Способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидких сред

.Назаров, хомирова институт ика и химия ,-Л.,1947 с,49 актикум по фиматова, М, с.364Ю ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯКИХ СРЕД, заключающийся вдении капиллярной волны наности жидкости и определеникапиллярной волны, по которой вычисляют поверхностное натяжение, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности определенина пОверхность жидкости направляютмонохроматический световой пучок, аопределение длины капиллярной волныосуществляют, измеряя расстояние меду двумя максимумами освещенностив дифракционной картине на экране,расположенном параллельно поверхности жидкости.х,у -1 1124Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и можетбыть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической промьппленности, а также в практике научных исследований при определении поверхностного натяжения жидких сред (расплавов, нефтей и нефтепродуктов с добавками поверхностноактивных веществ и без них) динамическим методом капиллярных волн,Известен способ определения коэффициента поверхностного натяженияжидкостей, заключающийся в возбуждении распространяющейся капиллярной волны на поверхности жидкостии измерении скорости распространения Г 1 .Недостатком способа является необходимость использования сложной 20стробоскопической техники для измере.ния скорости распространения волны,Наиболее близок к предлагаемомуспособ определения коэффициента по. верхностного натяжения жидких сред, 25заключающийся в возбуждении капиллярной волны на поверхности жидкости и определении длины волны, покоторой вычисляют поверхностное натяжение 2 3, Капиллярные волны возбуждают с помощью вибратора, а длийу волны измеряют с помощью микроскопа. Коэффициент поверхностного натяжения расчитывают по формуле6= - ,г рл (1) 35где Й - частота возбуждаемых колебач 1,НИИ р С р Я ПЛОТНОСТЬ ЖИДКОСТИкг/м ;Л - длина капнллярной волны,м.К недостаткам способа относитсябольшая погрешность измерения длины 40волны, обусловленная сложностью фиксирования под микроскопом точногоместоположения максимума волны. Этоприводит к большой ошибке определения 6. 451Цель изобретения - повышение точности определения коэффициента по(верхностного натяжения.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определениякоэффициентов поверхностного натяжения жидких сред, заключающемуся ввозбуждении капиллярной волны на поверхности жидкости и определении длины во,ны, по которой вычисляют поверхностное натяжение, на поверхностьжидкости направляют монохроматический световой пучок, а определение 201 2длины капиллярной волны. осуществляют,измеряя расстояние между двумя маКсимумами освещенности в дифракцион-.ной картине на экране, расположенном параллельно поверхности жидкости.Проведенные теорнтические и экспериментальные исследования показывают, что бегущая капиллярная волнапредставляет собой фазовую и дифракционную решетку, коэффициент пропускания которой можно записать в видехз,:ркрп)+Ба((ъ;ч Д,(2)где хоу - координаты точки на поверхности капиллярной волны;ш - параметр, определяющий глубину модуляции;ч - скорость распространениякапиллярной волны.Если на дифракционную решеткуперпендикулярно ее поверхности падает плоская световая волнае:,ехр 1- ( (- )1, (3)где со- круговая частота зондирующегоизлучения;Е - волновой вектор,то выражение для интенсивности дифрагированного излучения в зоне дифракции можно представить в виде 2 2 ОО"(- - :"%(".) хСФ --- с (41 где 3 " длина волны зондирующего излучения;Е - расстояние от поверхностижидкости до экрана, на котором наблюдается дифракционная картина;координаты точки наблюдения на экране; функция Бесселя О-го поряд"каюлинейный размер дифракцион"ной решетки. Из уравнения (4) видно, что расстояние между нулевым максимумом и максимумом О-го порядка составляет величину% "(5)С помощью этого выражения можно вычислить величину Л, подставив ко-. торую в формулу (1), получают%В случае справедливости выражения (3) погрешность в определенной величине поверхностного натяжения определяется погрешностью измерения расстояния между нулевым и ц-м максимумамиЗй Измерение коэффициента поверхностного натяжения жидкости проводитсяследующим образом.На исследуемую жидкость воздействуют магнитострикционным вибратором, возбуждая на поверхности жидкости капиллярную волну. На возбужденную. поверхность перпендикулярноили под углом направляют монохроматический пучок . света и регистрируют расстояния между дифракционнымимаксимумами на экране,П р и м е р 1. Исследование поверхностного натяжения воды. 25Жидкость термостатируют при 20и 130 ОС и давления 0,4 ИПа, На поверхности воды под воздействием магнитострикционного вибратора на частоте 150 кГц возбуждается капил- ЗОюлярная волна. На возбужденную поверхность воды через прозрачное окошечко направляют перпендикулярно лучгелий-неонового лазера ( Л = 632,8 им).Дифракционная картина наблюдаетсяна экране, помещенном на расстоянии Е = 200,0 см от поверхности жидкости. Для воды при 20 С и нормальном давлении измеренное расстояниемежду максимумами нулевого и третье го порядков Б = 6,685 см, Для воды при 130 С и давления 0,4 МПа -7,460 см. Погрешность в определениирасстояния у вызвана ошибкой визмерении максимума освещенностии при использовании координаточувст 0.вительного фотоприемника типа1 ПП 921 не превышает 10 мкм.Величина поверхностного натяженияЬ= -я. - (5 10 ) (998,0) 3 (6,328 1025/ч,т.е. 72,75 мН/м в первом случае и52,34 мН/м при 130 С и повышенномдавлении. Относительная погрешностьв определении 4 в обоих случаях 55д 6/6= 4 10 4Значения коэффициентов поверхностного натяжения воды и абсолютные 01 4погрешности приведены в таблице .П р и м е р 2. На этой же установке (й = 50 кГц, Л 632,8 нм) измерялся коэффициент поверхностного. натяжения нефтепродуктов.Однако в отличие от воды нефтепродукты, как правило являются непрозрачными, поэтому дифракционнач картина наблюдалась в отраженном свете на экране, отстоящем от поверхности жидкости на расстоянии 200,0 см.функция распределения интенсивности света на экране имеет вид 2 а фф)Х 9 о Х ) (;),1 ) Расстояние между максимумами цф -го и иго порядков связано с длиной капиллярной волны выражением:1, - - с 1, Ъ 2/.Л.Отсюда3 2 М) у6 (9)2 У%Результаты эксперимента такжезанесены в таблицу,Из приведенных данных следует, чтоиспользование предлагаемого способа обеспечивает точность измерений,большую по сравнению с известнымиспособами вплоть до трех порядков.При использовании прототипа, когдапогрешность обусловлена неспособностью регистрировать различия между точкой максимального смещениястоячей волны (пучностью) и точкой,в которой амплитуда смещения составляет 0,9 + 0,95 от максимальной,ошибка измерений длины капиллярнойволны дЛ = -2 - -агсэ 1 п б)952 ьЧ13 . 1 Л2 1 21( 1 а относительная погрешность в определении коэффициента поверхностного натяжения жидкости из уравнения (1)01- - игс 910,991(2)Для случая, когда измеряются раестояния между пучностями, отстоящими друг от друга на 3 полуволны.2 25,3 22,8 0 Нефть, скважина У 2219Туймаэинского месторождения 6 Составитель А.КощедактЬр Л.Пчелинская Техред Л.Коцюбняк Корректор Г,Решет Тираж 822ного комитета СССний и открытий5, Раушская наб.,акаэ одписн 4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,Значения коэффициентов поверхностного натяжения различных жидкостей и погрешности измерений, полученные при измерении расстояния между пучностями, отстоящими на 3 полувол ны, занесены в таблицу.Способ удобен и непродолжителен, что обеспечивает возможность исслеНефть, скважина У 610 Арланского месторождения Нефть деасфальтированная,скважина У 613 Арланского месторождения 1/33ВНИИПИ Государств ,по делам изобре113035, Москва, Ж дования кинетики процессов, не требует помещения жидкости в специальные кюветы, т,е. обеспечивает возможность измерения коэффициента поверхностного натяжения как на малых,так и на больших объемах исследуемой жидкости, находящихся в естественных резервуарах,