Устройство для измерения поверх-ностного натяжения жидкостей

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Рвспублик(51)М. Кл. С 01 й 13/02 с присоединением заявки М Госуяарственный комитет СССРио делам изобретений и открытнйДата опубликования описания 300381(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ Изобретение относится к контрольно.измерительной технике, в частностик измерительным устройствам фиэнкохимических параметров растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ),и может быть использовано для автоматического измерения динамическогоповерхностного натяжения (ДПН) жидкостей, концентрации ПАВ в растворах в лабораторных условиях.Известно устройство для измерения поверхностного натяжения (ПН) жид-.костейоснованное на барботажном методе измерения, состоящее из сосу-. да, заполняемого испытуемой -жидкостью, 15 двух трубок разного диаметра, погружаемых в жидкость на разную глубину и подключаемых к источнику газа и измерительной схемы. Разница глубин погружения трубок составляет 2/3 раз ности величин их радиусов. К одной трубке газ подается непосредственно от источника газа, а к другой через соленоидный вентиль таким образом, что при закрытом вентиле газ идет только через одну трубку, а при открытом вентиле - только через другую, Соответственно попеременно датчик .давления вырабатывает сигналы то большего, то меньшего напряжения и ЗО через амплитудный вольтметр соединен с электрической схемой дляполучения разности сигналов, являющейся функцией ПН, регистрируемой самописцем. Точность измерения поверхностного натяжения чистых однокомпонентных жидкостей известным устройством составляет 0,1 В (,13.Недостатком этого устройства при использовании его для измерения ДПН растворов жидкостей является большая погрешность результатов.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения ПН жидкостей, содержащее пневматическую и электрическую схемы измерения, пневмоэлектрический преобразователь, задатчик времени существования поверхн ости раздела фаз, формирователи большого и малого пневматических подпоров и синхронизатор режима образования пузырьков, в котором капилляр и барботажная трубка установлены на одинаковом уровне в исследуемой жидкости (.2.Несмотря на то, что выходной сигнал синхронизатора режима образования пузырьков поступает одновременно как на измерительный капилляр, так и барботажную трубку, моменты достиженияч цГю И.С. Кисиль, Р.Т; Боднар, М.М. Дранчук и А,Г. Мальйонаибольших давлений в них всегда смещены между собой во времени. Это выз- ванЬ теом, что постоянные времени капилляра и, барботажнОй трубки отличаются из-за различных их конструктивных размеров (внутренние диаметры) и длин пневматических подводящих линий. Кроме того, если и удается достигнуть одновременное образование газовых пузырьков из капилляра и барботажной трубки ручной регулировкой дросселя для одного значения времени существования измеряемой поверхности раздела фаз и конкретного значения ее поверхностного натяжения то для других значений указанных параметров процесс образования газовых пузырьков иэ капилляра и барботажной трубки будет снова происходить не одновремен.но. Это приводит к тому, что дифференциальный .преобразователь не регистрирует разность между наибольшими дав лениями при образованИи газовых пузырьков из капилляра и барботажной трубки, а, следовательно, и к погрешности измерения ДПН. Указанная погрешность достигает 2,5 и во многих 25 случаях не удовлетворяет требованиям , научо-исследовательских лабораторий.Цель изобретения - повышение точности измерения ДПН жидкостей и растворов ПАВ путем создания одинаковых 30 временных условий образования газовых пузырьков из двух калиброванных капилляров.Поставленная цель достигается.тем, что устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей по методу максимального давления в газовом пузырьке, содержащее источник питающего газа,два калиброванных капилляра различного проходного сечения, два формирователя пневматичес ких подпоров, задатчик времени существования поверхности раздела фаз, пневмоэлектрический преобразователь, дифференциальный усилитель и регистРиРУющий прибоР, дополнительно со держит соленоидный вентиль с двумя раздельно коммутируемыми схемами Включения, электронно-релейный блок с двумя выходами управляющих и смещенных по фазе релейных сигналов оди наково регулируемой скважности, схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных и один выходной электронных ключа и два элемента памяти, при этом пневмоэлектрический преобразователь через схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных электронных ключа, два элемента памяти, дифференциальный усилитель и выходной электронный ключ соединен с регистрирующим прибором, 60 вход электронно-релейного блока сое. цинен с выходом задатчика времени1 существования поверхности раздела фаз, выходы раздельно соединены с управляющими входами входных элект- . 65 ронных ключей и обмотками питаниясоленоидного вентиля, пневматическиевходы которого соединены с источником питающего газа, а выходы - с калиброванными капиллярами и формирователями пневматических подпоров.На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства для измерения поверхностного натяжения жидкостей; на фиг. 2конструктивная схема соленоидноговентиля,Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей состоитиз источника 1 питающего газа, соленоидного. клапана 2 с двумя раздельно коммутируемыми схемами включения, измерительных капилляров 3 и 4 различного внутреннего диаметра, опущенных в исследуемую жидкость таким образом, что нижний торец капилляра с большим радиусом выходного отверстия находится выше нижнего торца капилляра с меньшим радиусом выходногоотверстия г 1 на величину Аи 2(г -г )/3. Измерение максимальногодавления при образовании газовых пузырьков из капилляров осуществляют с помощью дифференциального пневмопреобразователя 5, генератора б синусоидальных электрических колебаний и электрической измерительной схемы 7 со стандартным выходным сигналом. Кроме того, устройство содержит схему 8 измерения и расширения амплитуды импульсов, задатчик 9 времени существования поверхности раздела фаз, электронно-релейный блок 10 с двумя выходами управляющих и смещенных по фазе релейных .сигналов .одинаково регулируемой скважности, дифференциальный усилитель 11, регистрирующий прибор 12, электронные ключи 13-15, постоянные и регулируемые дроссели 16-19.Соленоидный вентиль,(фиг. 2) состоит из корпуса 20, шести соединительных штуцеров 21, двух сердечников22 с уплотнительными прокладками на торцах, двух катушек 23 и двух пружин 24. При отсутствии питания катушек оба сердечника под действием.пружин герметично разделяют между собойвнутренние полости левой, средней и . правой частей вентиля.Задатчик времени существования поверхности раздела фаз выполнен в виде электронного реле времени, собранного из радиоэлементов отечественного производства и позволяет получать единичные кратковременные релейные импульсы на выходе с интервалом от О,5 до 600 с с возможными отклонениями 10,05-0,5 с.Электронно-релейный блок дает возможность получить на двух управляющих выходах смещенные по фазе релейные сигналы одинаково регулируемой . скважности. Длительность релейныхвыходных сигналов регулируется в диа10 15 20 дуемую жидкость таким образом, чтобы нижний торец капилляра с большим 25 внутренним радиусом г находился выше нижнего торца капилляра с меньшим внутренним радиусом г на величину ЬЬ = 2(г -г 1 )/ЗС помощью задатчика 9 устанавливают требуемое время существования исследуемой поверхности раздела фаз (фиг. 1), В периоды между импульсами электронно-релейного блока, который срабатывает от кратковременного импульса задатчика времени существования поверхности . раздела фаз, часть питающего газа через регулируемые дроссели 18 и 19, с помощью которых мениски исследуемой жидкости в капиллярах. устанавливают в их нижней части, стравливает ся в атмосферу. Это способствует процессу адсорбции молекул ПАВ на исследуемую поверхностьКроме того, в эти периоды электронные ключи 13- 15 заперты, элементы памяти, а также запоминающий конденсатор схемы измерения и расширения амплитуды сигналов соединены с корпусом устройства, на вход регистрирующего прибора 12 поступает "нулевой" сигнал.В моменты, когда на выходе задатчика 9 времени существования поверхности раздела фаз появится первый кратковременный импульс, .на выходахиэлектронно-релейного блока появляются релейные импульсы заданной длительности. С выхода 1 электронно-редейного блока сигнал поступит на открывание ключа 13 и левой обмотки соленоидного клапана 2. В результате перемещения левого сердеч- . 40 ника соленоидного клапана 2 влево произойдет перекрытие выхода питающего газа в атмосферу через дроссель 18 и соединение внутренней полости капилляра 3 с нижней полостью диффе- б 5 зарегистрирует наибольшее напряжение,соответствующее максимальному давле-нию в газовом пузырьке, образующемуся и капилляра 4. Это напряжение свыхода схемы через открытый входнойэлектронный ключ 14 с помощью нелинейного импульса выходаблока 10поступит на конденсатор С 1 и зарядитего до напряжения, пропорциональногомаксимальному. давлению в газовом пузырьке, образующемся из капилляра 4.Усиленная дифференциальным усилителем 11 разность напряжений на запоминающих конденсаторах С. и С 2 через пазоне от 0,5 до 5 с и должна быть больше времени, необходимого для образования одного газового пузырька из любого капилляра, Собран электронно-релейный блок из радиоэлементов и электронно-магНитных реле Р,РЗ,Р отечественного производства.Схема измерения и расширения амплитуды импульсов дает возможность измерять (первый каскад), а затем расширить во времени (второй каскад схемы) на- период длительности управляющих релейных сигналов электронно- релейного блока максимальную амплитуду входного сигнала, пропорционального измеряемому наибольшему давлению в поочередно образующихся газовых пузырьках из капилляров устройства.Измерение поверхностного натяжения жидкостей устройством осуществляется следующим образом.Включают электрическое и пневматическое питание устройства и погружают измерительные капилляры 3 и 4 в исслеренциального преобразователя 5. Давление при этом во внутренней полости капилляра 3 резко увеличится до максимального значения, необходимого для образования газового пузырька из выходного отверстия.Напряжение, пропорциональное давлению при образовании газового пузырька, измеряется с помощью измерительной схемы 7. Наибольшее значение этого напряжения измеряется и расширяется с помощью схемы 8 измерения и расширения амплитуды импульсов, так как при наличии импульсов на выходеэлектронно-релейного блока 10 конденсатор схемы измерения и расширения импульсов отключен от корпуса. Выходное напряжение схемы измерения и расширения амплитуды импульсов поступает через открытый электронный ключ 13 на элемент памяти и запоминается им. Электронный ключ 13 при наличии импульсов на выходе 1 электронно-релейного блока 10 открыт, а электронные ключи 14 и 15 закрыты. После прекращения импульсов на выходахиэлектронно-релейного блока 10 левый сердечник возвращается в исходное состояние, приэтом внутренняя полость капилляра 3снова сообщается через дроссель 18 с атмосферой, электронный ключ 13 закрывается, запоминающий конденсаторсхемы 8 измерения и расширения амплитуды импульсов снова замыкается на корпус устройства. Конденсатор остается заряжен до напряжения, пропорционального максимальному давлению в газовом пузырьке, образующемся из капилляра 3.При появлении на выходе задатчи-. ка 9 времени существования поверхности раздела фаз второго кратковременного импульса релейный импульс заданной длительности появится наиснова навыходах электронно-релейного блока. Это приведет к переме. щению правого сердечника соленоидного вентиля в правое положение, темсамым перекроется сообщение внутренней полости капилляра 4 через дроссель 19 с атмосферой и установитсяс нижней полостью дифференциальногопреобразователя 5. Конденсатор схемы 8 измерения и расширения импульсовоткрытый в этот момент времени выходной эдектронный ключ 15 поступит на вход регистрирующего прибора 12.После прекращения. существования импульсов на выходахиэлектронно-релейного блока 10 электронная измерительная схема устройства приходит в исходное состояние.Процесс измерения ПН исследуемой жидкости при появлении двух следую-. щих кратковременных импульсов на выходе задатчика времени существования поверхности раздела Фаз аналогичен,Изменяя установку времени существования поверхности раздела с помощью задатчика 9 возникает возможность измерения ДПН исследуемой жидкости или 15 раствора ПАВ во временном диапазоне от 0,5 до 600 с. При этом значение ПН рассчитывают по фэрмуле ь Р1 20 где ЬР - разность максиий при образовании га у р в из капилляров.Использование новых элементов, с целью поочередного образования газовых пузырьков из двух калиброванных капилляров различного внутреннего диаметра и установленных на различных глубинах в исследуемой жидкости, а также ихней взаимосвязи в устройстве, дает возможность увеличить точность измерения динамического поверхностного натяжения до 0,5, т.е. дает возможность точнее анализировать прохож 4 двние поверхностных явлений в растворах ПАВ во времени, а также точнее изучать процесс достижения равновесного состояния в растворах и влияние определенных условий и свойств компонентов на его протекание в лаборатор иых условиях. имальных давле зовых п зы ько ла изобретения 5 Устройство для измерения поверхстного натяжения жидкостей по метомаксимального давления в газовомньыи капилевматичесИсточн принятие во вн 1. Патент С кл. 73-64.4. 2. Авторско 9 603879, кл,(прототип).ки информации, мание при эксп ША У 3426584,свидетельствоО 1 М 13/02, 1 пузырьке, содержащее источник питающего газа, два калиброванных капилляра различного проходного сечения,два формирователя пневматических подпоров, задатчик времени существования поверхности раздела фаз, пневмоэлектрический преобразователь, дифференциальный усилитель и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения динамического поверхностного натяжения путем созданияодинаковых временных условий образования газовых йузырьков из двух калиброванных капилляров, оно дополнительно содержит соленоидный вентильс двумя раздельно коммутируемыми схемами включения, электронно-релейныйблок с двумя выходами управляющих исмещенных по фазе релейных сигналоводинаково регулируемой скважности,схему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных и одинвыходной электронных ключа и дваэлемента памяти, при этом пневмоэлектрический преобразователь черезсхему измерения и расширения амплитуды импульсов, два входных электронных ключа, два элемента памяти,диФференциальный усилитель и выходной электронный ключ соединен с регистрирующим прибором, вход электронно-релейного блока соединен с выходом задатчика времени существования поверхности раздела Фаз, выходы раздельно соединены с управляющими входами входных электронных ключейи обмотками питания соленоидного вентиля, пневматические входы которогосоединены с источником питающего газа, а выходы - с калиброванлярами и формирователями пнких .подпоров.817533 Составитель С. Беловодченкоктор О. Ковач Техред М. Голинка Корректор ста 319 56 е 4/5 П "Патент", г. Ужгород, ул, Проектна Фили Тираж 90 ВНИИПИ Госуд по делам 13035, Москва, твенного комбретений и о35, Раушска Подпистета Скрытийнаб