CN104198338A

CN104198338A - 一种测量液体物理性质的传感器及其测量方法

Info

Publication number: CN104198338A
Application number: CN201410412654.5A
Authority: CN
Inventors: 刘建林; 赵德敏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-21
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2014-12-10

Abstract

本发明提供一种测量液体物理性质的传感器及其测量方法，所述传感器包括一个密闭器室，在该密闭器室内设置有能产生弹性形变的微梁，在该微悬的自由端正前方设置有一个可测量所述自由端产生形变变化量的结构。本发明提供的传感器为基于液体的表面张力构建的微型传感器，该传感器可以测量液体的表面张力或接触角，其结构简单，操作易行。

Description

一种测量液体物理性质的传感器及其测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种测量液体物理性质的传感器及其测量方法。

背景技术

在化学、生物、物理、材料等领域，对于气体、液体性质的监控等已经成为一个热点问题。目前的微型传感器可以监控空气中某一气体分子的浓度，以及探测生物大分子的化学反应等。但是基于液体物理性质，例如表面张力、接触角和液体体积之间关系的微型传感器尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供能够测量液体表面张力、接触角和液体体积之间关系的微型传感器及其测量方法。

一种测量液体物理性质的传感器，包括一个密闭器室，在该密闭器室内设置有能产生弹性形变的微悬臂梁，在该微悬臂梁的自由端正前方设置有一个可测量所述自由端产生形变变化量的结构。

进一步地，如上所述的测量液体物理性质的传感器，所述可测量所述自由端产生形变变化量的结构为激光光路或投影仪。

一种利用所述传感器测量液体物理性质的方法，包括以下步骤：

(1)、将某一微米量级的液滴放置在微悬臂梁的上表面或者下表面；整个操作都在密闭器室内进行；

(2)、液体的表面张力引起微悬臂梁发生变形，然后通过激光光路或者高速摄影仪拍摄出微悬臂梁自由端的位移；

(3)、通过下列公式，反推出液滴的表面张力、接触角、体积；

自由端的挠度：

y (L) = \frac{2}{3} \frac{γ \sin θ_{Y}}{EI} a^{2} (L - L_{1} - a)

弯矩：M(x)＝EIy，M(x)-弯矩；E-弹性模量；I-惯性矩；y-挠度，γ-表面张力；θ_Y-接触角；L-悬臂梁总长度；a-液滴与梁接触圆形的半径；L1-液滴右端离固定端距离。

液滴的体积：

V = π a^{3} \frac{(1 - \cos θ_{Y}) (2 + \cos θ_{Y})}{3 \sin θ_{Y} (1 + \cos θ_{Y})} .

本发明提供的传感器为基于液体的表面张力构建的微型传感器，该传感器可以测量液体的表面张力或接触角，其结构简单，操作易行。

附图说明

图1为本发明测量液体物理性质的传感器结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明测量液体物理性质的传感器结构示意图，如图1所示，本申请提供的传感器，包括一个密闭器室4，在该密闭器室4内设置有能产生弹性形变的微悬臂梁2，在该微悬臂梁2的自由端正前方设置有一个可测量所述自由端产生形变变化量的结构3，该测量所述自由端产生形变变化量的结构3为激光光路或者高速摄影仪。

将液滴1放在微悬臂梁2上，然后微悬臂梁在液体的作用下，会发生弯曲变形，其自由端会向上翘起，A1为自由端为变形前的光路，A2为自由端变形后的光路，根据A1、A2就可以测量液体的物理性质。

具体地，该测量液体物理性质的方法为：

①微悬臂梁放置于密闭容器中，将某一微米量级的液滴放置在微悬臂梁的上表面或者下表面；整个操作都在密闭环境中进行。

②液体的表面张力引起微悬臂梁发生变形。然后通过激光光路或者高速摄影仪等拍摄出悬臂梁自由端的位移；

③通过下列公式，反推出液滴的表面张力、接触角、体积等数值。

弯矩：M(x)＝EIy

M(x)——弯矩；E——弹性模量；I——惯性矩；y——挠度

自由端的挠度：

y (L) = \frac{2}{3} \frac{γ \sin θ_{Y}}{EI} a^{2} (L - L_{1} - a)

γ——表面张力；θ_Y——接触角；L——悬臂梁总长度；a——液滴与梁接触圆形的半径；L₁——液滴右端离固定端距离。

液滴的体积：

V = π a^{3} \frac{(1 - \cos θ_{Y}) (2 + \cos θ_{Y})}{3 \sin θ_{Y} (1 + \cos θ_{Y})}

上式中，y(L)是测量出来的数值。因此通过上述公式，给定表面张力、接触角或液滴体积任意两个可以确定第三个。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种测量液体物理性质的传感器，其特征在于，包括一个密闭器室，在该密闭器室内设置有能产生弹性形变的微悬臂梁，在该微悬臂梁的自由端正前方设置有一个可测量所述自由端产生形变变化量的结构。

2.根据权利要求1所述的测量液体物理性质的传感器，其特征在于，所述可测量所述自由端产生形变变化量的结构为激光光路或投影仪。

3.一种利用权利要求1所述传感器测量液体物理性质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

自由端的挠度：

y (L) = \frac{2}{3} \frac{γ \sin θ_{Y}}{EI} a^{2} (L - L_{1} - a)

弯矩：M(x)＝EIy，M(x)-弯矩；E-弹性模量；I-惯性矩；y-挠度，γ-表面张力；θ_Y-接触角；L-悬臂梁总长度；a-液滴与梁接触圆形的半径；L1-液滴右端离固定端距离，

液滴的体积：

V = π a^{3} \frac{(1 - \cos θ_{Y}) (2 + \cos θ_{Y})}{3 \sin θ_{Y} (1 + \cos θ_{Y})} .