Способ измерения межфазного поверхностного натяжения жидкостей в присутствии электрического поля Советский патент 1980 года по МПК G01N13/02 

Однако, вспедсгвие вспучивания межфазной поверхности, находящейся под эпе KrjxiflOM, а также из-за втягивания поплавка в область, занятую полем, поплавок тоже с гещается. Эти эффекты имеют место из-за подвижности поверхности и неоднородности попя на концах электрода. Они не могут быть исключены продолжением электрода, поскрльку способ требует наличия свободной межфазной поверхности за краем электрода, где вне поля находит ся часть поплавка. Невозможность уменьшения и точного расчета электростатических поправок в этом способе снижает точность измерения. Другим недостатком способа является небольшая напряженность эдактрического попя, при которой могут быть произведены измерения в виду неустойчивости поверхности под электродом: извержение с труй и замыкание электродов с большей .проводимостью. Цель предлагаемого изобретения - повышение точности измерения. .s Для этого жидкости разделяют тонкой пластинкой с отверстием и создают избыточное давление в жидкости с меньшей проводимостью, при этом об искомой величине судят по разности между макси мальнь1М давлением продавливания капли и электростатическим давлением, которое определяют для данной величины поля с помощью двух измерений максимального давления на отверстиях разного диаметра Поле системы проводящая жидкость плоский электрод представляет собой поп плоского конденсата с лункой на одной из пластин, которое в принципе может быть рассчитано. Электростатические силы гвтягивают жидкость с большей проводимостью в область поля, таким образом среднее по поверхности выдавливаемой капли электростатическое давление нап- равлено против избыточного давления. Ве личина электростатической поправки может быть измерена на двух разных отверстиях следующим образом. Максимальное избыточное давление, фиксируемое при проскакивании капли, можно записать: (1) где & - коэффициент межфазного поверхностного натяжения в присутствии электрического -поля; -, эффективный радиус отверстия; среднее электростатическое, давление., Если радиус отверстия значительно больше толщины пластинки, а расстояние между пластинами конденсатора значительно больше размеров лунки, то давление Pj не зависит от размеров пунки. Проводя измерения при неизменном напряжении на электродах и учитывая, .что межфазное натяжение остается также неизменным, можно с помощью формулы (1) получить: , . -Л-. г - эффективные радиусы отверстий;лР - максимальные избыточные давления, при которых продавливаются капли. При измерении предлагаемьш способом электростатическую поправку можно уменьшить (и сделать пренебрежимо-малой) путем увеличения доли поверхностных сил, т.е. уменьшая радиус отверстия. Возможность проводить измерения при больших электрических полях обусловлена стабилизирующим действием избыточного давления, которое обычно превышает как среднее, так и лока.льное электростатическое давление. Для развития неустойчивости в данной системе электростатические силы должны изменить знак кривизны мёжфазной поверхности, т.е. вывернуть лунку, что требует больших напря женностей электрического поля, чем для развития неустойчивости плоской поверх- . ности раздела. Предлагаемый способ поясняется фиг. 1. Граница двух, несмешивающихся жидкостей помещается в электрическое поле, . причем подвижность межфазной поверх- ности ограничивается с помощью пластинки с отверстаем. В жидкости с меньшей п роводимостью с создается избыточное д.авление, которое действует против сил поля на межфазной поверхности и выдавливает каплю. При проскакивании капли фиксируется максимальное давление, по которому с учетом электростатической поправки определяется межфазное натя- . жение в присутствии электрического поля. Жидкости разделяются тонкой пластинкой 1 с калиброванными отверстиями 2. Электрическое попе создается с помощью электродов 3. и 4, причем жидкость с большей проводимостью имеет потенциал, подведенный к эле ктроду 3, т.е. все напряжение падает между границей этой жидкости и плоским электродом 4, раз- . мещенным в слабо проводящей жидкости. Избыточное давление ДР и среднее электрэстагаческое давление РЗ имеют прОтивопопожное направление на межфазной поверхносги 5. На фиг, 2 приведен пример усгройсТг- ва для осуществления предлагаемого способа, когда жидкость с большей проводимосгью имеет большую плотность{для систем вода-масло, вода-углеводороды и т.д.). Устройство для измерения межфазного поверхностного натяжения жидкостей в присутствии электрического поля сбдержкт тонкую пластинку 1 из слюды с калиброванным. отверстием 2, прикрепленную к торцу баллона 3, открытый сосуд 4, Трубку 5, соединяющую баллон с сосудом и являющуюся одновременно манометррм, кран .6 и 7, кольцевой электрод 8, впаянный в баллон, и плоский элекг- ; род 9, размещенный в сосуде параллельно пластине. Баллон 3 исоединительная трубка.5 заполняется водой, после чего кран 6 закрывается, а в сосуд 4 заливается .маело (или гексен, гептан и ,) так, чтобы торец баллона с пластинкой был логружен в масло. Разность уровней К между отверстием в пластинкеи поверхно стью раздела жидкостей в манометре .10 определяет избыточное давление: P(§, « Ра - плотность воды и масла; . О - ускорение cntei тяжести. Под действием давления А Р масло выдавливается в воду через отверстие 2 (вода должна лучше смачивать пластинку 1, чем масло), В момент проскакивания капли давление в баллоне увеличйвается, поднимается уровень 10 и уменьшается 4 Р, faK как величина )азного натяжения жидкостей зависит от времени существования поверхности при измерении, то скорость понижения уровня 10 (т,е. время существования по.верхности до проскакивания капли или частота проскакивания капель) регулируется краном 7. Чтобы определить изменение межфазного натяжения в электрическом поле, ск;орост понижения уровня 10 устанавливается в отсутствие поля, причем в установившемся режиме проскакивания капель перепад h соответствует обычному (без поля) межфазному натяжению, вычисляемому йэ выражения (1) при Р- О, При подаче 71 66 напряжения на электроды 4 и 5, межфаэное натяжение уменьшается и капли проскакивают с большей частотой при той же скорости понижения уровня 10, В тече -® Ю- шш система переходит в установившееся положение, когда частота проскакивания капель равна первоначальной , но с меньшим перепадом Ь , соответствующим межфазному натяжению в присутствии электрического п° (вычисление по формулам (1) и (З), Измерение межфазного натяжения жидкостей в присутствии электрического поля предлагаемым способом обеспечивает следующие преимущества:повышение точности измерения путем -расчета, йзмере«ия для уменьшения электростатической .поправки; увеличение электрического поля за счет того, что Неустойчивость межфазной поверхности подавляется путем создания избыточного давления в среде с меньшей проводимостью. Предлагаемым способом измерено межфазное натяжение вода-масло в присутствии поля напряженностью 1б,5 кВ/см, тогда как плоская граница раздела вода-масло неустойчива при 8,2 кВ/см, Формула и 3 о б р е т, е н и я Способ измерения межфазного поверхностного натяжения жйдкЬстей в присутствии электрического поля, созданного путем приложения разности потенциалов между жидкбсТБю с большей проводимостью и плоским электродом в другой жидкости, отличающийся тем, что, с целью повьтше шя точйости измерения, жидкости разделяют тонкой пластинкой с отверстием и создают избыточное давление в жидкости с меньшей проводимостью, при этом об искомой величине судят по разности, между максимальным-давлением, продавливания капли и электростатическим давлениё, котброё опредеЯяют дпй данНОЙ величины поля с помощью двух измерений максимального давления на отверстиях разного дтаметра. Источники информации, принятьте во вн1йманиё. при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР №542940, кл, q 01 N 13/02, 1976, q.M. Schmid , B.M.Murd, E.5. SnOveCV D.eeictrochem. Soc., {OQ, .