Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей Советский патент 1982 года по МПК G01N13/02 

(5) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частност к измерительным устройствам физикохимических параметров растворов поверхностно-активных веществ и может быть использовано для автоматического измерения динамического поверхнос ного натяжения жидкостей, концентрации в растворах. По основному авт. св. № 817533 известно устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей, содержащее источник питающего газа, пневматическую измерительную схему, два калиброванных капилляра разного сечения, соленоидный вентиль с двумя раздельно коммутируемыми схемами включения, пневмозлектрический преобразователь, электрическую измерительную схему, электронно-релейный блок с двумя выходами, схему измерения и расширения импульсов, три элек ронных ключа, два элемента памяти. включенных паралельно входам дифференциального усилителя, задатчик времени существования измеряемой поверхности раздела фаз и регистрирующий прибор. В процессе измерения поверхностного натяжения указанным устройством происходит поочередное образование газовых пузырьков из выходных отверстий калиброванных капилляров после заданного задатчиком времени существования измеряемой поверхности раздела фаз ин тервала времени С 1 J. Так как -режим работы задатчика времени существования измеряемой поверхности раздела фаз в известном устройстве не зависит от режима с бразования газовых пузырьков из капилляров, тр интервал времени, на протяжении которого происходит увеличение давления в газовых пузырьках из капилляров после прохождения заданного задатчйкон времени существования 3972 из«ряемой поверхности раздела фаз, является постоянным на протяжении всего процесса измерения поверхностного натяжения. Для одних условий измерения на протяжении этого постоянного интервала времени может образоваться только один газовый пузырек,для других условий их может образоваться несколько. Оптимальным режимом измерения поверхностного натяжения является образование только одного газового пузырька. Это обусловлено тем, что максимальные давления при образовании последующих газовых пузырьков на протяжении указанного постоянного интервала времени будут большими по значению, чем значение максимального давления, соответствующего образованию первого газового пузырька. ИнформаТИ8НЫМ является только значение первого максимального давления, так как оно соответствует заданному интервалу времени существования измеряемой поверхности раздела фаз. Однако схема измерения и расширения амплитуды импульсов в известном устройстве запоминает наибольшее из пиковых значений максимальных давлений, имеющих место на протяжении указанного постоянного интервала времени. Поэтому в результаты измерения.поверхностного натяжения будет внесена дополнител ная погрешность. Цель изобретения - повышение точности измерения путем выбора оптимал ного режима измерения поверхностного натяжения жидкостей. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения поверх ностного натяжения жидкостей, содержащее источник питающего газа, пневматическую измерительную схему, два калиброванных капилляра различного сечения, соленоидный вентиль с двумя раздельно коммутируемыми схемами -включения, пневмоэлектрический-преобразователь, электрическую измерительную схему, электронно-релейный блок с двумя выходами, схему измерения и расширения, импульсов, три электронных ключа, два элемента памяти, включенных параллельно входам, дифференциальный усилитель, задатчик времени существования измеряемой поверхности раздела фаз и регистрирующий прибор, причем выход источника питающего.газа подключен к пневматической измерительной схеме, выход которой соединен со входом пневмоэлектри4ческого преобразователя, выходы которого подсоединены к соответствующим входам электрической измерительной схемы, один из входов которой соединен с выходом генератора электрических сигналов, а выход - .с первым входом схемы измерения и расширения импульсов, второй вход которой соединен с выходом задатчика времени су«чествования измеряемой поверхности раздела фаз, соединенным со входом алектронно-релейнйго блока, выходы которого подсоединены ко входам соленоидного вентиля и управляющим вхоЯ° ключей, через которые выход схемы измерения и расширения импульсов соединен со входами дефференциального усилителя, выход которого .через третий ключ подключен к регистрирую ® У прибору, при этом один из выХОДОВ электронно-релейного блока соединен с управляющим входом третьего ключа, дополнительно введены три блока обнаружения спада электрических сигналов, причем первый блок обнаружения спада электрических сигналов включен между выходом электрической измерительной схемы и управляющим входом задатчика времени существования измеряемой поверхности раздела фаз, входы второго и третьего блоков обнаружения спада электрических сигналов подключены к выходам электронно-релейного блока, при этом выход второго блока обнаружения спада электрических сигналов соединен с управляющим входом одного из электронных ключей на входе дифференциального усилителя электронно-релейного блока, а выход третьего блока обнаружения спада электрических сигналов соединен с управляющими входами второго электронного ключа на входе и электронного ключа на выходе дифференциального усилителя. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей состоит из источника 1 питающего газа, соленоидного клапана с двумя раздельно коммутируемыми схемами 2 включения, измерительных капилляров 3 и различного внутреннего диаметра и опущенных, в исследуемую жидкость таким образом, что нижний торец капилляра с большим радиусом выходного отверснаходится выше нижнего торца капилляра с меньшим радиусом Vg на величину ill 2(v, j - 3 Измерение максимальных давлений при образовании газовых пузырьков из ка пилляров осуществляется с помощью пневмоэлектрического преобразователя 5, генератора 6 электрических сигналов и электрической измерительной схемы 7- Кроме того, устройство содер жит схему 8 измерения и расширения импульсов, задатчик 9 времени существования измеряемой поверхности раздела фаз, электронно-релейный блок 10 с двумя выходами управляющих и смещенных по фазе релейных сигналов, дифференциальный усилитель 11, регист

рирующий прибор 12, электронные ключи 13-15 постоянные и регулируемые дроссели 16-19 три блока обнаружения спада электрических сигналов 20-22, выполненных по схеме дифферен циатора и элементы памяти в виде запоминающих конденсаторов G и €2Устройство работает следующим образом. Погружают калиброванные капилляры 3 и 4 в исследуемую жидкость и включают электрическое и пневматическое питание устройства. Устанавливают с помощью задатчика 9 требуемое время существования исследуемой поверхност раздела фаз жидкость-газ. В начальный момент времени управляемый задат чик 9 находится в устойчивом состоянии и на его выходе будет сигнал, ко торый подключает схему измерения и расширения импульсов 8 к выходу элек рической измерительной схемы 7, а та же приводит к появлению сигнала на одном из выходов электронно-релейного блока 1 О, например на выходе А. Это в свою очередь вызывает переме|Щение левого сердечника соленоидного вё нтиля 2 влево и давление внутри капилляра 3 начинает возрастать от начального давления, соответствующего положению мениска на нижнем торце эыходного отверстия капилляра 3, ДО максимального давления, необходимого для образования газового пузырька. Начальное давление в капиллярах 3 и задают соответственно с помощью регулируемых дросселей 18 и 17. Увеличение давления в капилляре 3 через пневмоэлектрический преобразователь 5 приводит к пропорциональному увели чению сигнала на .выходе электрической измерительной схемы 7 и на выходе схемы 8 измерения и расширения амплитуды импульсов. 9

меряемой поверхности раздела фаз на выдержку заданного интервала времени. При этом на выходе задатчика 9 сигнал становится равным нулю, схема 8 2 После достижения максимального давления и образования газового пузырька из капилляра 3 давление во внутреннем пространстве капилляра 3 резко падает. Этсг приводит также к резкому падению сигнала на выходе электрической измерительной схемы 7 и к запоминанию максимального пикового значения этого сигнала на выходе схемы 8. Одновременно в момент резкого падения сигнала на выходе схемы 7 на выходе блока 20 обнаружения спада электрических сигналов появляется кратковременный импульс, который включает задатчик 9 времени существования изизмерения и расширения амплитуды сигналов отключается от выхода электрической измерительной схемы 7, на выходе А электронно-релейного блока 10 происходит также резкое падение си(- нала до нуля. Последнее в свою очередь приводит к возйращению,левого сердечника соленоидного вентиля 2 в исходное положение, а также к появлению кратковременного импульса на выходе блока 21 обнаружения спада электрических сигналов . В результате этого давление внутри капилляра 3 снова становится равным начальному давлению, а электронный ключ 14 открывается на интервал времени, равный продолжительности кратковременного импульса на выходе блока 21, чего достаточно для заряда запоминающего конденсатора С до напряжения на вы- ходе схемы 8. После прохождения интервала времени, равного заданному с помощью задатчика 9 времени, на его выходе снова появляется сигнал, который снова подключает схему 8 измерения и расширения амплитуды импульсов к выходу измерительной схемы 7, приводит к появлению сигнала на выходе .Б электронно-релейного блока 10 и к пере мещению правого сердечника соленоидного вентиля 2 вправо. В результате давления во внутреннем постранстве капилляра k начинает возрастать от начального давления, необходимого для удержания мениска газового пузырька на протяжении интервала времени, заданного .задатчиком 9, на нижнем срезе выходного отверстия капилляра k.

до максимального, необходимого для образования газового пузырька из ка-; пилляра . Увеличение давления в капилляре k мерез пневмоэлектримеский преобразователь 5 вызывает пропорциональное увеличение сигнала на выходе электрической схемы 7 и на выходе схемы 8. После достижения максимального давления и образования газового пузырька из капилляра k на выходе измерительной схемы 7 сигнал резко падает, на выходе схемы 8 уста,навливается сигнал, значение которо|го пропорционально максимальному дазлению в газовом пузырьке, образующемся из капилляра k, на выходе блока 20 обнаружения спада электрических сигналов снова появляется кратковре. менный импульс. Последний в свою очередь переводит задатчик 9 в режим выдержки заданного времени, что соответствует нулевому сигналу на его выходе. Одновременно также происходит резкое падение сигнала на выходе Б электронно-релейного блока 10 до нуля, что приводит к возврату правого сердечника соленоидного вентиля 2 в исходное состояние и к установлению внутри капилляра Ц начального давления, а также к появлению кратковременного импульса на выходе блока 22 обнаружения спада электрических сигналов. Указанный .импульс открывает электронный ключ 13, в результате чего запоминающий конденсатор С заряжается до напряжения,, соответствую щего максимальному давлению в газовом пузырьке, образующемся из капилляра k. Кроме того, этот импульс открывает электронный ключ 15, в резуль тате чего выходной сигнал дифференциального усилителя 11 , равный разнос ти входных напряжений на конденсаторах С и С,, поступает на регистрирующий прибор 12. После прохождения интервала времени, .равного заданному задатчиком 9, процесс образования одиночных газовых Пузырьков из капилляров 3 и и регистрации прибором 12 разности сигналов, пропорциональных максимальным давлениям в газовых пузырьках, образующихся из капилляров 3 и j, про исходит аналогично описанному. Изменяя с помощью задатчика 9 заданное время cyщectвoвaния измеряемой поверхности раздела фаз жидкость-газ,

имеется возможность исследовать динамическое поверхностное натяжение растворов поверхностно-активных веществ в значительном интервале времени (0,5 600 с).

Значение поверхностного натяжения на основании измеренного перепада давления дР рассчитывают по формуле ЛР

- VVftM)

Использование новых элементов в предлагаемом устройстве, а именно трех блоков обнаружения спада электрических сигналов, а также взаимосвязи этих блоков с остальными элементами устройства дает возможность достигнуть одиночного образования газовых пузырьков из имерительных капилляров в процессе измерения поверхностного натяжения, что в свою очередь позволяет уменьшить погрешность измерения динамического поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ, т.е. дает возможность точнее анализировать прохождение поверхностных явлений в растворах во времени, а также точнее изучать процесс достижения равновесного состояния в них и влияние определенных условий и свойств компонентов на протекание процесса в лабораторных условиях. Формула изобретения Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей по авт. св. If 817533, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерения поверхностного натяжения, в него дополнительно введены три блока обнаружения спада.электрических сигналов, причем первый блок обнарух ения спада электрических сигналов включен между выходом электрической измерительной схемы и управляющим входом задатчика времени существования измеряемой поверхности раздела фаз, входы второго и третьего блоков обнаружения спада электрических сигналов подключены к выходам электронно-релейного блока, при этом выход второго блок.а обнаружения спада электрических сигналов соединен с управляющим входом одного из электронных ключей на входе -дифференциального усилителя, а выход третьего блока обнаружения спада электрических

9972332 10

сигналов соединен . с управляющимиИсточники информации,

входами второго электронного клю- принятые во внимание при экспертизе ча на входе и электронного клю- . Авторское свидетельство СССР ча на выхрде дифференциального усилителя..5

tf 817533, кл. G 01 N 13/02, 1979 (прототип).