Устройство для определения поверхностных свойств веществ

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 9)(51)4 6 01 М ИЭО АН ТЕНИ УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ ТОРСКОМУ СЗИДЕТЕЛЬС(56) Патент США 9 3525255,кл, С 01 И 13/02, опублик.1975,Авторское свидетельство СССРУ 450994, кл.С 01 И 13/02,1972,Авторское свидетельство СССРВ 1045081, кл.С О Б 13/02,1981,(54) 67) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ, содержащее цилиндрическую камеру для жидкости, снабженную крышкой с вер тикальным ножевым выходным отверстием, систему формирования капли жидкости из отверстия, расположенный вкамере датчик давления, соединенныйчерез усилитель сигнала с регистрирующим прибором, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью расширенияфункциональных возможностей устройст-.ва путем обеспечения определения неравновесного краевого угла смачивания в процессе растекания жидкостина поверхности исследуемого вещества,оно дополнительно содержит кольцевую прокладку, расположенную накрышке, а система формирования капли снабжена электродвигателем, управляемым блоком фиксации моментаспада сигнала, который соединен сусилителем сигнала.262 1 1173Изобретение относится к измерению поверхностных свойств жидкостей и твердых. тел, в частности поверхностного натяжения жидкостей, кинетики смачивания жидкостью твердого тела, 5 краевого угла смачивания, и может най". ти широкое применение для определения физико-хииических свойств веществ в лабораторных условиях. 0Целью изобретения является расши-, рение функциональных возможностей уст ройства путем обеспечения определения неравновесного краевого угла смачивания в процессе растекания жидкости на поверхности исследуеиого - вещества.На фиг.1 приведена схема предложенного устройства на фиг,2 - временная диаграмма его работы. 20Устройство для измерения поверхностных свойств веществ состоит из корпуса 1, внутри которого расположена измерительная камера 2. В нижней части. камеры 2 установлен мембранный тензорезистивный датчик давления 3. Система формирования капли включает в себя плунжерную пару, состоящую из плунжера 4 и цилиндра 5, впрессованного в корпус. 30 Плунжер и цилиндр находятся в резьбовом соединении, что обеспечивает поступательно-вращательное движение плунжера при его повороте. Ппунжер с помощью подвижной муфты 6 соединен с реверсивным электродвигателем 7. В измерительной каиере 2 установлена крышка 8, которая выполнена совместно с ножевым капилляром 9 и термостатом 10. На крьнпке установлена калибро ванная по толщине прокладка 11 с отверстием по центру, на которую устанавливают твердый образец 12 исследуемой поверхностью вниз. Иссле" дуемый образец 12 и прокладка 11 45 закрыты сверху стаканом 13 с отверстием для уменьшения испарения исследуемой жидкости. Крышка 8 герметично соединена с корпусом 1 с помощью накидной гайки 14. Обработка 50 электрического сигнала, снимаемого с датчика давления 3, производится с помощью электронных блоков: измерительного усилителя 15, блока 16 фиксации момента спада сигнала, 55 блока 17 запоминания максимального значения сигнала и блока 18 градуировки. Выходная информация регистрируется спомощью регистрирующегоприбора 19,Измерение поверхностных свойствпредложенным устройством производятследующим образом,При снятой крышке 8 и выведенномиэ измерительнойкамеры 2 плунжере 4 заливают в нее исследуемуюжидкость. Крышка 8 вставляется вгнездо и с помощью накидной гайки 14 добывается герметичность.На крьппку устанавливают шайбу 11, нашайбу 11 - любой твердый материал12 (например, стекло ) с плоской поверхностью, покрытой предварительнотонким слоем исследуемой жидкостисо стороны ножевого капилляра. Нажатием кнопки В через блок 16 фиксации момента спада сигнала включаютэлектродвигатель 7. При этом автоматически устанавливается нулевое значение выходного сигнала бпока 17запоминания максимума. Вращение дви- .гателя 7 приводит к перемещениюплунжера 4 вовнутрь измерительнойкамеры 2, что вызывает рост капли 20на торце капилляра 9. В результатепроисходит увеличение давления Р вкапле на уровне ее основания и,соответственно сигнала на выходеизмерительного усилителя 15 ( фиг,2).В момент соприкосновения капли сосмоченной поверхностью 1= 1 начинаетобразовываться жидкостный мостик,что приводит к резкому падению давления Р и соответствующего емусигнала О , Этот момент фиксируетсяблоком 16 фиксации момента сигнала,что приводит к отключению напряженияпитания электродвигателя 7. Сигналсоответствующий максимальному значению давления Р , запоминается блоком 17. Давление Р соответствуетокраевому углу смачивания Ю, -180или со 6= -1. Значение этого давления регистрируется вторичнымприбором, когда переключатель П 2находится в положении "2"Поверхностное натяжение исследуемой жидкости 6 прн фиксированном значенииотношения И / где И - расстояниемежду торцом капилляра и смоченнойповерхностью твердого образца,у - радиус капилляра, является однозначной Функцией давления Р . Например, при И / = 0,75 указанная зависимость имеет следующий вид:Ь = 0,29 Ь 4 Ь + 0,5243 РК,(1)1173262 4 Так как между давлением в жидкостном мостике Р и косинусом угла смачивания жидкостью твердого образца существует линейная завиисимость, то любое текущее значение угла смачивания в образующемся жидкостном мостике может быть рассчитано с помощью зависимости Поэтому при проведенной градуировке на регистрирующем приборе 9 15 отображается кинетика смачиванияжидкостью твердого тела от моментаих соприкосновения до установлениякраевого угла смачивания непосредственно в виде временной зависимости Ю сси д = Г Щ , .При этом со 9изменяется от "-1.00" .момент соприкосновения) до косинуса краевогоугла смачивания со ВнПри .)нна регистрирующем приборе 19 отображается динамика краевого угла смачивания, происходящая после прекращенияпроцесса кинетики смачивания.Исследование процесса смачивания.других твердых образцов этой же 30 жидкостью производят аналогичноописанному, Дополнительной градуировки при этом не требуется. Процессисследования заключается только всмене образцов с последующим нажад тием кнопки В. При переходе на другуюжидкость градуировка устройства необходима. где ь 1 - разность удельных весов исследуемой жидкости и окружающей среды.После прекращения процесса растекания, 1между торцом капилляра смоченной поверхностью устанавливает ся равновесный жйдкостной мостик, причем краевой угол смачивания на границе раздела исследуемой жидкости и смоченной этой же жидкостью поверх О ностьи всегда равен нулю, т.е. со= 1,Этому состоянию смачиваемости давление на уровне основания жидкостного мостика соответствует значению Р, а сигнал на выходе блока измерительного усилителя 15 - Ы После этого устанавливают переключатель П 2 в положение "1" и с помощью блока 18 градуировки смещением его нуля и изменением коэффициента усиления при соответствующих положениях переключателя П 1 достигают такого состояния, чтобы сигналу О на выходе блока 15 на шкале регистрирующего прибора 19 соответствовало показание "-1.00", а сигналу О на выходе блока 17 - показание "+1.00". После этого заменяют предварительно смоченный материал исследуемым 1твердым образцом. Устанавливают переключатели П 2 и П 1 в положение "1". Аналогично описанному производят включение двигателя 7 с помощью кнопки В, который останавливается в момент соприкосновения капли исследуемой жидкости с исследуемой поверхностью твердого образца.. Редактор С,Тимохина Техред И,Асталош Корректор О,Тигор Заказ 5042/4 Тир ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 333035,Москва,Ж