фиг, 1 приведена схема устройства, реализующего способ, при возбуждении основной гармоники колебаний л 2. Устройсгво состоит из кольцевого держателя 1, на котором сформирована сферическая капля 2. Держатель соединен с платой 3, на которой в местах наибольшей амплитуды деформации поверхности капли для данной гармоники, а именно в верхней и нижней точках капли, вдоль оси держателя расположены электроды, создающие переменное электрическое поле, частота которого задается генератором 5. Разность потенциалов электрического поля задается высоковольтным трансформатором 6, амплитуда колебаний капли регистрируется с помощью микроскопа 7, капля освещается стробоскопом 8.

Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей для случая возбуждения основной гармоники колебаний п 2 осуществляется следующим образом.

Каплю дистиллированной воды формируют на кольцевом держателе с помощью мик- рошприца с гидрофобной иглой, что обеспечивает точность объема V не хуже 1%, Держатель выполнен в виде кольца диаметром 1,5 мм из кварцевой нити толщиной 20 мкм. Для того, чтобы возбуждающие основную гармонику п 2 внешние силы электрического поля прилагались в заданных точках и тем самым не вызывали появления других гармоник (заданные точки - верхняя и нижняя точки капли вдоль оси кольцевого держателя), необходимо, чтобы напряженность поля быстро убывала в направлениях, перпендикулярных оси кольцевого держателя, и возрастала вдоль оси, т.е. силовые линии должны иметь геометрию конуса. Эксперименты показали, что этому условию удовлетворяют цилиндрические

электроды диаметром d -у, находящиеся

на расстоянии I , где D - диаметр сферической капли. Поэтому в экспериментах используют электроды, представляющие собой медные стержни диаметром d 0,7 мм, на которые подается напряжение U 700В.

В экспериментах фиксируют частоту колебаний переменного электрического поля, при которой амплитуда колебаний поверхности капли максимальна. Так как форма капли, сформованной на кольце малого диаметра, близка к сферической, для вычисления собственных частот колебаний капли применяют формулу Рэлея

N/n7n-l)(n+2) ,

где о - коэффициент поверхностного натяжения, дин/см;

fn - собственная частота колебаний капли, с 1.

р- плотность жидкости, г/см ;

V - объем капли, см3; п - целое число, номер гармоники. В табл.1 содержатся значения резонансных частот для капель различного объема

0 V, вычисленные по формуле Рэлея для , а в табл.2 - экспериментально полученные значения резонансных частот и вычисленные в соответствии с этими частотами вели- чины коэффициента поверхностного

5 натяжения дистиллированной воды, кроме того, указаны значения абсолютной ошибки измерения.

Экспериментальный разброс Дазна- чений а не превышает 1%, что в 2-3 раза

0 меньше, чем в известном.

Использование способа определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: необ5 ходимость малого объема исследуемой жидкости, высокую точность измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, связанную с возбуждением од- номодовых колебаний, что влечет за собой

0 повышенную точность измерения резонансных частот, уменьшение влияния тех, контактирующих с исследуемой жидкостью, связанное с возможностью применения тонких колец малого диаметра, обеспечива5 ющих наименьшее искажение сферической формы капли и ее резонансных свойств

Формула изобретения

0 Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей, заключающийся в том, что формируют каплю жидкости на кольцевом держателе, возбуждают вынужденные капиллярные колебания

5 капли, изменяют частоту вынуждающей силы, измеряют амплитуду колебаний и по резонансному увеличению амплитуды определяют собственную частоту основной гармоники колебаний, отличающийся

0 тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения ошибок, связанных с возникновением неосновных гармоник, колебания возбуждают переменным электрическим полем, создаваемым с

5 помощью двух цилиндрических электродов, расположенных на оси кольцевого держателя, причем диаметр цилиндрических электродов и их расстояние от поверхности капли не превышает половину диаметра капли.

Таблица 1

Изобретение относится к физико-химическому анализу жидкостей с повышенным требованием точности, а именно к способу определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей. Цель изобретения - повышение точности измерения путем исключения ошибок, связанных с возникновением неосновных гармоник. Каплю исследуемой жидкости, сформированную на неподвижном кольцевом держателе, помещают между двумя цилиндрическими электродами, создающими переменное электрическое поле. Капля колеблется за счет периодически меняющегося момента, индуцированного внешним переменным электрическим полем. Геометрия внешнего поля такова, что силы приложены к тем частям капли, амплитуда деформации которых максимальна для данной моды колебаний, поэтому возбуждение колебаний наиболее эффективно и возникают лишь одномодо- вые колебания. По резонансному увеличению амплитуды определяют собственную частоту колебаний капли и с помощью формулы Рэлея вычисляют коэффициент поверхностного натяжения жидкостей. Уменьшение влияния держателя на резонансные свойства капли за счет отсутствия механического перемещения последнего и применения переменного электрического поля особой конфигурации для возбуждения одномодовых колебаний повышает точность измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей. Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей целесообразно использовать для анализа чистоты жидкостей в химической промышленности, пищевой промышленности, медицине, в радиолокационных методах наблюдения осадков. 2 ил, 2 табл. (Л С о х| О го 00 СА)

Таблица 2

Фиг.1