CN103871302A - 一种接触角演示测量教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触角演示测量教具，其特征是呈水平设置位于底板上方的载物台，载物台可放置载玻片，载物台的中心开设有圆形通孔；载物台圆形通孔的下方设置洗耳球，洗耳球的管口上套装一只可以由洗耳球充气的气球，气球在泄气状态下收纳在载物台的圆形通孔中，气球在充气状态下自圆形通孔中凸出在载物台的上台面上；在载物台的相对两侧分别设置背光光源和摄像机，背光光源是以载物台的上表面为投照面，背光光源、载物台的上表面，以及摄像头三者中心处在同一直线上。本发明既可以利用充气气球的形态变化模拟不同浸润性材料表面上液滴的状态变化，使得对于材料表面浸润性能的教学过程更加直观，也可以对接触角进行实际测量。

Description

一种接触角演示测量教具

技术领域

本发明涉及一种接触角演示测量教具，属于教具领域。

背景技术

接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度。若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若θ>90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。

接触角能直观地反映出液体对固体的浸润程度，是反映材料表面浸润性质的重要参数，因此，在生产和科技等相关领域对接触角进行测量和研究必不可少。对材料浸润程度进行定性演示与定量测量也是教学过程的一个重要环节，有助于学生深入理解和掌握该方面的知识。而市场上已有的接触角测量仪体积都较大，不便于在课堂上演示，更不方便让学生自己动手测量，另外，已有的接触角测量仪价格昂贵，不利于在学校范围内推广。教师只能教授理论知识，学生难以深刻理解。因此，有必要开发一种便于学生学习和教师教学的接触角测量仪教具。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种接触角演示测量教具，以便于针对反映材料表面浸润性质的接触角的问题能有利于学生的学习和教师的教学。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种接触角演示测量教具，其特点是：

在底板上、位于底板的中部、通过载物台支架呈水平设置位于底板的上方的载物台，所述载物台可以用于放置载玻片，在所述载物台的中心开设有圆形通孔；

在所述载物台圆形通孔的下方设置洗耳球，所述洗耳球的管口上套装一只可以由洗耳球充气的气球，所述气球在泄气状态下收纳在载物台的圆形通孔中，所述气球在充气状态下自所述圆形通孔中凸出在载物台的上台面上；

在所述载物台的相对两侧分别设置背光光源和摄像机，所述背光光源是以载物台的上表面为投照面，所述背光光源、载物台的上表面以及摄像头，三者中心处在同一直线上。

本发明一种接触角演示测量教具，其特点也在于：在所述底板的一侧，呈竖直设置光源台架，所述背光光源安装在所述光源台架上；在所述底板的另一侧，呈竖直设置摄像支架，所述摄像头安装在所述摄像支架上。

在所述光源台架的顶端通过铰链设置多自由度悬臂，在所述多自由度悬臂的前端安装微量注射器，调节所述多自由度悬臂可以使微量注射器以注射头呈竖直向下的姿态位于载物台的正上方；或是使微量注射器与多自由度悬臂收折为合拢状态。

所述背光光源为可调亮度单色冷光LED灯。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明一物多用，一是利用充气气球膨胀过程的形态变化模拟不同浸润性材料表面液滴的形态变化，使得对于材料表面浸润性能的教学过程更加直观；另一是可以将待测材料置于载玻片上，在待测材料上滴上液滴，利用背光光源和摄像头，捕捉清晰的液滴形态图片，并进一步通过计算机软件处理，实际测得接触角；

2、本发明结构简单、成本低，可以广泛在教学中配合使用；

3、本发明利用安装在光源台架上的多自由度悬臂，通过折叠方式控制微量注射器的位置，使操作过程更加方便，也使整台教具在未使用状态下体积最小，易于存放。

附图说明

图1为本发明气球演示教学过程的结构示意图；

图2为本发明进行接触角测量的结构示意图；

图3为本发明收折状态示意图；

图中标号：1光源台架；2多自由度悬臂；3微量注射器；4背光光源；5洗耳球；6气球；7载物台；8载物台支架；9底板；10摄像头；11支架；12传导线；13计算机；14液滴；15载玻片。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本实施例中接触角演示测量教具的结构设置为：

在底板9上、位于底板9的中部、通过载物台支架8呈水平设置位于底板9的上方的载物台7，载物台7可以用于放置载玻片15，在载物台7的中心开设有圆形通孔。

在载物台7的下方设置洗耳球5，洗耳球5的管口上套装一只可以由洗耳球充气的气球6，气球6在泄气状态下收纳在载物台7的圆形通孔中，气球6在充气状态下自圆形通孔中凸出在载物台7的上台面上。

在载物台7的相对两侧分别设置背光光源4和摄像机10，背光光源4是以载物台7的上表面为投照面，背光光源4、载物台7的上表面以及摄像头10，三者的中心处在同一直线上。

具体实施中，相应结构设置也包括：

在底板9的一侧，呈竖直设置光源台架1，背光光源4安装在光源台架1；在底板9的另一侧，呈竖直设置摄像支架11，摄像头10安装在摄像支架11上。

在光源台架1的顶端通过铰链设置多自由度悬臂2，在多自由度悬臂2的前端安装微量注射器3，调节多自由度悬臂2可以使微量注射器3以注射头呈竖直向下的姿态位于载物台7的正上方；或是使微量注射器3与多自由度悬臂2收折为合拢状态(图3所示)。

背光光源4为可调亮度单色冷光LED灯。

微量注射器3的针管活塞的线性挤压作用，可以使得对滴落液滴14的大小控制得更加精确。

工作原理：

当载物台上不放置载玻片时，挤压洗耳球，使气球随之逐渐膨胀，以气球的膨胀过程模拟液体对固体材料的浸润程度；当载物台上放置载玻片时，将待测材料置于载玻片上，同时将摄像机10通过信号传导线12与计算机13相连接，将微量注射器中的液体滴到待测材料上，通过计算机软件处理最终测得不同材料表面的接触角。

气球演示模拟过程：

如图1所示，打开背光光源4，挤压洗耳球5，随着气体的进入，气球6逐渐膨胀并凸出于载物台7的上表面，从载物台7的侧面可以看到气球由扁平状逐渐变为饱满的球状，所见到的气球膨胀过程形状的变化，就是材料由亲水到疏水时表面液滴的形状变化，通过摄像头将演示过程实时传输到计算机，并可以通过投影仪进行展示。

测量过程：

如图2所示，打开背光光源4，将待测材料通过载玻片置于载物台7上，利用多自由度悬臂2调节微量注射器3的位置，使注射头与载物台7距离适宜，挤压微量注射器3的活塞，使液体滴落，调节背光光源4的亮度及摄像头10的清晰度，捕捉待测材料表面清晰的液滴图片，通过计算机软件处理测得接触角；重复上述步骤，继续下组测量。

Claims (4)

1.一种接触角演示测量教具，其特征是：

在底板(9)上、位于底板(9)的中部、通过载物台支架(8)呈水平设置位于底板(9)的上方的载物台(7)，所述载物台(7)可以用于放置载玻片(15)，在所述载物台(7)的中心开设有圆形通孔；

在所述载物台圆形通孔的下方设置洗耳球(5)，所述洗耳球(5)的管口上套装一只可以由洗耳球充气的气球(6)，所述气球(6)在泄气状态下收纳在载物台(7)的圆形通孔中，所述气球(6)在充气状态下自所述圆形通孔中凸出在载物台(7)的上台面上；

在所述载物台(7)的相对两侧分别设置背光光源(4)和摄像机(10)，所述背光光源(4)是以载物台(7)的上表面为投照面，所述背光光源(4)、载物台(7)的上表面以及摄像头(10)，三者中心处在同一直线上。

2.根据权利要求1所述的接触角演示测量教具，其特征是：在所述底板(9)的一侧，呈竖直设置光源台架(1)，所述背光光源(4)安装在所述光源台架(1)上；在所述底板(9)的另一侧，呈竖直设置摄像支架(11)，所述摄像头(10)安装在所述摄像支架(11)上。

3.根据权利要求2所述的接触角演示测量教具，其特征是：在所述光源台架(1)的顶端通过铰链设置多自由度悬臂(2)，在所述多自由度悬臂(2)的前端安装微量注射器(3)，调节所述多自由度悬臂(2)可以使微量注射器(3)以注射头呈竖直向下的姿态位于载物台(7)的正上方；或是使微量注射器(3)与多自由度悬臂(2)收折为合拢状态。

4.根据权利要求1、2或3所述的接触角演示测量教具，其特征是：所述背光光源(4)为可调亮度单色冷光LED灯。

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