CN108267386A - 液体表面张力测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液体表面张力测量仪，属液体表面张力测量设备领域，包括支架、测量装置、载物台、控制箱，所述支架包括支架杆、底座；所述测量装置包括测量架、传感器、调节平台，测量架可滑动地设置在支架杆上，传感器固定在测量架上，传感器通过连杆与的调节平台固定连接，调节平台通过多根吊索吊装着1个测量环；载物台可滑动地设置在支架杆上，其包括载物板和上容器，上容器底部设有放液管，放液管穿过载物板向下延伸；控制箱与传感器电连接。本仪器灵敏度好、稳定性好、操作简单，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，将微小的表面张力转换成模拟电信号，经放大和A/D处理后，能直观准确地得到张力值。

Description

液体表面张力测量仪

技术领域

本发明涉及一种液体表面张力测量设备，特别涉及一种液体表面张力测量仪。

背景技术

液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数。测量液体的表面张力系数有多种方法，拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法之一。当前物理实验室使用的拉脱法测量液体表面张力系数，该方法采用焦利称——使用弹簧作为力敏传感器，其测量的灵敏度和稳定性制约了测量精度，另一方面操作不易、不直观，特别是用于教学时，学生对这种方法不感兴趣，教学效果不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种灵敏度好、稳定性好、操作简单的液体表面张力测量仪，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，将微小的液体表面张力转换成模拟电信号，经信号放大和A/D处理后，能直观准确地在显示屏上得到张力值。

本发明提出一种液体表面张力测量仪，包括支架、测量装置、载物台、控制箱，

所述支架包括支架杆、底座；所述测量装置包括测量架、传感器、调节平台，测量架可滑动地设置在支架杆上，传感器固定在测量架上，传感器通过连杆与的调节平台固定连接，调节平台通过多根吊索吊装着1个测量环；载物台可滑动地设置在支架杆上，其包括载物板和上容器，上容器底部设有放液管，放液管穿过载物板向下延伸；控制箱与传感器电连接，控制箱上设有显示屏和控制键。

优选地，所述测量装置上设有调节测量架高度的粗调螺丝、精调螺丝；载物台上设有高度调节螺丝。

所述吊索为3根，调节平台上等距设有3个水平调节螺丝，3根吊索分别连接在3个水平调节螺丝的底部。

所述水平调节螺丝包括大螺母、固定筒、调节杆，固定筒中段边接着凸起的定位环，定位环以上的固定筒设有外螺纹，大螺母相应地设有内螺纹；固定筒内设有通孔，调节杆与通孔螺纹连接；所述通孔包括大孔段、小孔段，小孔段设有内螺纹；调节杆中段设有调节螺母，调节螺母与调节杆固定连接，调节螺母以上的调节杆设有与小孔段内螺纹相配合的外螺纹。

所述调节平台为一金属圆片；调节平台通过2根连杆与传感器连接；传感器为硅压阻式力敏传感器；控制箱内设有ARM微处理器和天线，通过ARM微处理器控制传感器、天线、电源、显示屏、存储器各模块的协调工作。

所述硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片包括四个硅扩散电阻敏感膜，该四个硅扩散电阻集成一个惠四通电桥，敏感膜贴在弹性梁变形部位，在仪器中上梁变形时拉伸，下梁变形时压缩。

本测量仪还包括用于测量环水平校准的水准仪、用于传感器定标的法码；在底座上放置着下容器。

本发明还提供上述的液体表面张力测量仪的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(A)调整测量环水平：接通电源并开机，将水准仪放到测量环上，调整三个水平调节螺丝，使测量环水平；

(B)传感器定标：分别将多个不同克重的砝码放到调节平台上，根据控制箱上显示屏上显示的稳定后的数据，操纵控制键使传感器定标。

(C)测量：通过粗调螺丝、精调螺丝调节测量架高度，通过高度调节螺丝调节载物台高度，使测量环下端浸入上容器内的液体中；稳定后打开放液管的阀门，液体慢慢出，控制箱不断地采集数据，直到液面和测量环分离，显示屏上显示和采集的最大数即液体表面张力

优选地，在“(C)测量”步骤中，避免向上移动测量环或向下移动上容器，引起振动，使测量误差偏大。

在操作时，控制箱通过天线收到总控制台指令，测量的数据通过天线无线传输给总控制台；在“(A)调整测量环水平”之前，将测量环在NaOH溶液中浸泡20-30秒，然后用净水洗净吹干。

本发明的有益效果是：通过粗调螺丝、精调螺丝、高度调节螺丝配合，能准确调节测量架与载物台之间的间距；通过3个三个水平调节螺丝和水准仪配合，能精确、方便地调节测量环至水平位置，比传统测量仪的凭经验调节弹簧更快捷、准确，通过大螺母与固定筒的定位环配合，可将固定筒可靠地固定在调节平台的靠近边缘处的三个安装孔内；调节杆中段设有凸起的调节螺母，便于手动旋拧调节螺母，使调节杆上移或下降；固定筒的通孔的小孔段设有内螺纹，该内螺纹与调节杆上部的外螺纹相配合实现调节杆的上下调节；通孔只有小段内壁设有内螺纹，利于降低加工难度，且越小的孔越能提高调节精度，且减少调节阻力，只需很小的力量就能拧动调节螺母；液体表面张力实验仪由ARM微处理器控制，实验人员通过按键，向ARM微处理器发出指令，根据得到的指令，ARM微处理器，控制各模块协调传感器、天线、电源、显示屏、存储器该五模块工作。天线和ARM微处理器便于群体性使用本测量仪，如学生们实验操作，通过天线收到教师控制台指令，并发出相应的数据给教师控制台，方便老师掌握学生实验情况。

用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观、清楚，用拉脱法测量液体表面张力约在1×10-3～1×10-2N之间，需要有一种量程范围较小、精度高、灵敏度高、稳定性好的测量力的仪器，本测量仪比传统的焦利秤、扭秤等灵敏度高、稳定性好，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，采用硅压阻力敏传感器将微小的液体表面张力转换为电信号，经过微处理器ARM,对传感器输出信号采集处理，将微小的液体表面张力转换成模拟电信号，经信号放大和A/D处理后，能直观准确地在显示屏上得到张力值；装置调节好后，打开阀门，液体流出，整个测量过程中，没有其它振动源，测量结果准确。操作简单。特别时在用于教学时，学生可以集中注意观察水面拉模的物理过程，更好地理解物理现象。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的控制原理图；

图3为本发明的水平调节螺丝部件结构示意图。

附图标记：支架1、测量装置2、载物台3、控制箱4、支架杆5、底座6、测量架7、传感器8、调节平台9、连杆10、吊索11、测量环12、载物板13、上容器14、放液管15、显示屏16、控制键17、粗调螺丝18、精调螺丝19高度调节螺丝20、水平调节螺丝21、水准仪22、下容器23、大螺母24、固定筒25、调节杆26、定位环27、通孔28、调节螺母29。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

实施例一

参照图1、2，本实施例包括支架1、测量装置2、载物台3、控制箱4，所述支架1包括支架杆5、底座6；所述测量装置包括测量架7、传感器8、调节平台9，测量架7可滑动地设置在支架杆5上，传感器8固定在测量架7上，传感器8通过连杆10与的调节平台9固定连接，调节平台9通过多根吊索11吊装着1个测量环12；载物台3可滑动地设置在支架杆5上，其包括载物板13和上容器14，上容器底部设有放液管15，放液管15穿过载物板13向下延伸；控制箱4与传感器8电连接，控制箱4上设有显示屏16和控制键17。所述测量装置2上设有调节测量架7高度的粗调螺丝18、精调螺丝19；载物台3上设有高度调节螺丝20。所述吊索11为3根，调节平台9上等距设有3个水平调节螺丝21，3根吊索分别连接在3个水平调节螺丝21的底部。所述水平调节螺丝包括大螺母24、固定筒25、调节杆26，固定筒中段边接着凸起的定位环27，定位环27以上的固定筒25设有外螺纹，大螺母24相应地设有内螺纹；固定筒内设有通孔28，调节杆25与通孔28螺纹连接；所述通孔28包括大孔段、小孔段，小孔段设有内螺纹；调节杆中段设有调节螺母29，调节螺母29与调节杆26固定连接，调节螺母以上的调节杆26设有与小孔段内螺纹相配合的外螺纹。所述调节平台9为一金属圆片；调节平台通过2根连杆10与传感器8连接；传感器8为硅压阻式力敏传感器，显示屏为液晶显示屏；控制箱4内设有ARM微处理器和天线，通过ARM微处理器控制传感器、天线、电源、显示屏、存储器各模块的协调工作。所述硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个惠四通电桥；当敏感薄膜受到一定的压力作用时，R1、R4受到拉伸作用，R2、R3受到挤压作用，R1R4电阻变大，R2R3电阻变小，输出电压达到最大，从而引起电桥失去平衡，使输出达到最大。本测量仪还包括用于测量环水平校准的水准仪22、用于传感器定标的法码；在底座上放置着下容器23。

本发明还提供上述液体表面张力测量仪的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(A)调整测量环水平：接通电源并开机，将水准仪22放到测量环12上，调整三个水平调节螺丝21，使测量环12水平；

(B)传感器定标：分别将多个不同克重的砝码放到调节平台9上，根据控制箱4的显示屏上显示的稳定后的数据，操纵控制键17使传感器定标。

(C)测量：通过粗调螺丝18、精调螺丝19调节测量架7高度，通过高度调节螺丝20调节载物台3高度，使测量环12下端浸入上容器内14的液体中；稳定后打开放液管15的阀门，液体慢慢出，控制箱4不断地采集数据，直到液面和测量环分离，显示屏16上显示和采集的最大数即液体表面张力

优选地，在“(C)测量”步骤中，避免向上移动测量环12或向下移动上容器，引起振动，使测量误差偏大。

在操作时，控制箱4通过天线收到总控制台指令，测量的数据通过天线无线传输给总控制台；在“(A)调整测量环水平”之前，将测量环12在NaOH溶液中浸泡20-30秒，然后用净水洗净吹干。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种液体表面张力测量仪，其特征在于，包括支架、测量装置、载物台、控制箱，

所述支架包括支架杆、底座；

所述测量装置包括测量架、传感器、调节平台，测量架可滑动地设置在支架杆上，传感器固定在测量架上，传感器通过连杆与的调节平台固定连接，调节平台通过多根吊索吊装着1个测量环；

载物台可滑动地设置在支架杆上，其包括载物板和上容器，上容器底部设有放液管，放液管穿过载物板向下延伸；

控制箱与传感器电连接，控制箱上设有显示屏和控制键。

2.根据权利要求1所述的液体表面张力测量仪，其特征在于，所述测量装置上设有调节测量架高度的粗调螺丝、精调螺丝；载物台上设有高度调节螺丝。

3.根据权利要求1所述的液体表面张力测量仪，其特征在于，所述吊索为3根，调节平。

台上等距设有3个水平调节螺丝，3根吊索分别连接在3个水平调节螺丝的底部。

4.根据权利要求3所述的液体表面张力测量仪，其特征在于，所述水平调节螺丝包括大螺母、固定筒、调节杆，固定筒中段边接着凸起的定位环，定位环以上的固定筒设有外螺纹，大螺母相应地设有内螺纹；固定筒内设有通孔，调节杆与通孔螺纹连接；所述通孔包括大孔段、小孔段，小孔段设有内螺纹；调节杆中段设有调节螺母，调节螺母与调节杆固定连接，调节螺母以上的调节杆设有与小孔段内螺纹相配合的外螺纹。

5.根据权利要求1所述的液体表面张力测量仪，其特征在于，所述调节平台为一金属圆片；调节平台通过2根连杆与传感器连接；传感器为硅压阻式力敏传感器；控制箱内设有ARM微处理器和天线，通过ARM微处理器控制传感器、天线、电源、显示屏、存储器各模块的协调工作。

6.根据权利要求4所述的液体表面张力测量仪，其特征在于，所述硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片包括四个硅扩散电阻敏感膜，该四个硅扩散电阻集成一个惠四通电桥，敏感膜贴在弹性梁变形部位，在仪器中上梁变形时拉伸，下梁变形时压缩。

7.根据权利要求1所述的液体表面张力测量仪，其特征在于，本测量仪还包括用于测量环水平校准的水准仪、用于传感器定标的法码；在底座上放置着下容器。

8.一种权利要求1所述的液体表面张力测量仪的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(A)调整测量环水平：接通电源并开机，将水准仪放到测量环上，调整三个水平调节螺丝，使测量环水平；

(B)传感器定标：分别将多个不同克重的砝码放到调节平台上，根据控制箱上显示屏上显示的稳定后的数据，操纵控制键使传感器定标。

(C)测量：通过粗调螺丝、精调螺丝调节测量架高度，通过高度调节螺丝调节载物台高度，使测量环下端浸入上容器内的液体中；稳定后打开放液管的阀门，液体慢慢出，控制箱不断地采集数据，直到液面和测量环分离，显示屏上显示和采集的最大数即液体表面张力。

9.根据权利要求7所述的液体表面张力测量仪的操作方法，其特征在于，在“(C)测量”步骤中，避免向上移动测量环或向下移动上容器，引起振动，使测量误差偏大。

10.根据权利要求7所述的液体表面张力测量仪的操作方法，其特征在于，在操作时，控制箱通过天线收到总控制台指令，测量的数据通过天线无线传输给总控制台；在“(A)调整测量环水平”之前，将测量环在NaOH溶液中浸泡20-30秒，然后用净水洗净吹干。