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

Изобретение относится к контроль.но-измерительной технике, в частност к измерительным устройствам физикохимических параметров растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) , и может быть использовано для автома тического измерения динамического поверхностного натяжения жидкостей или концентрации ПАВ в растворах непосредственно в производственных усл Известно устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей по.методу максимального давления в газовом пузырьке, выходящем из отвер стия калиброванного капилляра, содер жащее пневматическую дроссельную и электрическую схемы измерения, пневмоэлектрический преобразователь, капилляр и барботажную трубку, установ ленную на одном уровне с капилляром. 8 этом устройстве исключено влияние глубины погружения измерительного капилляра в жидкость и ее плотности на результаты измерения lj. Однако такое устройство пригодно только для измерений поверхностного натяжения чистых жидкостей, т.е. таких, у которых поверхностное натяжение на границе раздела фаз не является зависимым от времени ее существования . Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения динамического поверхностного натяжения жидкостей, содержащее калиброванный капилляр и барботажную трубку, соединенные с дифференциальным пиевмоэлектрическим преобразователем, пневматическую схему измерения, злектрическую схему измерения и задатчик времени существования измеряемой поверхности раздела фаз f 2 J, Благодаря наличию в устройстве задатчика времени существования измеряемой поверхности раздела фаз пу эырьки иэ измерительного капилляра образуются через строго заданное ере мя, поэтому результаты измерения зависят от поверхностного натяжения исследуемой жидкости. Недостатком такого устройства является погрешность измерения, вызван ная загрязнением выходного отверстия капилляра при измерениях водных и других растворов липких ПАВ в производственных условиях. В результате постепенного изменения внутреннего радиуса выходного отверстия капилляра, в результаты измерений вносится погрешность измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений динамического поверх ностного натяжения электропроводных .растворов липких ПАВ путем устранения загрязнения выходного отверстия капилляра. Поставленная цель достигается тем что устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей по меТОДУ максимального давления в газовом пузырьке, содержащее калиброванный капилляр и барботажную трубку, соеди ненные с дифференциальным пневмоэлек рическим преобразователем, пневматическую измерительную схему, электрическую измерительную схему и задат чик времени существования измеряемой поверхности раздела фаз, снабжено электромагнитной катушкой с подпружи ненным снизу сердечником с жестко закрепленной сним металлической иглой, электрической схемой обнаружения спада электрического сигнала и задатчиком времени электролизной очи стки иглы, причем обмотка электромаг нитной катушки соединена с выходом задатчика времени электролизной очис ки иглы, управляемый вход которого также, как и задатчика времени существования измеряемой поверхности раздела фаз, соединен с выходом элек рической схемы обнаружения спада электрического сигнала, подключенной к выходу электрической измерительной схемы, калиброванный капилляр выполнен из непроводящего материала с плавно расширенным к верху внутренним отверстием, в котором расположены нижний конец иглы и электрический контакт подачи отрицательного напряжения на нее, внешний радиус иглы равен внутреннему радиусу калиброванного отверстия капилляра, а внут34раннее пространство капилляра через центральное отверстие электромагнитной катушки, в котором размещены сердечник с иглой, герметично сообщено с пневматической измерительной схемой. На чертеже приведена блйк-схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из измерительного калиброванного капилляра 1, барботажной трубки 2, пневматической измерительной схемы, состоящей из постоянных пневматических дросселей 3 и 4, регулируемых дросселей 5 и 6, электромагнитного клапана 7,-электрической измерительной схемы, включающей схему преобразования емкости дифференциального емкостного преобразователя 8 в сигнал постоянного тока 9 и генератор 10 электрических сигналов. Управление задатчиком 11 времени существования измеряемой поверхности раздела фаз и задатчиком 12 времени электролизной очистки иглы осуществляется с помощью электрической схемь 13 обнаружения спада электрического сигнала. Узел электролизной очистки состоит из электромагнитной катушки И, внутри которой размещены сердечник 15 с проходными отверстиями 16, пружина 17, жестко прикрепленная к сердечнику, игла 18 и электрический контакт 19, через который отрицательное напряжение поступает на иглу только в момент нижнего положения сердечника. Внешний радиус иглы 18 равен внутреннему радиусу калиброванного отверстия капилляра .1 , длина калиброванной части которого равна половине перемещения сердечника 15 при подаче на катушку напряжения. Внутреннее пространство капилляра 1 через центральное отверстие катушки It, внутри которого размещен сердечник с иглой, герметично сообщено-с пневматической измерительной схемой .Устройство работает следующим образом. Погружают измерительный апилляр 1 и барботажную трубку 2 в жидкость, включают пневматическое (,1,5 кПа ± О Па) и электрическое (115 В) питание. Из барботажной трубки 2 начинают с определенной частотой образовываться газовые пузырьки. Частоту образования этих пузырьков с помощью регулируемого дросселя 6 настраивают в пределах На выходе эадатчика времени существования измеряемой поверхности раздела фаз появляет ся электрическое напряжение, которое включает электромагнитный клапан 7, тем самым воздух через регулируемый дроссель 5, клапан 7 и нерегулируемый дроссель k поступает во внутреннее пространство калиброванного капилляра 1. В результате давление в нем начинает увеличиваться и достигает максимального значения, необходимого для образования газового пузырька. Разность максимальных давлений, необходимых для образования газовых пузырьков из барботажной трубки и калиброванного капилляра, с помощью дифференциального емкостного преобразователя 8, электрической схемы 9 и генератора 10 преоб разуется в сигнал постоянного тока, который одновременно поступает на вход вторичного прибора и на вход электрической схемы обнаружения спада электрического сигнала 13. Вследствие того, что образование газового пузырька из калиброванного капилляра, внутренний радиус которого зна чительно меньше внутреннего радиуса барботажной трубки, приводит к резко му падению давления в правой части дифференциального емкостного преобразователя 8, происходит резкий спад электрического сигнала на выходе эле трической измерительной схемы. В результате на выходе электрической схемы 13 обнаружения спада электрического сигнала, выполненной по схеме дифференциатора, появляется кратковременный импульс, который переключает задатчик 11 времени существования измеряемой поверхности разде ла фаз на режим выдержки и одновременно включает задатчик 12 времени очистки иглы на заданный интервал времени. При этом отключается электромагнитный клапан 7, что приводит, к отключению подачи воздуха во внутреннее пространство капилляра 1, а также включается электромагнитная катушка l. В результате сердечник 15 перемещается вниз, что приводит к очистке внутреннего отверстия ка-/ либрованного капилляра 1 иглой 18. Как только сердечник 15 достигает своего крайнего нижнего положения, о чем свидетельствует выход иглы из нижнего отверстия капилляра 1, на иглу 18 подано отрицательное напря жение, например - 5 В, через электрический контакт. 19 и сердечник 15 в результате их механического соприкосновения. При этом все механические частицы, имеющиеся в результате налипания на стенках внутреннего отверстия капилляра 1, иглой выносятся наружу капилляра, а в результате появления отрицательного напряжения они под действием электролизного эффекта все переносятся с иглы в объем исследуемой жидкости. Продолжительность электролизной очистки иглы от имеющихся на ней частиц в результате перемещения вниз по капилляру устанавливается задатчиком 13. После истечения времени электролизной очистки иглы подача напряжения на клеммы катушки It прекращается, что приводит к возвращению под действием пружины 17 сердечника 15 в исходное состояние. Игла и капилляр таким образом очищаются от возможных налипаний на них нерастворенных в растворе липких частиц ПАВ и других веществ. Электролизная очистка иглы и капилляра происходит только при измерениях электропроводных растворов ПАВ после каждого образования газового пузырька из капилляра 1. После истечения времени выдержки задатчика времени существования измеряемой поверхности раздела фаз, на его выходе снова появляется напряжение, что приводит к включению электромагнитного клапана 7, к нарастанию давления внутри капилляра 1 и к образованию из его отверстия газового пузырька. Регистрация максимального перепада давлений в газовых пузырьках, образующихся из трубки 2 и капилляра 1, а также срабатывание остальных блоков устройства после образования каждого следующего пузырька происходит аналогично вышеописанному. Использование новых элементов в предлагаемом устройстве, а также их взаимосвязи между собой и с остальными элементами устройства дает возможность автоматически производить очистку выходного отверстия калиброванного капилляра,тем самым исключить влияние изменения внутреннего радиуса капилляра от его загрязнений на результаты измерения. Благодаря этому устройство может быть использовано для автоматических измерений

загрязненных промышленных электропроводных растворов ПАВ.

формула изобретения

Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей по методу максимального давления в газовом пузырьке, содержащее калиброванный капилляр и барботажную трубку, соединенные с дифференциальным пневмоэлектрическим преобразователем, пневматическую измерительную схему электрическую измерительную схему и задатчик времени существования измеряемой поверхности раздела .фаз, oY л и чающееся тем,что, с целью ndвышения точности измерения динамического поверхностного натяжения электропроводных растворов липких поверхностно-активных веществ путем устранения загрязнения выходного отверстия капилляра, оно снабжено электромагнитной катушкой с подпружиненным снизу сердечником с жестко закрепленной с ним металлической и(- лой, электрической схемой обнаружения спада электрического сигнала и задатчиком времени электролизной очистки иглы, причем обмотка электромагнитной чатушки соединена с выходом задачика времени электролизной очистки иглы, управляемый вход которого так ие, как и задатчика времени существования измеряемой поверхности раздела фаз, соединен с выходом электрической схемы обнаружения спада .ariektfiTiческого сигнала, подключенной к выходу электрической измерительной схемы калиброванный капилляр выполнен из непроводящего материала с плавно расширенным кверху внутренним отверстием, в котором расположены нижний конец иглы и электрический контакт подачи отрицательного напряжения на нее, внешний радиус иглы равен внутреннему радиусу калиброванного отверстия капилляра, а внутреннее пространство капилляра через центральное отверстие электромагнитной катушки, в котбром размещены сердечник с иглой, герметично сообщено с пневматической измерительной схемой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 265551, кл. G 01 N 13/02, 1968. .

2.Авторское свидетельство СССР № 603879, кл. G 01 N 13/02, 1978 (прототип).