CN107228811A - 基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法，其包括以下步骤：1）、依照拉脱法进行液膜拉伸时，选取平行光垂直液面照射，2）、通过力传感器实时测量拉伸过程中拉力F随时间的变化情况；3）、通过转动传感器实时测量液膜高度h随时间的变化情况；4）、通过测微目镜观察π形框两侧明显的暗带，5）、测量液膜底部单侧宽度d；6）、利用液膜底部单侧宽度d和液膜高度h得到液面倾角θ随时间的变化关系；7）、对拉力F和液面倾角θ及π形框宽度l进行线性拟合得到斜率值，所得斜率值即为待测液体的表面张力系数大小。本发明保留原有拉脱法优点的前提下，避免了需要测量拉力极限值的问题，有效降低了对实验操作技能的要求，大大提高了测量精度。

Description

基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法

技术领域

本发明涉及测量检测领域，尤其涉及基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法。

背景技术

液体的表面张力系数是表征液体性质的一个重要参数，在工农业生产、医学、物理、化学等领域有着重要的应用。拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法之一。其优点在于：用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚。不足之处在于：通过测量液膜破裂瞬间的拉力极限值来计算液体的表面张力系数，对实验操作者的实验操作技能以及测量拉力仪器的稳定性和数据存储能力有较高的要求，这就使得测量结果容易出现较大误差，不利于该方法的普及。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供简便、准确、无需增加设备投入的基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法。

本发明采用的技术方案是：

基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法，液体盛放于盛液槽内，盛液槽的上端开口，盛液槽内设有一用于带动盛液槽内液体的液膜拉伸的π形框，π形框的上端连接有测量拉伸过程中拉力F的力传感器，π形框的上方设有观察π形框两侧明显的暗带的测微目镜，盛液槽设于升降旋钮上，升降旋钮外侧套设在转动皮带的一端内，转动皮带的另一端连接转动传感器；测量方法包括以下步骤：

1）、依照拉脱法进行液膜拉伸时，选取平行光垂直液面照射，

2）、通过力传感器实时测量拉伸过程中拉力F随时间的变化情况；

3）、通过转动传感器实时测量液膜高度h随时间的变化情况；

4）、通过测微目镜观察π形框两侧明显的暗带，

5）、测量液膜底部单侧宽度d；

6）、利用液膜底部单侧宽度d和液膜高度h得到液面倾角θ随时间的变化关系；

7）、对拉力F和液面倾角θ及π形框宽度l进行线性拟合得到斜率值，所得斜率值即为待测液体的表面张力系数大小。

进一步地，所述力传感器的测量范围为0~0.098N，灵敏度为3.0000V/N,分辨率为0.03mN。

进一步地，所述转动传感器的角度分辨率为0.09°，位置分辨率为0.002m。

本发明采用以上技术方案，基于拉脱法的液膜拉伸过程中，其底部单侧宽度d没有变化，而液膜高度h随着拉力F的增加而发生变化，选取平行光垂直液面照射，通过力传感器（测量范围为0~0.098N，灵敏度为3.0000V/N,分辨率为0.03mN）实时测量拉伸过程中拉力F随时间的变化情况；通过转动传感器（角度分辨率为0.09°，位置分辨率为0.002m）实时测量液膜高度h随时间的变化情况。通过测微目镜观察π形框两侧明显的暗带测量液膜底部单侧宽度d；利用液膜底部单侧宽度d和液膜高度h得到液面倾角θ随时间的变化关系。对拉力F和液面倾角θ及π形框宽度l进行线性拟合，所得斜率值即为待测液体的表面张力系数大小。测得纯水的表面张力系数为73.21×10^-3 N/m，百分误差为0.63％。

本发明保留原有拉脱法优点的前提下，避免了需要测量拉力极限值的问题，有效降低了对实验操作技能的要求，大大提高了测量精度。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法的测量装置的结构示意图；

图2为本发明基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法的液膜拉伸示意图；

图3为本发明基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法的液膜高度h、拉力大小F随时间T的变化示意图；

图4为本发明基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法的拉力F与变量2lcosθ的关系曲线图。

具体实施方式

如图1-4之一所示，本发明公开了基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法，液体盛放于盛液槽1内，盛液槽1的上端开口，盛液槽1内设有一用于带动盛液槽1内液体2的液膜21拉伸的π形框3，π形框3的上端连接有测量拉伸过程中拉力F的力传感器4，π形框3的上方设有观察π形框3两侧明显的暗带的测微目镜5，盛液槽1设于升降旋钮6上，升降旋钮6外侧套设在转动皮带7的一端内，转动皮带7的另一端连接转动传感器8；测量方法包括以下步骤：

1）、依照拉脱法进行液膜21拉伸时，选取平行光垂直液面照射，

2）、通过力传感器4实时测量拉伸过程中拉力F随时间的变化情况；

3）、通过转动传感器8实时测量液膜21高度h随时间的变化情况；

4）、通过测微目镜5观察π形框3两侧明显的暗带，

5）、测量液膜21底部单侧宽度d；

6）、利用液膜21底部单侧宽度d和液膜21高度h得到液面倾角θ随时间的变化关系；

7）、对拉力F和液面倾角θ及π形框3宽度l进行线性拟合得到斜率值，所得斜率值即为待测液体2的表面张力系数大小。

进一步地，所述力传感器4的测量范围为0~0.098N，灵敏度为3.0000V/N,分辨率为0.03mN。

进一步地，所述转动传感器8的角度分辨率为0.09°，位置分辨率为0.002m。

本发明采用以上技术方案，基于拉脱法的液膜21拉伸过程中，其底部单侧宽度d没有变化，而液膜21高度h随着拉力F的增加而发生变化，选取平行光垂直液面照射，通过力传感器4（测量范围为0~0.098N，灵敏度为3.0000V/N,分辨率为0.03mN）实时测量拉伸过程中拉力F随时间的变化情况；通过转动传感器8（角度分辨率为0.09°，位置分辨率为0.002m）实时测量液膜21高度h随时间的变化情况；通过测微目镜5观察π形框3两侧明显的暗带测量液膜21底部单侧宽度d。利用液膜21底部单侧宽度d和液膜21高度h得到液面倾角θ随时间的变化关系。对拉力F和液面倾角θ及π形框3宽度l进行线性拟合，所得斜率值即为待测液体2的表面张力系数大小。依据本发明的方法测得纯水的表面张力系数为73.21×10^-3 N/m，百分误差为0.63％。

本发明保留原有拉脱法优点的前提下，避免了需要测量拉力极限值的问题，有效降低了对实验操作技能的要求，大大提高了测量精度。

Claims (3)

1.基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法，液体盛放于盛液槽内，盛液槽的上端开口，盛液槽内设有一用于带动盛液槽内液体的液膜拉伸的π形框，π形框的上端连接有测量拉伸过程中拉力F的力传感器，π形框的上方设有观察π形框两侧明显的暗带的测微目镜，盛液槽设于升降旋钮上，升降旋钮外侧套设在转动皮带的一端内，转动皮带的另一端连接转动传感器；其特征在于：测量方法包括以下步骤：

1）、依照拉脱法进行液膜拉伸时，选取平行光垂直液面照射，

2）、通过力传感器实时测量拉伸过程中拉力F随时间的变化情况；

3）、通过转动传感器实时测量液膜高度h随时间的变化情况；

4）、通过测微目镜观察π形框两侧明显的暗带，

5）、测量液膜底部单侧宽度d；

6）、利用液膜底部单侧宽度d和液膜高度h得到液面倾角θ随时间的变化关系；

7）、对拉力F和液面倾角θ及π形框宽度l进行线性拟合得到斜率值，所得斜率值即为待测液体的表面张力系数大小。

2.根据权利要求1所述的基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法，其特征在于：所述力传感器的测量范围为0~0.098N，灵敏度为3.0000V/N,分辨率为0.03mN。

3.根据权利要求1所述的基于实时测量及数据拟合的液体表面张力系数的测量方法，其特征在于：所述转动传感器的角度分辨率为0.09°，位置分辨率为0.002m。