Устройство для измерения поверхностного и межфазного натяжений на границе раздела двух сред Советский патент 1978 года по МПК G01N13/02 

Все перечиспеи1-ые виды приборов требуют вычисцитепьных операций, что весьма кеулобно и занимает значительную часть

,

Бремени.,. Это их основной недостаток. Другой недостаток заключается в том, что они не допускают наблюдения динамики изменения поверхностного натяжения.

Цепью изобре1:епия является упрощение и ускорение процесса измерений.

Для этого устройство содержит измерительный сосуд с неподвижным электродом, расположенным ниже уровня границ раздела фаз, подвижный электрод, расположенный на механизме перемещения соосно с сосудоМ; источник напряжения, к которому подключены оба электрода, токовый измерительный прибор, включенный последовательно с неподвижным электродом, и вольтметр, подключенный к источнику напряжения, причем измерительный сосуд снабжен крышкой с уплотнительными элементами.

Между электродами возникают силы электростатического взаимодействия, которые пропорциональны поверхностному натяжению жидкости. Изменяя напряжение, изменяют силы взаимодействия. Повышая плавно напряжение, увеличивают темсамым эти силы и, поскольку электрод над поверхностью раздела неподвижен, то жидкость под ним начинает притягиваться к нему, образуя вспучивание. При этом можно достичь такой величины напряжения, когда произойдет разрьгБ поверхности вспучивания Очевид1- 0- это произойдет, когда силы, элек ростатьческого взаимодействия будут равны ситам поверхностного натяжения. Вольтметр, Ичях.зряющий высоковольтное напря е- UHi.., приложенное к электродам, покажет его величину, пропорционаг:ьную силам поверхностного (межфазного) натяжения и можот быть отградуирован непосредственно в геличинах поверхностного натяжения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения поверхHf CTi.icro и межфазного натяжений:; на фиг. 2 конструкция механической части прибора ,

Устройство для измерения поверхностного и межфазного натяжения представляет собой измерительный сосуд 1,два электрода, неподвижный 2 и подвижный 3, распоЛ.женъ1ые над сосудом на механизме перемещения 4, которые подключены к клеммам источника высокого напряжения 5, к которым подсоединен вольтметр 6, выполняющий роль прибора отсчета. Эту же ропь рьшопняет и масштабная линейка 7 механизма перемеи.ения 4. Последовательно с электродом 2 включен токовый прибор 8, который

обеспечивает регистрацию момент;а разрыва поверхности жидкости.

Измеригельиыйсосуд 1 (фиг. 2)совстроенным электродом 2 закрыт уплотненной прокладками крышкой 9, сквозь которую проходит подвижный электрод 3. По оси электрода расположен подвижный штырь 10, калиброванный по длине , т.е. от нижней части электрода до выступающего конца строго определенная длина, например, 5 мм. Этот штырь может убираться в тело электрода. Пижняя часть 11 электрода 3 выполнна съемной, так, что между ней и телом электрода размещается уплотнитепьная прокладка. Сосуд 1 помещается в держатель 12, фиксируюший на кронштейне 13 из изоляционного материала винтом 14, а к плате 15 - защелкой 16. Кронштейн 13 может поворачиваться на 18О вокруг своей осевой линии на Т-об разном выступе, закрепленном под кольцами 17 к ползуну 18. Последний может перемещаться вертикально-в направляющих 19, закрепленных на кожухе 20. На ползуне 18 укреплена зубчатая рейка 21, находящаяся в зацеплении с шестерней 22, на оси 23 которой надета ручка 24 со стрелкой.

Положение рейки 21, а следовательно, и электрода 3 фиксируется зажимом 25, управляемом р чкой 26.

Измерение поверхностного натяжения жидкости проводят следующим образом. В кювету 1 заливают до некоторого уровня исследуемую жидкость. Вращая ручку 24, опускают электрод 3 до тех пор, пока штырь 10 своим выдвинутым нижним концом не прикоснется к поверхности жидкости. Штырь 10 вводят в глубь электрода. Такой прием позволяет при многократных замерах устанавливать одно и то же расстояние , что весьма важно, так как сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между заряженными телами. Кроме того, для данного расстояния калибруют вольтметр непосредственно в единицах поверхностного натяжения.

Установив расстояние, включают источник высокого напряжения 5 и повышают напряжения. На поверхности жидкости возникает вспучивание и при определенной величине напряжения происходит разрыв вершины вспучивания. В этот момент прекращают повышение напряжения, фиксируют его величину и по. калибровочным графикам определяют поверхностное натяжение, а если вольтметр калиброван, то считывают показания со шкалы. Если сосуд и жидкость непрозрачны, то о разрыве вершины судят по отклонению (броску) стрелки токового

прибора 8, включенного последовательно с одним из электродов.

Измерение межфазного натяжения двух: несмешивающихся жидкостей производится следующим образом. В кювету заливают

первую жидкость и устанавливают электрод 3 на заданное расстояние от поверхности жидкости с поыошью штыря 10, как сказано выше. После поднятия штыря 10 заливают вторую жидкостную фазу. Включив источник высокого напряжения 5, поднимают напряжение до наступления разрыва вершины вспучивания границы раздела фаз, момент которого определяют по отклонению стрелки токового прибора 8. При подготовке пробы следует обращать вниь/ание на то что верхняя фаза всегда должна иметь меншую проводимость, чем нижняя. Однако, не всегда возможно обеспечить такое расположение, так как 4&за, которую следовало расположить внизу,может иметь меньшую плотность и при наполнении сосуда всплывает навер поэтому в приборе предусмотрен поворот сосуда на кронштейне 13 на 180°, таким образом, обеспечится положение неподвиж- ного электрода 2 в фазе с высокой проводимостью, а подвижного 3 - в фазе с низкой. Так, например, при системе нефтьвода - нефть легче воды и ик-;еет большее объемное сопротивление. Электрод 3 располагают в нефти. Если же вода является бидистиллятом, т. е. с объемным сопротивлением, значительно более выcoки ; чем у «ефти, то электрод 3 располагают внизу, путем поворота сосуда 1 на 180 . Именно это определяет наличие угшотншокщх элеметов в крышке 9 сосуда и в нижней части электрода 3.

Использование устройства для измерения поверхностного и межфазного натяжений позволяет значительно упростить процесс измерения, который сводится лишь к приготовлению пробы и регистрации результата на шкале прибора, исключив операции вычисления п

формулам, как это требуется с суш,ествующими приборами. Кроме того, это устройст во дает возможность наблюдать процесс изменения поверхностного натяжения в динамике, поскольку измерение можно вести с интервалом 3-5 сек. Наряду с этим, это устройство позволяет вести замеры поверхностного и межфазного натяжений в закры тых непрозрачных сосудах и непрозрачных жидкостях, так как фиксация разрыва вершины вспучивания происходит по отклонению стрелки токового прибора 8. И, кроме того, в этом устройстве заложены возможности автоматизации процессов измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения поверхностного и межфазного натяжений на границе раздела двух сред, отличающеес я тем, что, с целью упрощения и ускорения процесса измерений, оно содержит измерительный сосуд с неподвижнык.; электродом, расположенным ниже уровня границ раздела фаз, и подвижный электрод, расположенный на механизме перемещения соосно с сосудом, источник напряжения, к которому подключены оба электрода, токовый измерительный прибор, включенный последовательно с неподвижным электродом, и вольтметр, подключенный к источнику напряжения, причем, измерительный сосуд снажен крышкой с уплотнительными элементами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Эмульсии. Под ред. Абрамзона А. А, М., Химия, 1972, с. 165-168.

Е- 7

г

1риг. 1