Устройство для определения поверхностного натяжения жидкости

СОЮЗ СОВЕТСКИХ. СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ А СПУБЛИ й 1 13 02 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТВ юл 11 35 вский инстит ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(56) Авторское свидетельство СССР11 735970, кл. С 01 И 13/02, 1977,Щеголев Г,Г, и др. Прибор дляизмерения низких величин межфазногонатяжения методом определения объемакапли. " Коллоидный журнал, 1984,11 2, с, 388-391,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ(5 7) Изобретение относится к контрольно-измерительным устройствам физико-химических параметров на границераздела жидкость - газ и жидкость -жидкость и может найти широкое применение для определения поверхностногонатяжения методом объема капли в химической и нефтехимической промьппленности. Цель изобретения - повышениеИзобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к измерительнйм устройствам в области физико-химических исследований поверхностных свойств на границе раздела жидкость - жидкость или жидкость - газ, и может быть использовано в химической и нефтяной промышленности :при разработке смесей для интенсификации добычи нефти. 2точно сти определения но верхностногонатяжения путем снижения ошибок, связанных с неопределенностью объема капли жидкости, В устройство, содержащеешприц для исследуемой жидкости, калиброванный по наружному диаметру капилляр, микрометрическую головку,электрический привод, светоэлектронную систему регистрации момента отрыва капли от торца капилляра, дополнительно включены функционально соединенные между собой блок стабилизиро-.ванного напряжения, управляемый генератор сигналов .ниспадающего экспоненциального напряжения, повторитель,сумматор, усилитель мощности, одно- авибратор, счетчик импульсов, таймери задатчики начального и конечногозначений напряжений питания управляющей обмотки электрического привода, Сеобеспечивающие экспоненциальное уменьшение. скорости подачи жидкости в капилляр, что обеспечивает минимальнуюскорость изменения объема капли в момент отрыва и снижает разброс значений объема капель, 1 ил. Целью изобретения является повыше ние точности определения путем сниже ния ошибок, связанных с неопределенностью объема капли жидкости.На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.Устройство содержит калиброванный по наружному диаметру (например, 5-12,мм) капилляр 1, внутренний объем 1 которого сообщен с шприцом 2 для ис 3 150967 следуемой жидкости, преобразователь 3 вращательного движения в.поступательное, механически связанный с мик - рометрической головкой 4 и электро 5 приводом 5 с регулируемой частотой вращения, Капилляр 1 расположен в сосуде 6 для приема отделившихся капель, Вблизи торца капилляра 1 в сосуде 6 размещены источник 7 света и фотоэлемент 8, которые включены в цепь запуска одновибратора 9, выход которого подсоединен к счетчику 1 О импульсов. Выход счетчика 1 О импульсов подсоединен к управляющему Входу 15 таймера 11, На выходе блока 12 питания устройства установлены задатчики начального 13 и конечного 14 напряжений питания управляющей обмотки электропривода 5, выполненные в виде 20 переменных сопротивлений, Выходное напряжение задатчнков контролируют с помощью переключателя 15 вольтметром 16. Выход задатчика 14 подсоединен к первому входу сумматора 17, а 25 к второму входу сумматора 17 через коммутационный элемент 18 и повтори- тель 19 подсоединены выход задатчика 13 и выход генератора 20 ниспадающего экспоненциального напряжения. 30 Выход сумматора 17 подключен к управляющей обмотке электропривода 5 через усилитель 21 мощности, На выходе блока 12 питания установлено реле 22, контакты которого блокируются кнопочным выключателем 23, Последовательно с реле 22 включены контакты реле 24, которое .установлено на выходе таймера 11. К выходу одновибратора 9 подсоединено реле 25, 40 контакты которого включены в цепь запуска генератора 20 и блокированы кнопкой 26. Таймер 11 снабжен кнопкой 27 сброса показаний, На выходе сумматора 17 установлен тумблер 28. 45 Устройство работает следующим образом,Заполняют шприц 2 исследуемойжидкостью; устанавливают капилляр 1 и после выдавливания нескольких капель устанавливают шприц в устройстве таким,образом, чтобы шток шприца 2 через преобразователь 3 был в подпружиненном контакте с микрометрической головкой 4, а капилляр находился в сосуде 6 с исследуемой жидкостью в строго вертикальном положении. В непосредственной б изости от торца ка 1 4пилляра 1 устанавливают источник 7света и фотоэлемент,8,В исходном состоянии органы управления устройства должны находиться втаком состоянии: тумблер 28 отключен,коммутационный элемент 18 в нижнемположении, переключатель 15 в произвольном положении, контакты реле 22и 25 в разомкнутом состоянии, контактреле 24 в замкнутом состоянии, обмотки реле 22, 25 и 24 обесточены, Включают блок 12.питания, при этом на еговыходе появляется стабилизированноенапряжение + 15 В, которое использует -ся для питания всех блоков устройства, для питания обмотки электропривода 5, для питания источника 7 светаи для питания обмоток реле, Нажимаюткратковременно кнопку кнопочного выключателя 23, срабатывает реле 22, которое своим контактом самоблокируется, В результате этого на задатчики1.3 и 14 подается напряжение питанияф 15 В, С помощью задатчика 14, переключателя 15 и вольтметра 16 задаютконечное напряжение питания электропривода 5, т.е. такое, при которомимеет место наименьшая частота вращения его выходного вала и, соответст- . венно, наименьшая подача жидкости в каплю, образующуюся на торце капилляра 1, Для двигателя ДПР,25 это напряжение равно 3 В, С помощью задатчика 13, переключателя 15 и вольтметра 16 задают любое постоянное напряжение, например 4 В, которое в сумме с ранее заданным с помощью задатчика 14 напряжением должно являть собой одну из точек рабочей характеристики элект-. ропривода 5.Включают тумблер 28, в результате чего указанные напряжения, одно непосредственно, а одно через повторитель 19, поступают на вход суммато- ра 17. В результате на его выходе будет напряжение, которое равно сумме входных напряжений, например 7 В. Это напряжение через усилитель 21 мощно- сти поступает на управляющую обмотку электропривода 5,.в результате чего его выходной вал вращается с постоянной частотой. Это приводит к тому, что шток шприца 2 начинает перемещаться вниз и на торце капилляра 1 образовывается капля, В момент, когда вес капли станет незначительно больше удерживающих ее на внешней кромке поверхностных сил, капля отделяется от)Т)(1-е ") 5торца и на вход одновнбратора 9 от фотоэлемента 8 поступает сигнал котоФ рый вызывает появление на выходе одновибратора 9 кратковременного импульса и кратковременное срабатывание .реле 5 25, Одновременно при.зтом включается .счетчик 10 импульсов, который запускает в работу таймер 11 на отсчет времени (в секундах). Реле 24 при10 этом не срабатывает. Как тОлько появ. - ляется второй импульс от фотоэлемента 8 в результате отделения второй капли, образовавшейся при постоянной подаче в нее жидкости, на выходе счетчика О импульсов появляется пов- торный импульс, который останавливает таймер 11 и включает реле 24. Последнее размыкает свой контакт, обесточивает реле 22, которое замыкает цепь подачи напряжения на задатчики 13 н 14, в результате чего электропривод 5 останавливается.Затем с помощью зависимости рассчитывают начальное значение.напряжения питания У, обмотки электропривода 5 при реализации в дальнейшемэкспоненциального закона измененияподачи исследуемой жидкости в образующуюся каплю, где Ь 1 - заданное ранеенапряжение на выходе задатчика 13(В);Т, - время, измеренное таймером 11 изатраченное на образование одной капли при постоянной подаче в нее иссле-.дуемой жидкости; Т - задаваемое (требуемое) время на образование однойкапли при ниспадакщей экспоненциальнойподаче жидкости в капле; К = Т/Т(рекомендуетсяК ( 4); Т - постояннаявремени ниспадаюцего экспоненциаль-.ного закона изменения подачи жидкостив каплю (Т с Т)Зависимость (1) получена в результате решения следующего уравнения:т, е, Т, :е е Йе, (2),составленного на основании предполо 50жения, что объем отделившейся каплипри постоянной подаче жидкости.в нееОравен объему отделившейся капли приниспадаюцей экспоненциальной подачежидкости в образующуюся каплю,Например, при К4, 114 В,Т, = 100 с, Т = 150 с согласно (1)Ч 1 = 10 87 В. 6После расчета напряжения Б нажи 2 мают кнопку 27, в результате чего реле 24 обесточивается и замыкает свой контакт в цепи реле 22. Кроме того, происходит сброс показаний табло таймера 11, Тумблер 28 размыкают, коммутационный элемент 18 устанавливают в верхнее положение и нажимают кратковрейейно кнопку 23, С помощью задатчика 13, переключателя. 15 и вольтмет-" ра 16 задают рассчитанное значение напряжения Ц . Изменением параметров генератора 20 задают величину Т. Затем -кратковременно нажимают кнопку 26 и включают тумблер 28. При этом на вход сумматора 17 одновременно подаются напряжения Б и У , которые, суммируясь и усиливаясь по мощности, в виде одного напряжения подаются на обмотку злектропривода 5, В реэульта" те этого выходной вал электропривода вначале вращается с экспоненциально уменьшающейся скоростью. Одновременно по ниспадаэ)щему экспоненциальному закону уменьшается подача исследуемой жидкости в образущцуюся каплю на торце капилляра 1. Через ТТ происходит отделение первой капли, образовавшейся при ниспадающей экспоненциальной подаче жидкости в нее. В результате этого срабатывает кратковременно одновибратор 9 и реле 25, которое своим контактом восстанавливает напряжение П; на выходе генератора 20. Одновременно с этим включается счетчик 10 импульсов, который запускает таймер 11. Образование второй капли снова происходит при ниспадающей экспоненциальной подаче исследуемой жидкости в образующуюся каплю и ее образование снова вызывает срабатывание соответствукцих элементов схемы, Од- нако импульс на остановку таймера 11 и срабатывание реле 25 не поступает, поскольку счетчик 10 настроен на подсчет десяти капель. В момент, когда отделяется десятая капля, кроме первой, запускающей систему в работу, на выходе счетчика 10 появляется им-, пульс, который останавливает таймер 11 и включает реле 25В результате этого аналогично ранее описанному происходит .остановка электропривода 5. Расчет значения поверхностного натяжения исследуемой жидкости на границе раздела ее с насыщенным газом выполняют с помощью зависимости(3) Составитель А,Кощее Техред И.Верес Коррек Самборска олко едакт аказ 5796/35 Тираж 789НИИПИ Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская на Подписно крытиям при ГКНТ СССРд. 4/5 роизволстненно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,1 где 6 - поверхностное натяжение, Н/м;(г/Ч ) = 0,4515 (г/Ч 1 э) - 5- 0,7694(г/Ч ) + 0,9267;Ч - объем одной капли, рассчитанный на основании показаниймикрометрической головки 4 иранее определенной характеристики шприца 2, м3.Ь- разность плотностей исследуемой жидкости в капле и окружаэ,ющей ее среды, кг/м15я - ускорение земного тяготения,м/сг;г - наружный радиус капилляра, м. Формул а изобретения 20 Устройство для определения поверхностного натяжения жидкости, содержащее калиброванный по наружному диаметру капилляр, внутренний объем которо го сообщен со шприцом для исследуемой жидкости, снабженным микрометрической головкой, электрический привод вращения микрометрической головки, управляющая обмотка которого соединена с 30 блоком, питания, и фотоэлектррнную систему счета капель, содержащую фото а.й элемент, расположенный вблизи торцакапилляра и подклюЧенный к счетчикуимпульсов, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиопределения путем снижения ошибок,связанных с неопределенностью объемакапли жидкости, в электрическую цепьмежду блоком питания и управляющейобмоткой электрического привода вращения включены задатчики начальногои конечного напряжения, генераторниспадающего экспоненциального напряжения и сумматор, при этом выход блока питания соединен с входами задатчиков начального и конечного напряжений, выход задатчика конечного напряжения соединен с первым входом сумматора, выход задатчика начального напряжения и выход генератора ниспадающего экспоненциального напряжения через коммутационный элемент соединеныс вторым входом сумматора, выход которого соединен с управляющей обмоткойэлектрического привода вращения, а вэлектрическую цепь между фотоэлементом и счетчиком импульсов последова"тельно включен одновибратор и электрическое реле, пара контактов которого включена в цепь запуска генератораниспадающего экспоненциального напряжения.