Устройство для измерения поверхностного напряжения жидкостей Советский патент 1976 года по МПК G01N13/02 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к измерению физико-химических параметров жидкостей, и может найти широкое применение в системах автоматического контроля и управления процессами приготовления растворов поверхностно-активных веществ как. в лабораторных, так и в промышленных условиях.

Известно устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей методом максимального давления в газовом пузырьке, содержащее измерительный капилляр,барботажную трубку, источник стабилизированного давления питающего газа, измеритель перепада давлений, постоянные и переменные дроссели l.

Однако измеряемый максимальный перепад давления при образовании газового пузырька в известном устройстве зависит от влияния капиллярных сил в барботажной трубке, а также от расстояния от плоскости среза нижнего конца барботажной трубки до вершины мениска в момент максимального давления при образовании газового пузырька из

барботажной трубки. Вышеуказанное явление вносит дополнительную погрешность до 5%.

Учесть влияние указанного фактора при расчете поверхностного натяжения по измеренному перепаду давления невозможно ввиду того, что моменты образования газовых пузырьков из калиброванного отверстия измерительного капилляра и барботажной трубки не совпадают.

Целью изобретения является повышение точности измерения поверхностного натяжения. Для достижения этой цели устройство снабжено камерой с вялой гофрированной мебраной, разделяющей камеру на две полости, причем внутренние пространства нижней полости камеры барботажной трубки и измерительного капилляра разобщены между собой и соединены раздельно через переменные дроссели с источником стабилизированного давления питающего газа и постоянными дроселями, выходы которых, а также внутреннее пространство верхней полости камеры сообщены с атмосферой.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства. Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей состоит из источника 1 стабилизированного давления питающего газа, переменных дросселей 2, 3, 4, ограничивающих расход газа в пневматических ветвях устройства, постоянных дросселей о, 6, 7, предназначенных для установки необходимых величин давления соответст венно во внутреннем пространстве капилляра 8, запаянной снизу трубки 9 и нижней полости камеры 10. Газ к капилляру 8 подводится по гибком шлангу 11, а трубка 9 жестко подвещена на вялой гофрированной мембране 12. Внутренние пространства трубки 9 и нижней полости камеры 1О разобщены между собой и атмосферой гибкими уплотнениями 13 и 14, обеспечивающими свободное перемещение трубки 9 относительно колпачка 15 и корпуса камеры 10 на требуемое расстояние ± 5 см. В исходном состоянии переменные дроссели 2, 3, 4 полностью перекрыты, а трубка 9 не погружена в исследуемую жидкость. Схема измерения включает в себя измеритель перепада давления 16 и подъемный винт 17. Устройство работает следующим образом. На вход устройства с помощью источника 1 стабилизированного давления подают питающий газ. Переменным дросселем 4 устанав ливают такую величин} давления в нижней полости камеры под вялой гофрированной мембраной 12, чтобы сила, создаваемая этим давлением на мембрану 12 снизу, полностью и точно была уравновещена весом мембраны 12 вместе с подвешенной на ней трубкой 8. При этом мембрана 12 должна принять сторого горизонтальное положение. Сосуд с исследуемой жидкостью с помощью подъемного винта 17 приподнимают до тех пор, пока нижний торец трубки 9 не коснется поверхности жидкости. С помощью переменного дросселя 3 во внутреннем простран.- стве трубки 9 создают незначительное избыточное давление. В результате действия этого давления трубка 9 вместе с закрепленным на ней капилляром 8 погружается в исследуемую жидкость на такую глубину Н, при которой выталкивающая сила, действующая на трубку 9 снизу, не уравновесится давлением внутри трубки 9. т. е. P,.p upgH . где F давление внутри трубки; Д р - разность плотностей исследуемой жидкости и питающего газа внутри трубки. Затем переменным дросселем 2 во внутреннем пространстве капилляра 8 создают такое давление, при котором из последнего начинают выделяться газовые пузырьки. Величина этого давления равна где величина поверхностного натяжения жидкости; т внутренний радиус калиброванного отверстия. С помощью измерителя перепада давления 16 измеряют разность между давлением трубки 9 и давлением вкутри капилляра 8 и на основании этой величины рассчитывают поверхностное натяжение исследуемой жидкости. При такой конструкции устройства отсутствует барботаж газа в исследуемую жидкость из барботажной трубки, а давление внутри нее точно воспроизводит только гидростатическое давление, создаваемое столбом жидкости, высота которого равна глубине, на которую погружена трубка. Максимальное давление в газовом пузырьке, образующемся из капилляра, плоскость среза нижнего конца которого находится в одной плоскости со срезом нижнего конца трубки, равно сумме давлений - давления, обусловленного влиянием капиллярных сил на поверхности раздела жидкость - газ, и давления внутри трубки устройства. Разница давлений внутри капилляра 8 и внутри трубки 9 есть функция капиллярного давления, вызываемого поверхностным натяжением на внутренней кромке калиброванного отверстия капилляра 8, и не зависит от глубины погружения, плотности исследуемой жидкости, а также влияния капиллярных сил в барботажной трубке при барботаже газа из нее. Дальнейшие измерения уровня исследуемой жидкости в сосуде, а также ее плотности не влияют на измеренный перепад давления в устройстве. Кроме того, исключаются J значительные колебания уровня жидкости в сосуде от образования больших газовых пузырьков. Формула изобретения Устройство для поверхностного натяжения жидкостей методом максимального давления в газовом пузырьке, содержащее измерительный капилляр, барботажную трубку, источник стабилизированного давления питающего газа, измеритель перепада давлений, постоянные и переменные дроссели, о т л и ч а ющ е е с я тем. что, с целью повышения

точности измерений, оно снабжено камерой с вялой гофрированной мембраной, раздедяющей камеру на две полости, причем внутренние пространства нижней полости камеры, барботажной трубки и измерительного капилляра разобщены между собой и соединены раздельно через переменные дроссели с источником стабилизированного давления питающего газа и постоянными дросселями, выходы которых, а также внутреннее поостранство верхней полости камеры сообщены с атмосферой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, Авт. св. СССР № 265551 по кл. G- 01 N 13/О2 от OS.12.68 - прототип.