CN104792667B - 一种表面张力高温悬滴测量支架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种支架，特指一种表面张力高温悬滴测量支架，由底座、悬挂架、单孔悬滴基板或双孔悬滴基板组成。采用可更换的悬滴基板结构，从根本上避免了被测液滴材料与支架间的腐蚀、互溶现象，省去了测量结束后的清理工作，同时间接保证了每次测量中支架的清洁度。此外，本发明还具有结构简单、能实现多样品同时测量等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种支架，特指一种表面张力高温悬滴测量支架。
背景技术
表面张力一般是指液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力，由于表面张力的存在，水黾可以行走于水面，水滴呈现球状形态；通常，表面张力会因液体或气体成分、温度、压力等因素的差异而有所不同，要测定不同条件下的表面张力，常用的方法包括毛细管上升法、最大气泡压力法、滴重法、悬滴法、圆环法、吊片法等等；其中，悬滴法具有操作最简便、测量范围大、测量精度高、重复性好、液体用量最少、对液体的粘度不敏感、适合高温高压动态测量等优点；另外，悬滴法的理论假设少，仅包括液滴处于表面张力与重力的静力平衡状态，以及悬滴呈中心轴对称这两个基本假设，能从原理上保证较高的测量准确性。
采用悬滴法测量表面张力时，液滴形成悬滴液悬挂在形状规则的支架表面上，通过视频捕捉静止状态下的液滴形态，经过图像处理技术进行液滴轮廓曲线拟合，根据由Young-Laplace发展而来的Bashforth-Adams的悬滴轮廓方程计算获得液滴的表面张力。
专利TW289661公开的方法中采用的支架为铂铑合金材料的针管型支架，专利CN201020580129.1中公开的方法中采用的则为铂铑合金或铂铱合金材料的圆环形支架；两种方法中的支架在使用中都需要使被测液体与金属支架的直接接触。这一方面不可避免地限制了被测对象的材料范围，因为金属支架材料与其它金属或非金属材料在高温条件下可能会出现腐蚀、互溶现象；另一方面，测量结束后高温液体凝固附着在支架上使得清理比较困难，清理方法还需要根据被测液体材料和支架材料的特点进行有针对性的选择。
本发明一种表面张力高温悬滴测量支架，采用可更换的悬滴基板结构，从根本上避免了被测液滴材料与支架间的腐蚀、互溶现象，省去了测量结束后的清理工作，同时间接保证了每次测量中支架的清洁度。此外，本发明还具有结构简单、能实现多样品同时测量等优点。
发明内容
本发明提供一种表面张力高温悬滴测量支架，包括底座、悬挂架、单孔悬滴基板或双孔悬滴基板；其中底座上有两片与底板平面相垂直的立板，中间开孔以便于在侧面观察悬滴液。
底座立板上端放置悬挂架；整个悬挂架采用0.8～1.2mm相同直径的耐高温铂铑合金或铂铱合金杆焊接而成；悬挂架上平面由两长两短共四根合金杆构成，其中两根长杆的两端位于底座立板上端的半圆弧缺口中实现支撑和定位；两根短杆主要用于悬挂架结构的强化，其间距比两侧的底座立板间距小2～3mm；悬挂架下平面由首尾相接的四段合金杆构成一矩形框形状，并且矩形框的长边长度与悬挂架平面的两短杆间距相同，而宽度为4.5～5.5mm；悬挂架下平面矩形架的四个角通过四根长度相等的合金杆分别与悬挂架上平面四根合金杆的四处焊接位置焊接，使整个悬挂架形成一个固定结构。悬挂架上、下两平面相互平行，间距为6～8mm。
悬滴基板有单孔和双孔两种，悬滴基板的材料为耐高温的石墨、刚玉、碳化硅或氮化硅材料；单孔悬滴基板由上下两段同轴圆柱结构构成，其上段圆柱直径大于悬挂架下平面矩形框的宽度，为6mm，下段圆柱直径小于悬挂架下平面矩形框的宽度，为4mm，两段圆柱高度都为2mm；悬滴基板利用自身的轴向台阶结构置于悬挂架下平面的矩形框上，单孔悬滴基板中央沿轴线开有一个2mm直径的通孔，测量前先将合适体积的被测材料的固体小块置于基板上平面的孔口上，同时避免其与悬挂架接触或直接掉落。升温后测量固体块融化成液态后沿通孔流下并在悬滴基板下表面形成液滴，然后进行测量；双孔悬滴基板结构为两单孔悬滴基板并联结构，其上圆柱结构延拓连接成板形，以保证放置在悬挂架上的平稳性；上表面中间有一1～1.5mm高的凸缘，并且两下圆柱下端面也保持分离，以便在测试过程中保证两边液滴相互隔离；双孔型悬滴基板两孔间距为12～14mm。
本发明的有益效果是：
1、由于与高温液滴直接接触的悬滴基板是耐高温石墨或陶瓷类材料，可以较好地避免高温测量条件下支架材料的被腐蚀、与被测液体的互溶等问题，因此节约了贵金属的使用和损耗，并且大大扩大了被测对象材料的种类范围。
2、测量结束可直接更换新的悬滴基板进行下一次测量，省去了对整个测量支架的清理和清洗的过程，因此测量准备工作少、效率较高。
3、能实现在相同条件下同时对两个样品进行高温条件下的表面张力测量。
4、由于石墨或陶瓷悬滴基板通常可利用模板法批量制作，其余支架部分则重复利用，因此折算后的实际成本较低。
附图说明
图1是单样品测量支架。
图2是双样品测量支架。
图3是底座。
图4是悬挂架。
图5是单孔悬滴基板。
图6是双孔悬滴基板。
图中：1－底座；2－悬挂架；3－单孔悬滴基板；4－双孔悬滴基板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
图1和图2分别是单样品测量支架装配轴视图和双样品测量支架装配轴视图。本发明提供一种表面张力高温悬滴测量支架，它包括：底座1、悬挂架2、单孔悬滴基板3或双孔悬滴基板4。
单样品测试前，先将悬挂架2放置在底座1的立板上端，使悬挂架2上平面的两根长杆座于底座1的立板上端的半圆弧缺口中，并沿长杆轴线方向调整悬挂架2位置，使整个悬挂架2位于底座1中央，保证悬挂架2下边矩形框与底座1左右立板之间的间距相等；将单孔悬滴基板3的台阶部位平稳放置在悬挂架2下平面矩形框的两段长杆上，并调整悬滴基板3位置使其位于悬挂架2中央，将一块12～18 mm3的被测材料的固体小块置于悬滴基板3上段圆柱上平面的孔口上，同时避免其与悬挂架2接触或直接掉落；将承载样品的整个测量支架置于高温炉内指定位置，保持悬滴基板3上平面水平以防液滴滚落；然后加热融化固体样品，待其沿悬滴基板3内的通孔流下并在悬滴基板3下表面形成液滴后通过视频捕捉静止状态下的液滴形态，经过图像处理技术进行液滴轮廓曲线拟合，根据Bashforth-Adams的悬滴轮廓方程计算获得液滴的表面张力。
双样品测试前，同样先将悬挂架2放置在底座1的立板上端，使悬挂架2上平面的两根长杆座于底座1的立板上端的半圆弧缺口中，并沿长杆轴线方向调整悬挂架2位置，使整个悬挂架2位于底座1中央，保证悬挂架2下边矩形框与底座1左右立板之间的间距相等；选用双孔悬滴基板4，将悬滴基板4台阶部位平稳放置在悬挂架2下平面矩形框的两段长杆上，并调整双孔悬滴基板4位置使其位于悬挂架2中央；将两块体积分别为12～18 mm3的被测材料固体小块分别置于悬滴基板4上平面的两个孔口上，同时避免固体小块与悬挂架2接触或直接掉落；将承载样品的整个测量支架置于高温炉内指定位置，保持悬滴基板4上平面水平以防液滴滚落，然后加热融化固体样品，待其沿悬滴基板4内的通孔流下并在悬滴基板4下表面形成液滴后通过视频捕捉静止状态下的液滴形态，经过图像处理技术进行液滴轮廓曲线拟合，根据Bashforth-Adams的悬滴轮廓方程计算获得液滴的表面张力。
Claims (10)
1.一种表面张力高温悬滴测量支架，其特征在于：所述测量支架由底座、悬挂架、单孔悬滴基板或双孔悬滴基板组成；其中底座上有两片与底板平面相垂直的立板，中间开孔以便于在侧面观察悬滴液；底座立板上端放置悬挂架；悬挂架上平面由两长两短共四根合金杆构成，其中两根长杆的两端位于底座立板上端的半圆弧缺口中实现支撑和定位；两根短杆主要用于悬挂架结构的强化，其间距小于两侧的底座立板间距；悬挂架下平面由首尾相接的四段合金杆构成一矩形框形状，并且矩形框的长边长度与悬挂架平面的两短杆间距相同，悬挂架下平面矩形架的四个角通过四根长度相等的合金杆分别与悬挂架上平面四根合金杆的四处焊接位置焊接，悬挂架上、下两平面相互平行，使整个悬挂架形成一个固定结构；
与高温液滴直接接触的单孔悬滴基板或双孔悬滴基板是耐高温石墨或陶瓷类材料，单孔悬滴基板由上下两段同轴圆柱结构构成，其上段圆柱直径大于悬挂架下平面矩形框的宽度，下段圆柱直径小于悬挂架下平面矩形框的宽度；单孔悬滴基板中央沿轴线开有通孔；双孔悬滴基板结构为两单孔悬滴基板并联结构，其上圆柱结构延拓连接成板形，以保证放置在悬挂架上的平稳性；并且两下圆柱下端面保持分离，以便在测试过程中保证两边液滴相互隔离；悬滴基板利用自身的轴向台阶结构置于悬挂架下平面的矩形框上。
2.如权利要求1所述的一种表面张力高温悬滴测量支架，其特征在于：整个悬挂架采用0.8～1.2mm相同直径的耐高温铂铑合金或铂铱合金杆焊接而成。
3.如权利要求1所述的一种表面张力高温悬滴测量支架，其特征在于：悬挂架上平面两根短杆的间距比两侧的底座立板间距小2～3mm。
4.如权利要求1所述的一种表面张力高温悬滴测量支架，其特征在于：悬挂架上、下两平面相互平行，间距为6～8mm。
5.如权利要求1所述的一种表面张力高温悬滴测量支架，其特征在于：矩形框的宽度为4.5～5.5mm。
6.如权利要求1所述的一种表面张力高温悬滴测量支架，其特征在于：单孔型悬滴基板中央沿轴线开有一个2mm直径的通孔，双孔型悬滴基板两通孔的直径同样为2mm，间距为12～14mm。
7.如权利要求1所述的一种表面张力高温悬滴测量支架，其特征在于：双孔型悬滴基板上表面中间有一1～1.5mm高的凸缘，以便在测试过程中保证两边液滴相互隔离,让两边固体小块融化后的液体分别进入左右两边的孔。
8.如权利要求1所述的一种表面张力高温悬滴测量支架，其特征在于：所述单孔悬滴基板或双孔悬滴基板的材料为耐高温的石墨、刚玉、碳化硅或氮化硅材料。
9.如权利要求1所述的一种表面张力高温悬滴测量支架，其特征在于：所述单孔悬滴基板的上段圆柱直径为6mm，下段圆柱直径为4mm，两段圆柱高度都为2mm。
10.使用如权利要求1所述的一种表面张力高温悬滴测量支架进行测量的方法，其特征在于步骤如下：
单样品测试前，先将悬挂架放置在底座1的立板上端，使悬挂架上平面的两根长杆座于底座的立板上端的半圆弧缺口中，并沿长杆轴线方向调整悬挂架位置，使整个悬挂架位于底座中央，保证悬挂架下边矩形框与底座左右立板之间的间距相等；将单孔悬滴基板的台阶部位平稳放置在悬挂架下平面矩形框的两段长杆上，并调整悬滴基板位置使其位于悬挂架中央，将一块合适体积的被测材料的固体小块置于悬滴基板上段圆柱上平面的孔口上，同时避免其与悬挂架接触或直接掉落；将承载样品的整个测量支架置于高温炉内指定位置，保持悬滴基板上平面水平以防液滴滚落；然后加热融化固体样品，待其沿悬滴基板内的通孔流下并在悬滴基板下表面形成液滴后通过视频捕捉静止状态下的液滴形态，经过图像处理技术进行液滴轮廓曲线拟合，根据Bashforth-Adams的悬滴轮廓方程计算获得液滴的表面张力；
双样品测试前，同样先将悬挂架放置在底座的立板上端，使悬挂架上平面的两根长杆座于底座的立板上端的半圆弧缺口中，并沿长杆轴线方向调整悬挂架位置，使整个悬挂架位于底座中央，保证悬挂架下平面矩形框与底座左右立板之间的间距相等；选用双孔悬滴基板，将悬滴基板台阶部位平稳放置在悬挂架下平面矩形框的两段长杆上，并调整双孔悬滴基板位置使其位于悬挂架中央；将两块合适体积的被测材料的固体小块分别置于悬滴基板上段圆柱上平面的两个孔口上，同时避免固体小块与悬挂架接触或直接掉落；将承载样品的整个测量支架置于高温炉内指定位置，保持悬滴基板上平面水平以防液滴滚落，然后加热融化固体样品，待其沿悬滴基板内的通孔流下并在悬滴基板下表面形成液滴后通过视频捕捉静止状态下的液滴形态，经过图像处理技术进行液滴轮廓曲线拟合，根据Bashforth-Adams的悬滴轮廓方程计算获得液滴的表面张力。
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