Устройство для измерения поверх-НОСТНОгО НАТяжЕНия жидКОСТЕй Советский патент 1981 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к контрольн .измерительной технике, в частности к измерительным устройствам физикохимических параметров растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ), и может быть использовано для автоматического измерения динамического поверхностного натяже у1Я (ДПН) жидкостей, концентрации ПАВ в растворах в лабораторных условиях. Известно устройство для измерени поверхностного натяжения (ПН) жид- костейг .основанное на барботажном методе измерения, состоящее из сосу да, заполняемого испытуемой жидкост двух трубок разного диаметра, погруж екшх в жидкость на разную глубину и подключаемых к источнику газа и измерительной схемы. Разница глубин п гружения трубок составляет 2/3 разности величин их радиусов 4 К одной трубке газ подается непосредственно от источника газа, а к другой через соленоидный вентиль таким образом, что при закрытом вентиле газ идет только через одну трубку, а при открытом вентиле - только через другу Соответственно попеременно датчик давления вырабатывает сигналы ТО большего, то Меньшего напряжения и через амплитудный вольтметр соединен с электрической схемой для получения разности сигналов, являющейся функцией ПН, регистрируемой самописцем. Точность измерения поверхностного натяжения чистых однокомпонентных жидкостей известным устройством составляет 0,1% t15. Недостатком этого устройства при использовании его для измерения ДПН растворов жидкостей является большая погрешность результатов. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения ПН жидкостей, содержащее пневматическую и электрическую схемы измерения, пневмоэйектрический преобразователь, задатчик времени существования поверхности раздела фаз, формирователи большого и малого пневматических подпоров и синхронизатор режима образования пузырьков, в котором капилляр и барботажная трубка установлены на одинаковом уровне в исследуемой жидкости 2. Несмотря на то, что выходной сигнал синхронизатора режима образования пузырьков поступает одновременно как на измерительный капилляр, так и барботажную трубку, моменты достижения

наибольших-давлений в них всегда смещены между собой во времени. Это вызванб тем, что постоянные времени капилля а и, барботажной трубки отличаются из-за различных их конструктивных разкюров (внутренние диаметры) и длин пневматических подводящих линий. Кроме того, если и удается достигнуть одновременное образование газовых пузырьков из капилляра и барботажной трубки ручной регулировкой дросселя для одного значения времени существования измеряемой поверхности раздела фаз и конкретного значения ее поверхностного натяжения, то для других значений указанных параметров процесс образования газовых пузырьков из капилляра и барботажной трубки будет снова происходить не одновремен.но. Это приводит к тому, что дифференцисшьный .преобразователь не регистрирует разность между наибольшими давлениями при образовании газовых пузырьков из капилляра и барботажной трубки, а, следовательно, и к погрешности измерения ДПН. Указанная погрешность достигает 2,5% и во многих случаях не удовлетворяет требованиям

.научо-исследовательских лабораторий. Цель изобретения - повышение точности измерения ДПН жидкостей и растворов ПАВ путем создания одинаковых временных условий образования газо8ЫХ пузырьков из двух калиброванных капилляров.

Поставленная цель достигается тем что устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей- по методу максимального давления в газовом пузырьке, содержащее источник питакицего газа, два калиброванных капилляра различного проходного сечения, два формирователя пневматических подпоров, задатчик времени существования поверхности раздела фаз, пневмоэлектрический преобразователь, дифференциальный усилитель и регистрирующий прибор, дополнительно содержит соленоидный вентиль с двумя раздельно коммутируемыми схемами

Включения, электронно-релейный блок с двумя выходами управляющих и смещенных по фазе релейных сигналов одинаково -регулируемой скважности, схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных и один выходной электронных ключа и два элемента памяти, при этом пневмоэлектрический преобразователь через схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных электронных ключа, два элсмёата памяти, дифференциальный усилитель и выходной электронный ключ соединен с регистрирующим прибором, вход электронно-релейного блока соединен с выходом задатчика времени существования поверхности раздела фаз, выходы раздельно соединены с уПравлякицими входами входных эяект- .

ронных ключей и обмотками питания соленоидного вентиля, пневматические входы которого соединены с источником питающего газа, а выходы - с ка.либрованными капиллярами и формирователями пневматических подпоров.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения поверхностного натяжения жидкостей; на фиг. 2 конструктивная схема соленоидного вентиля.

Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей состои из источника 1 питающего газа, соленоидного, клапана 2 с двумя раздельно коммутируекооми схемами включения, измерительных капилляров 3 и 4 различного внутреннего диаметра, опущенных в исследуемую жидкость таким образом, что нижний торец капилляра с большим радиусом выходного отверстия находится выше нижнего торца капилляра с меньшим радиусом выходного отверстия r-f на величину Ah 2()/3. Измерение максимальног давления при образовании газовых пузырьков из капилляров осуществляют с помощью дифференциального пневмопреобразователя 5, генератора б си7 нусоидальных электрических колебаний и электрической измерительной схмы 7 со стандартным выходным сигналом. Кроме того, устройство содержит схему 8 измерения и расширения амплитуды импульсов, задатчик 9 времени существования поверхности раздела фаз, электронно-релейный блок 10. с двумя выходами управляющих и смещенных по .фазе релейных .сигналов .одинаково регулируемой скважности, дифференциальный усилитель 11, регистрирующий пр.ибор 12, электронные ключи 13-15, постоянные и регулируемь е дроссели 16-19.

Соленоидный вентиль .(фиг, 2) состоит из корпуса 20, шести соединительных штуцеров 21, двух сердечнико 22 с уплотнйтельными прокладками на торцах, двух катушек 23 и двух пружин 24. При отсутствии питания катушек оба сердечника под действием.пружин герметично разделяют между собой внутренние полости левой, средней и. правой частей вентиля.

Задатчик времени существования поверхности раздела фаз выполнен в виде электронного реле времени, собранного из радиоэлементов отечественного производства и позволяет получать единичные кратковременные релейные импульсы на выходе с интервалом от О,5 до 600 с с возможными отклонениями ±0,05-0,5 с.

Электронно-релейный блок дает возможность получить на двух управляющих выходах смещенные по фазе релей.ные сигналы одинаково регулируемой, скважности. Длительность релейных выходных сигналов регулируется в диапазоне от 0,5 до 5 с и должна быть больше времени, необходимого для об разования одного газового пузырька из любого капилляра. Собран электро но-релейный блок из радиоэлементов электронно-магнитных реле отечественного производства. Схема измерения и расширения амплитуды импульсов дает возможность измерять (первый каскад), а затем расширить во времени (второй каскад схемы) нет период длительности управ ляющих релейных сигналов электронно релейного блока максимальную амплитуду входного сигнала, пропорционал ного измеряемому наибольшему давлению в поочередно образующихся газовых пузырьках из капилляров устройства. Измерение поверхностного натяжени жидкостей устройством осуществляетс следующим образом. Включают электрическое и пневмати ческое питание устройства и погружаю измерительные капилляры 3 и 4 в иссл дуемую жидкость таким образом, чтобы нижний торец капилляра с большим внутренним радиусом Tg находился выше нижнего торца капилляра с меньшим внутренним радиусом г на величину ДН 2(г2-г)/3. С помощью задатчика 9 устанавливают требуемое время существования исследуемой поверхности раздела фаз (фиг. 1). в периоды между импульсами электронно-релейиого блока, который срабатывает от кратковременного импульса задатчика времени существования поверхности раздела фаз, часть питающего газа. через регулируемые дроссели 18 и 19 с помощью которых мениски исследуемой жидкости в капиллярах устанавливают в их нижней части, стравливается в атмосферу. Это способствует про цессу сщсорбции молекул ПАВ на исследуемую поверхность. Кроме того, в эти периоды электронные ключи 1315 заперты, элементы , а также запоминающий конденсатор схемы измерения и расширения амплитуды сиг нёшов соединены с корпусом устройства, на вход регистрирующего прибора 12 поступает нулевой сигнал. В моменты, когда на выходе задатчика 9 времени существования поверхности раздела фаз появится первый кратковременный импульс,.на вимодах I и III электронно-релейного блока появляются релейные импульсы заданной длительности. С выхода 1 электронно-ре7 ейного блока сигнал поступит на открывание ключа 13 и левой обмотки соленоидного клапана 2. В ре зультате перемещения левого сердечнкка соленоидного клапана 2 влево произойдет перекрытие выхода питаиощего газа в атмосферу через дроссель 18 и соединение внутренней полости капилляра 3 с нижней полостью дифференциального преобразователя 5. Давление при этом во внутренней полости капилляра 3 резко увеличится до максимального значения, необходимого для образования газового пузырька из выходного отверстия. Напряжение, пропорциональное давлению при образовании газового пузырька, измеряется с помощью измерительной схемы 7. Наибольшее значение, этого напряжения измеряется и расширяется с помощью схемы 8 измерения и расширения амплитуды импульсов, так как :прй наличии импульсов на выходе II Г электронно-релейного блока 10 конденсатор схемы измерения и расширения импульсов отключен от корпуса. Выходное напряжение схемы измерения и расширения амплитуды импульсов поступает через открытый электронный ключ 13 на элемент памяти и запоминается им. Электронный ключ 13 при наличии импульсов на выходе I электронно-релейного блока 10 открыт, а электронные ключи 14 и 15 закрыты; После прекреидения импульсов на выходах I и И I электронно-релейного блока 10 левый сердечник возвращается в исходное состояние, при этом внутренняя полость капилляра 3 снова сообщается -через дроссель 18 с атмосферой, электронный ключ 13 закрывается, запоминающий конденсатор схемы 8 измерения и расширения амплитуды импульсов снова замыкается на корпус устройства. Конденсатор остается заряжен до напряжения, пропорционального максимальному давлению в газовом пузырьке, образующемся из капилляра 3. При появлении на выходе задатчи-. ка 9 времени существования поверхности раздела фаз второго кратковременного импульса релейный импульс заданной длительности появится на II и снова на 111 выходах электронно-релейного блока. Это приведет к перемещеьшю правого сердечника соленоидного вентиля в правое положение, тем самым перекроется сообщение внутрен ней полости капилляра 4 через дрос- сель 19 с атмосферой и установится с нижней полостью дифференциального преобразователя 5. Конденсатор схемы 8 измерения и расширения импульсов зарегистрирует наибольшее напряжение, соответствукндее максимальному давлению в газовом пузырьке, образукядемуся И- капилляра 4. Это напряжение с выхода схемы через открытый входной электронный ключ 14 с помощью нелинейного импульса выхода II блока 10 поступит на конденсатор С. и зарядит его до напряжения, пропорционального максимальному, давлению в газовом пузырьке, образующемся из капилляра 4. Усиленная дифференциальным усилителем 11 разность напряжений на запоминающих конденсаторах С-) и Са через открытый в этот момент времени выходной электронный ключ 15 поступит на вход .регистрирующего прибора 12. После прекращения, существования импульсов на выходах III и 11 электронно-релейного блока 10 электронная измерительная схема устройства приходит в исходное состояние. Процесс измерения ПН исследуемой жидкости при появлении двух следую-. щих кратковременных импульсов на выходе задатчика времени существования поверхности-раздела фаз аналогичен. Изменяя установку времени .существ вания поверхности раздела с помощью задатчика 9 возникает возможность из мерения ДПН исследуемой жидкости или раствора ПАВ во временном диапазоне от 0,5 до 600 с. При этом значение П рассчитывают по формуле fi ДР 2(1/г - l/r) где йР - разность максимальн|лх давле ний при образовании газовых пузырько из капилляров. Использование новых элементов, с целью поочередного образования газовых пузырьков из двух калиброванных капилляров различного внутреннего диаметра и установленных на различны глубинах в исследуемой жидкости, а также ихней взаимосвязи в устройстве дает возможность увеличить точность измерения динамического поверхностно го натяжения до 0,5%, т.е. дает возможность точнее анализировать прохож дение поверхностных явлений в растворах ПАВ во времени, а также точнее изучать процесс достижения равновесного состояния в растворах и влияние определенных условий и свойств компо нентов на его протекание в лаборатор ных условиях. Формула изобретения Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей по мето ду максимального давления в газовом пузырьке, содержащее источник питаюuiero газа, два калиброванных капилляра различного проходного сечения, два формирователя пневматических подпоров, задатчик времени существования поверхности раздела фаз, пневмоэлектрический преобразователь, дифференциальный усилитель и регистрирующий прибор, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения динамического поверхностного натяжения путем создания одинаковых временных условий образования газовых пузырьков из двух ка- либрованных капилляров, оно дополнительно содержит соленоидный вентиль с двумя раздельно коммутируемыми схемгиии включения, электронно-релейный блок с двумя выходами управляющих и смещенных по фазе релейных сигналов одинаково peгy Jиpyeмoй скважности, схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных и один выходной электронных ключа- и два элемента памяти, при этом пневмоэлектрический преобразователь через схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных электронных ключа, два элемента памяти, дифференциальный усилитель и выходной электронный ключ соединен с регистрирукадим прибором, вход электронно-релейного блока соединен с выходом задатчика времени существования поверхности раздела фаз, выходы раздельно соединены с управлякмдими входами входных электронных ключей и обмотками питания соленоидного вентиля , пневматические входы которого соединены с источником пйтаюа его газа, а выходы - с калиброванньаш капиллярами и формирователями пневматических подпоров. Источники информации, принятие во внимание при экспертизе 1.Патент США I 3426584, кл- 73-64.4. 2.Авторское свидетельство 603879, кл. G 01 М 13/02, 1975 (прютотип).

чг.1

23

гч