CN109164003B - 一种液体吸附剂测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及与吸附剂相关的气体吸附、脱附技术领域，一种液体吸附剂测试装置，包括微天平、悬挂杆、电磁铁、测试腔、通气口、永磁体、钢丝、位移感应器、感应线圈、标准样品、支撑位、托盘I、托架、托盘II、连接管、样品腔、气管I、气管II、光源、摄像机、分压电阻、直流电源、反馈电路、计算机和位移台，利用磁力称重与光学探测相结合的方法来对气体在液体吸附剂中的特性进行研究，采用具有稳定的工作电流的电磁铁来进行吸附过程的称重测量，提高称重结果的精度，采用特殊的进气结构，使得能够在不更换样品的情况下改变气体进入液体吸附剂的速率，能够观测并记录液体吸附剂中单个气泡的形状，用于气体与液体吸附剂的相互作用的研究。
Description
技术领域
本发明涉及与吸附剂相关的气体吸附、脱附技术领域，尤其是一种磁力称重与光学探测相结合的方法来对气体在液体吸附剂中的特性进行研究的一种液体吸附剂测试装置。
背景技术
吸附是重要的化学操作过程，广泛应用于石油、化工、冶金、食品、医药等领域，其基本原理是将流动的气体或液体与吸附剂接触并发生相互作用，使得待吸附的气体或液体中的部分成分被吸附剂吸附，从而达到分离待吸附的气体或液体的目的，吸附剂可以是液体或固体，可以为固定相或流动相。称量方法是研究吸附过程的一种常用方法，其通过称量一定质量的吸附剂在吸附前后的重量来研究其吸附能力及密度等特性，但是，现有技术中通过磁铁之间的吸引力来达到无接触地对样品进行称重，电磁铁的电流由直流电源提供，直流电源的输出电流的波动极大地影响电磁铁产生的磁场的稳定性，从而造成称重结果的误差，所述一种液体吸附剂测试装置能够解决问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采用结构简单且成本低的反馈电路与直流电源相结合的方法来为电磁铁提供稳定的电流，使得吸附剂称重的结果准确度高，另外，采用特殊的进气结构，能够研究液体吸附剂中单个气泡的形状。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种液体吸附剂测试装置包括微天平、悬挂杆、电磁铁、测试腔、通气口I、永磁体、钢丝、位移感应器、感应线圈、标准样品、支撑位I、托盘I、托架、托盘II、支撑位II、连接管、样品腔、气管I、气管II、通气口II、光源、摄像机、分压电阻、直流电源、反馈电路、计算机和位移台，xyz为三维空间坐标系，微天平连接计算机，反馈电路连接计算机，测试腔包括从上到下连接的腔I和腔II，微天平位置固定，电磁铁通过悬挂杆连接于微天平下方，能够通过微天平调节悬挂杆的长度，能够使得电磁铁在y方向移动，腔I的内壁自上而下安装有通气口I、支撑位I和支撑位II，所述永磁体、钢丝、位移感应器、感应线圈、标准样品、托盘I、托架和托盘II自上而下地依次位于腔I内，感应线圈位于位移感应器两侧，用于探测位移感应器在y方向的位移并输入至计算机；标准样品对于所测试的吸附气体为惰性，吸附气体不会被标准样品所吸附，标准样品在真空环境中的重量mrvac及体积Vrvac为已知；计算机能够根据输入的永磁体在y方向位移的预设值和感应线圈测得的位移感应器在y方向的位移，通过微天平来调节悬挂杆的长度，以此能够调节永磁体的位置；所述永磁体、位移感应器、托盘I和托盘II之间相对位置不变并通过钢丝依次连接，所述永磁体、位移感应器、托盘I和托盘II能够整体在y方向移动，标准样品置于支撑位I上，标准样品具有竖直y方向的通孔，钢丝无接触地穿过所述通孔，当永磁体位于初始位置时，托盘I位于标准样品下方2毫米处，当永磁体沿y正方向向上移动超过2毫米距离时，托盘I能够将标准样品向上提起，使得标准样品与支撑位I分离，托盘II限位于托架内，托架的侧面下边具有凸缘，托架位于支撑位I和支撑位II之间，托架的起始位置为所述凸缘与支撑位II接触的位置，当永磁体从初始位置沿y正方向向上移动超过6毫米距离时，托盘II能够将托架向上提起，使得托架与支撑位II分离；所述直流电源具有输出端和控制端，输出端输出电流至电磁铁，输出端具有输出端正极和负极，控制端具有控制端正极和负极，输出端正极、分压电阻、电磁铁和输出端负极依次连接形成回路，分压电阻的阻值为RS＝1欧姆；反馈电路输出模拟电压至所述直流电源的控制端，能够控制直流电源的输出电流，已知直流电源输出端对控制端的电压信号的响应的延迟时间为5毫秒；所述连接管、样品腔、气管I、气管II和位移台均位于腔II内，所述托架、连接管和样品腔从上到下依次连接，样品腔上面具有单向气孔，气体仅能够从下向上通过所述单向气孔，样品腔中的气体能够通过所述单向气孔进入连接管及腔I，气管II固定于样品腔下面，气管II的上端和下端贯通，气管II的上端位于样品腔内、下端开口于腔II内，气管II的外径为2.8毫米、内径为2.4毫米，气管I嵌套于气管II的外侧，气管I内径为4毫米，气管I的上端密封，气管I的内上端面距离气管II的上端为3毫米，气管I的下端距离样品腔的内下底面为1毫米，气管I的上端与样品腔的内上面通过位移台连接，通过无线遥控所述位移台，能够使得气管I相对样品腔沿y方向移动，并能够使得气管I下端与样品腔的内下底面接触并具有气密性，腔II具有通气口II；样品腔内具有吸附剂样品，光源发出的光能够通过腔II、样品腔照射到吸附剂样品上，能够通过摄像机观测吸附剂样品，永磁体、钢丝、位移感应器、托盘I、托架、托盘II、连接管、样品腔、气管I、气管II和位移台的重量均为已知且在气体中的浮力忽略不计；气管I下端为一个内径为4毫米、外径8毫米、高为2毫米的圆环，所述圆环的侧面具有贯通的圆台形微气孔，所述微气孔在圆环内侧的开口直径为1毫米、在圆环外侧的开口直径为0.05毫米；反馈电路包括基准电压集成电路、电容I、电容II、电阻I、电阻II、运算放大器I、电阻III、电阻IV、运算放大器II、电阻V、电容III和运算放大器III，基准电压集成电路型号为MAX6225，具有输入端、输出端、接地端和噪声抑制端，运算放大器I、运算放大器II和运算放大器III的型号均为OPA4228、均具有正相输入端、反相输入端和输出端，由基准电压集成电路、电容I、电容II、电阻I、电阻II、运算放大器I、电阻III、电阻IV和运算放大器II组成反馈电路的基准电压电路部分，基准电压集成电路的噪声抑制端依次通过电容I和电阻II连接运算放大器I的正相输入端，基准电压集成电路的输出端通过电阻I连接运算放大器I的正相输入端，基准电压集成电路的接地端接地，基准电压集成电路的输入端保持恒压15V，分压电阻的作用是将直流电源的输出电流转换为电压VS输入反馈电路，分压电阻和直流电源的输出端正极连接的一端接地，分压电阻另一端连接运算放大器III的正相输入端；运算放大器I的反相输入端与运算放大器I的输出端相连接，运算放大器I的输出端通过电阻III连接运算放大器II的反相输入端，运算放大器II的反相输入端通过电阻IV连接运算放大器II的输出端，运算放大器II的正相输入端接地，运算放大器II的输出端通过电阻V连接运算放大器III的反相输入端，运算放大器II的输出端输出电压VR；运算放大器III、电容III和电阻V组成了运算放大积分电路部分，运算放大器III的反相输入端通过电容III连接运算放大器III的输出端，运算放大器III的输出端输出控制电压VC至直流电源的控制端正极，运算放大积分电路部分的时间常数为5毫秒，与直流电源输出端对控制端的电压信号的响应的延迟时间相同，电容III的电容值为2.2微法，电阻V的阻值为3.2千欧，电容I的电容值为1微法，电容II的电容值为2.2微法，电阻I的阻值为20千欧，电阻II的阻值为4千欧，电阻III的阻值为4千欧，电阻IV的阻值为5千欧。
计算机通过调节悬挂杆的长度来改变永磁体的位置的原理：
在计算机中输入永磁体在y方向位移的预设值，计算机比较所述预设值和感应线圈测得的位移感应器在y方向的位移，通过微天平来调节悬挂杆的长度以改变电磁铁的位置，由于直流电源输入至电磁铁的电流恒定，电磁铁产生的磁场恒定，由于永磁体位置变化而导致其下方连接的重量变化，为了使得永磁体能够保持悬浮状态，电磁铁与永磁体之间的吸引力也发生变化，电磁铁与永磁体之间相对位置也会变化，计算机需再次比较所述预设值和感应线圈测得的位移感应器在y方向的位移，直至永磁体位置到达位移的预设值。
反馈电路的工作原理：
反馈电路包括基准电压电路部分、运算放大积分电路部分，目的是将直流电源的输出电流稳定在I0，所述输出电流通过阻值为10欧姆的电磁铁，反馈电路中的基准电压电路部分生成基准电压VR，VR＝I0RS，所述基准电压VR在运算放大积分电路部分与由分压电阻转换的电压VS进行减法操作后再进行积分操作，由运算放大积分电路部分输出控制电压VC至直流电源的控制端，以此来控制直流电源的输出电流。
利用所述一种液体吸附剂测试方法，能够进行通过称重方法来研究液体吸附剂和观测气体在液体吸附剂中的气泡形状。
通过称重方法来研究液体吸附剂的步骤为：
一.将已知体积V1及真空中重量m0vac的吸附剂样品放置于样品腔内；
二.通过计算机来调节悬挂杆的长度，使得永磁体从初始位置沿正y方向向上移动8毫米，使得标准样品与支撑位I分离，使得托架与支撑位II分离；
三.将吸附气体从通气口I通入腔I，气体流速值为5至10SCCM，持续时间T，T的范围为30分钟到5小时；
四.吸附气体从通气口I通入腔I后通过支撑位II与连接管之间的间隙进入腔II，并通过气管II下端从下至上进入气管I，最终从气管I下端进入样品腔，与液体吸附剂样品接触；
五.停止从通气口I向腔I通入吸附气体，并静置装置五分钟；
六.通过微天平测量吸附剂样品及标准样品在吸附气体环境中的总重量m1+mr；
七.通过计算机来调节悬挂杆的长度，使得永磁体沿负y方向向下移动6毫米，使得托架回到起始位置；
八.通过微天平测量标准样品在吸附气体环境中的总重量mr，计算得到吸附剂样品在吸附气体环境中的重量m1；
九.计算得到吸附气体的密度
十.对重量测量中的浮力进行校准，计算得到吸附剂样品吸附气体后的实际重量m1vac＝m1+V1ρg；
十一.比较吸附剂样品在吸附气体前后的重量变化，以及通入气体的持续时间T，研究吸附剂样品对不同气体的吸附能力。
观测气体在液体吸附剂中的气泡形状的步骤为：
步骤一，通过计算机来调节悬挂杆的长度，使得永磁体从初始位置沿正y方向向上移动8毫米，使得标准样品与支撑位I分离，使得托架与支撑位II分离；
步骤二，通过无线遥控位移台使得气管I相对样品腔沿y方向移动，并使得气管I下端与样品腔的内下底面接触并具有气密性；
步骤三，将吸附气体从通气口II通入腔II，吸附气体通过气管II下端从下至上进入气管I，最终从气管I下端的微气孔进入样品腔，与液体吸附剂样品接触；
步骤四，调节从通气口II通入腔II的吸附气体流速，使得气体以单个气泡的形式从微气孔进入样品腔；
步骤五，光源发出的光通过腔II、样品腔照射到吸附剂样品，通过摄像机观测并记录吸附剂样品的液面位置及气泡在液体中从产生到破碎过程中的形状变化；
步骤六，根据摄像机采集得到的气泡形状信息，分析气体与液体吸附剂的相互作用。
本发明的有益效果是：
本发明采用具有稳定的工作电流的电磁铁来进行吸附过程的称重测量，提高称重结果的精度，另外，采用特殊的进气结构，使得能够在不更换样品的情况下改变气体进入液体吸附剂的速率，能够观测并记录液体吸附剂中单个气泡的形状。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明示意图；图2是气管I和气管II下端部分位置关系放大示意图；
图3是图2的仰视图；图4是反馈电路示意图。
图中，1.微天平，2.悬挂杆，3.电磁铁，4.测试腔，4-1.腔I，4-2.腔II，5.通气口I，6.永磁体，7.钢丝，8.位移感应器，9.感应线圈，10.标准样品，11.支撑位I，12.托盘I，13.托架，14.托盘II，15.支撑位II，16.连接管，17.样品腔，18.气管I，18-1.微气孔，19.气管II，20.通气口II，21.光源，22.摄像机，23.分压电阻，24.直流电源，25.反馈电路，25-1.基准电压集成电路，25-2.电容I，25-3.电容II，25-4.电阻I，25-5.电阻II，25-6.运算放大器I，25-7.电阻III，25-8.电阻IV，25-9.运算放大器II，25-10.电阻V，25-11.电容III，25-12.运算放大器III，26.计算机，27.位移台。
具体实施方式
如图1是本发明示意图，xyz为三维空间坐标系，包括微天平(1)、悬挂杆(2)、电磁铁(3)、测试腔(4)、通气口I(5)、永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、感应线圈(9)、标准样品(10)、支撑位I(11)、托盘I(12)、托架(13)、托盘II(14)、支撑位II(15)、连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)、通气口II(20)、光源(21)、摄像机(22)、分压电阻(23)、直流电源(24)、反馈电路(25)、计算机(26)和位移台(27)，微天平(1)连接计算机(26)，反馈电路(25)连接计算机(26)，测试腔(4)包括从上到下连接的腔I(4-1)和腔II(4-2)，微天平(1)位置固定，电磁铁(3)通过悬挂杆(2)连接于微天平(1)下方，能够通过微天平(1)调节悬挂杆(2)的长度，能够使得电磁铁(3)在y方向移动，腔I(4-1)的内壁自上而下安装有通气口I(5)、支撑位I(11)和支撑位II(15)，所述永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、感应线圈(9)、标准样品(10)、托盘I(12)、托架(13)和托盘II(14)自上而下地依次位于腔I(4-1)内，感应线圈(9)位于位移感应器(8)两侧，用于探测位移感应器(8)在y方向的位移并输入至计算机(26)；标准样品对于所测试的吸附气体为惰性，吸附气体不会被标准样品所吸附，标准样品在真空环境中的重量mrvac及体积Vrvac为已知；所述直流电源(24)具有输出端和控制端，输出端输出恒定电流I0至电磁铁(3)，输出端具有输出端正极和负极，控制端具有控制端正极和负极，输出端正极、分压电阻(23)、电磁铁(3)和输出端负极依次连接形成回路，分压电阻(23)的阻值为RS＝1欧姆；反馈电路(25)输出模拟电压至所述直流电源(24)的控制端，能够控制直流电源(24)的输出电流，已知直流电源(24)输出端对控制端的电压信号的响应的延迟时间为5毫秒；计算机(26)能够根据输入的永磁体(6)在y方向位移的预设值和感应线圈(9)测得的位移感应器(8)在y方向的位移，通过微天平(1)来调节悬挂杆(2)的长度，以此能够调节永磁体(6)的位置；所述永磁体(6)、位移感应器(8)、托盘I(12)和托盘II(14)之间相对位置不变并通过钢丝(7)依次连接，所述永磁体(6)、位移感应器(8)、托盘I(12)和托盘II(14)能够整体在y方向移动，标准样品(10)置于支撑位I(11)上，标准样品(10)具有竖直y方向的通孔，钢丝(7)无接触地穿过所述通孔，当永磁体(6)位于初始位置时，托盘I(12)位于标准样品(10)下方2毫米处，当永磁体(6)沿y正方向向上移动超过2毫米距离时，托盘I(12)能够将标准样品(10)向上提起，使得标准样品(10)与支撑位I(11)分离，托盘II(14)限位于托架(13)内，托架(13)的侧面下边具有凸缘，托架(13)位于支撑位I(11)和支撑位II(15)之间，托架(13)的起始位置为所述凸缘与支撑位II(15)接触的位置，当永磁体(6)从初始位置沿y正方向向上移动超过6毫米距离时，托盘II(14)能够将托架(13)向上提起，使得托架(13)与支撑位II(15)分离；所述连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)和位移台(27)均位于腔II(4-2)内，所述托架(13)、连接管(16)和样品腔(17)从上到下依次连接，样品腔(17)上面具有单向气孔，气体仅能够从下向上通过所述单向气孔，样品腔(17)中的气体能够通过所述单向气孔进入连接管(16)及腔I(4-1)，气管II(19)固定于样品腔(17)下面，气管II(19)的上端和下端贯通，气管II(19)的上端位于样品腔(17)内、下端开口于腔II(4-2)内，气管II(19)的外径为2.8毫米、内径为2.4毫米；气管I(18)嵌套于气管II(19)的外侧，气管I(18)内径为4毫米，气管I(18)的上端密封，气管I(18)的内上端面距离气管II(19)的上端为3毫米，气管I(18)的下端距离样品腔(17)的内下底面为1毫米，气管I(18)的上端与样品腔(17)的内上面通过位移台(27)连接，通过无线遥控所述位移台(27)，能够使得气管I(18)相对样品腔(17)沿y方向移动，并能够使得气管I(18)下端与样品腔(17)的内下底面接触并具有气密性，腔II(4-2)具有通气口II(20)；样品腔(17)内具有吸附剂样品，光源(21)发出的光能够通过腔II(4-2)、样品腔(17)照射到吸附剂样品上，能够通过摄像机(22)观测吸附剂样品，永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、托盘I(12)、托架(13)、托盘II(14)、连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)和位移台(27)的重量均为已知且在气体中的浮力忽略不计。
如图2是气管I和气管II下端部分位置关系放大示意图，如图3是图2的仰视图，气管I(18)下端为一个内径为4毫米、外径8毫米、高为2毫米的圆环，所述圆环的侧面具有贯通的圆台形微气孔(18-1)，所述微气孔(18-1)在圆环内侧的开口直径为1毫米、在圆环外侧的开口直径为0.05毫米。
如图4是反馈电路示意图，反馈电路(25)包括基准电压集成电路(25-1)、电容I(25-2)、电容II(25-3)、电阻I(25-4)、电阻II(25-5)、运算放大器I(25-6)、电阻III(25-7)、电阻IV(25-8)、运算放大器II(25-9)、电阻V(25-10)、电容III(25-11)和运算放大器III(25-12)，基准电压集成电路(25-1)型号为MAX6225，具有输入端、输出端、接地端和噪声抑制端，运算放大器I(25-6)、运算放大器II(25-9)和运算放大器III(25-12)的型号均为0PA4228、均具有正相输入端、反相输入端和输出端，由基准电压集成电路(25-1)、电容I(25-2)、电容II(25-3)、电阻I(25-4)、电阻II(25-5)、运算放大器I(25-6)、电阻III(25-7)、电阻IV(25-8)和运算放大器II(25-9)组成反馈电路(25)的基准电压电路部分，基准电压集成电路(25-1)的噪声抑制端依次通过电容I(25-2)和电阻II(25-5)连接运算放大器I(25-6)的正相输入端，基准电压集成电路(25-1)的输出端通过电阻I(25-4)连接运算放大器I(25-6)的正相输入端，基准电压集成电路(25-1)的接地端接地，基准电压集成电路(25-1)的输入端保持恒压15V，分压电阻(23)的作用是将直流电源(24)的输出电流转换为电压VS输入反馈电路(25)，分压电阻(23)和直流电源(24)的输出端正极连接的一端接地，分压电阻(23)另一端连接运算放大器III(25-12)的正相输入端；运算放大器I(25-6)的反相输入端与运算放大器I(25-6)的输出端相连接，运算放大器I(25-6)的输出端通过电阻III(25-7)连接运算放大器II(25-9)的反相输入端，运算放大器II(25-9)的反相输入端通过电阻IV(25-8)连接运算放大器II(25-9)的输出端，运算放大器II(25-9)的正相输入端接地，运算放大器II(25-9)的输出端通过电阻V(25-10)连接运算放大器III(25-12)的反相输入端，运算放大器II(25-9)的输出端输出电压VR；运算放大器III(25-12)、电容III(25-11)和电阻V(25-10)组成了运算放大积分电路部分，运算放大器III(25-12)的反相输入端通过电容III(25-11)连接运算放大器III(25-12)的输出端，运算放大器III(25-12)的输出端输出控制电压VC至直流电源(24)的控制端正极，运算放大积分电路部分的时间常数为5毫秒，与直流电源(24)输出端对控制端的电压信号的响应的延迟时间相同，电容III(25-11)的电容值为2.2微法，电阻V(25-10)的阻值为3.2千欧，电容I(25-2)的电容值为1微法，电容II(25-3)的电容值为2.2微法，电阻I(25-4)的阻值为20千欧，电阻II(25-5)的阻值为4千欧，电阻III(25-7)的阻值为4千欧，电阻IV(25-8)的阻值为5千欧。
所述一种液体吸附剂测试装置包括微天平(1)、悬挂杆(2)、电磁铁(3)、测试腔(4)、通气口I(5)、永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、感应线圈(9)、标准样品(10)、支撑位I(11)、托盘I(12)、托架(13)、托盘II(14)、支撑位II(15)、连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)、通气口II(20)、光源(21)、摄像机(22)、分压电阻(23)、直流电源(24)、反馈电路(25)、计算机(26)和位移台(27)，xyz为三维空间坐标系，微天平(1)连接计算机(26)，反馈电路(25)连接计算机(26)，测试腔(4)包括从上到下连接的腔I(4-1)和腔II(4-2)，微天平(1)位置固定，电磁铁(3)通过悬挂杆(2)连接于微天平(1)下方，能够通过微天平(1)调节悬挂杆(2)的长度，能够使得电磁铁(3)在y方向移动，腔I(4-1)的内壁自上而下安装有通气口I(5)、支撑位I(11)和支撑位II(15)，所述永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、感应线圈(9)、标准样品(10)、托盘I(12)、托架(13)和托盘II(14)自上而下地依次位于腔I(4-1)内，感应线圈(9)位于位移感应器(8)两侧，用于探测位移感应器(8)在y方向的位移并输入至计算机(26)；标准样品对于所测试的吸附气体为惰性，吸附气体不会被标准样品所吸附，标准样品在真空环境中的重量mrvac及体积Vrvac为已知；计算机(26)能够根据输入的永磁体(6)在y方向位移的预设值和感应线圈(9)测得的位移感应器(8)在y方向的位移，通过微天平(1)来调节悬挂杆(2)的长度，以此能够调节永磁体(6)的位置；所述永磁体(6)、位移感应器(8)、托盘I(12)和托盘II(14)之间相对位置不变并通过钢丝(7)依次连接，所述永磁体(6)、位移感应器(8)、托盘I(12)和托盘II(14)能够整体在y方向移动，标准样品(10)置于支撑位I(11)上，标准样品(10)具有竖直y方向的通孔，钢丝(7)无接触地穿过所述通孔，当永磁体(6)位于初始位置时，托盘I(12)位于标准样品(10)下方2毫米处，当永磁体(6)沿y正方向向上移动超过2毫米距离时，托盘I(12)能够将标准样品(10)向上提起，使得标准样品(10)与支撑位I(11)分离，托盘II(14)限位于托架(13)内，托架(13)的侧面下边具有凸缘，托架(13)位于支撑位I(11)和支撑位II(15)之间，托架(13)的起始位置为所述凸缘与支撑位II(15)接触的位置，当永磁体(6)从初始位置沿y正方向向上移动超过6毫米距离时，托盘II(14)能够将托架(13)向上提起，使得托架(13)与支撑位II(15)分离；所述直流电源(24)具有输出端和控制端，输出端输出电流至电磁铁(3)，输出端具有输出端正极和负极，控制端具有控制端正极和负极，输出端正极、分压电阻(23)、电磁铁(3)和输出端负极依次连接形成回路，分压电阻(23)的阻值为RS＝1欧姆；反馈电路(25)输出模拟电压至所述直流电源(24)的控制端，能够控制直流电源(24)的输出电流，已知直流电源(24)输出端对控制端的电压信号的响应的延迟时间为5毫秒；所述连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)和位移台(27)均位于腔II(4-2)内，所述托架(13)、连接管(16)和样品腔(17)从上到下依次连接，样品腔(17)上面具有单向气孔，气体仅能够从下向上通过所述单向气孔，样品腔(17)中的气体能够通过所述单向气孔进入连接管(16)及腔I(4-1)，气管II(19)固定于样品腔(17)下面，气管II(19)的上端和下端贯通，气管II(19)的上端位于样品腔(17)内、下端开口于腔II(4-2)内，气管II(19)的外径为2.8毫米、内径为2.4毫米，气管I(18)嵌套于气管II(19)的外侧，气管I(18)内径为4毫米，气管I(18)的上端密封，气管I(18)的内上端面距离气管II(19)的上端为3毫米，气管I(18)的下端距离样品腔(17)的内下底面为1毫米，气管I(18)的上端与样品腔(17)的内上面通过位移台(27)连接，通过无线遥控所述位移台(27)，能够使得气管I(18)相对样品腔(17)沿y方向移动，并能够使得气管I(18)下端与样品腔(17)的内下底面接触并具有气密性，腔II(4-2)具有通气口II(20)；样品腔(17)内具有吸附剂样品，光源(21)发出的光能够通过腔II(4-2)、样品腔(17)照射到吸附剂样品上，能够通过摄像机(22)观测吸附剂样品，永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、托盘I(12)、托架(13)、托盘II(14)、连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)和位移台(27)的重量均为已知且在气体中的浮力忽略不计；气管I(18)下端为一个内径为4毫米、外径8毫米、高为2毫米的圆环，所述圆环的侧面具有贯通的圆台形微气孔(18-1)，所述微气孔(18-I)在圆环内侧的开口直径为1毫米、在圆环外侧的开口直径为0.05毫米；反馈电路(25)包括基准电压集成电路(25-1)、电容I(25-2)、电容II(25-3)、电阻I(25-4)、电阻II(25-5)、运算放大器I(25-6)、电阻III(25-7)、电阻IV(25-8)、运算放大器II(25-9)、电阻V(25-10)、电容III(25-11)和运算放大器III(25-12)，基准电压集成电路(25-1)型号为MAX6225，具有输入端、输出端、接地端和噪声抑制端，运算放大器I(25-6)、运算放大器II(25-9)和运算放大器III(25-12)的型号均为OPA4228、均具有正相输入端、反相输入端和输出端，由基准电压集成电路(25-1)、电容I(25-2)、电容II(25-3)、电阻I(25-4)、电阻II(25-5)、运算放大器I(25-6)、电阻III(25-7)、电阻IV(25-8)和运算放大器II(25-9)组成反馈电路(25)的基准电压电路部分，基准电压集成电路(25-1)的噪声抑制端依次通过电容I(25-2)和电阻II(25-5)连接运算放大器I(25-6)的正相输入端，基准电压集成电路(25-1)的输出端通过电阻I(25-4)连接运算放大器I(25-6)的正相输入端，基准电压集成电路(25-1)的接地端接地，基准电压集成电路(25-1)的输入端保持恒压15V，分压电阻(23)的作用是将直流电源(24)的输出电流转换为电压VS输入反馈电路(25)，分压电阻(23)和直流电源(24)的输出端正极连接的一端接地，分压电阻(23)另一端连接运算放大器III(25-12)的正相输入端；运算放大器I(25-6)的反相输入端与运算放大器I(25-6)的输出端相连接，运算放大器I(25-6)的输出端通过电阻III(25-7)连接运算放大器II(25-9)的反相输入端，运算放大器II(25-9)的反相输入端通过电阻IV(25-8)连接运算放大器II(25-9)的输出端，运算放大器II(25-9)的正相输入端接地，运算放大器II(25-9)的输出端通过电阻V(25-10)连接运算放大器III(25-12)的反相输入端，运算放大器II(25-9)的输出端输出电压VX；运算放大器III(25-.12)、电容III(25-11)和电阻V(25-10)组成了运算放大积分电路部分，运算放大器III(25-12)的反相输入端通过电容III(25-11)连接运算放大器III(25-12)的输出端，运算放大器III(25-12)的输出端输出控制电压VC至直流电源(24)的控制端正极，运算放大积分电路部分的时间常数为5毫秒，与直流电源(24)输出端对控制端的电压信号的响应的延迟时间相同，电容III(25-11)的电容值为2.2微法，电阻V(25-10)的阻值为3.2千欧，电容I(25-2)的电容值为1微法，电容II(25-3)的电容值为2.2微法，电阻I(25-4)的阻值为20千欧，电阻II(25-5)的阻值为4千欧，电阻III(25-7)的阻值为4千欧，电阻IV(25-8)的阻值为5千欧。
计算机(26)通过调节悬挂杆(2)的长度来改变永磁体(6)的位置的原理：
在计算机(26)中输入永磁体(6)在y方向位移的预设值，计算机(26)比较所述预设值和感应线圈(9)测得的位移感应器(8)在y方向的位移，通过微天平(1)来调节悬挂杆(2)的长度以改变电磁铁(3)的位置，由于直流电源(24)输入至电磁铁(3)的电流恒定，电磁铁(3)产生的磁场恒定，由于永磁体(6)位置变化而导致其下方连接的重量变化，为了使得永磁体(6)能够保持悬浮状态，电磁铁(3)与永磁体(6)之间的吸引力也发生变化，电磁铁(3)与永磁体(6)之间相对位置也会变化，计算机(26)需再次比较所述预设值和感应线圈(9)测得的位移感应器(8)在y方向的位移，直至永磁体(6)位置到达位移的预设值。
本发明采用结构简单的电路为电磁铁提供稳定的电流，提高吸附剂称重结果的准确度，另外，采用特殊的进气结构，使得能够观测并记录液体吸附剂中单个气泡的形状，用于气体与液体吸附剂的相互作用的研究。
Claims (3)
1.一种液体吸附剂测试装置，包括微天平(1)、悬挂杆(2)、电磁铁(3)、测试腔(4)、通气口I(5)、永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、感应线圈(9)、标准样品(10)、支撑位I(11)、托盘I(12)、托架(13)、托盘II(14)、支撑位II(15)、连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)、通气口II(20)、光源(21)、摄像机(22)、分压电阻(23)、直流电源(24)、反馈电路(25)、计算机(26)和位移台(27)，xyz为三维空间坐标系，微天平(1)连接计算机(26)，反馈电路(25)连接计算机(26)，测试腔(4)包括从上到下连接的腔I(4-1)和腔II(4-2)，微天平(1)位置固定，电磁铁(3)通过悬挂杆(2)连接于微天平(1)下方，能够通过微天平(1)调节悬挂杆(2)的长度，能够使得电磁铁(3)在y方向移动，腔I(4-1)的内壁自上而下安装有通气口I(5)、支撑位I(11)和支撑位II(15)，所述永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、感应线圈(9)、标准样品(10)、托盘I(12)、托架(13)和托盘II(14)自上而下地依次位于腔I(4-1)内，感应线圈(9)位于位移感应器(8)两侧，用于探测位移感应器(8)在y方向的位移并输入至计算机(26)；标准样品对于所测试的吸附气体为惰性，吸附气体不会被标准样品所吸附，标准样品在真空环境中的重量mrvac及体积Vrvac为已知；计算机(26)能够根据输入的永磁体(6)在y方向位移的预设值和感应线圈(9)测得的位移感应器(8)在y方向的位移，通过微天平(1)来调节悬挂杆(2)的长度，以此能够调节永磁体(6)的位置；所述永磁体(6)、位移感应器(8)、托盘I(12)和托盘II(14)之间相对位置不变并通过钢丝(7)依次连接，所述永磁体(6)、位移感应器(8)、托盘I(12)和托盘II(14)能够整体在y方向移动，标准样品(10)置于支撑位I(11)上，标准样品(10)具有竖直y方向的通孔，钢丝(7)无接触地穿过所述通孔，当永磁体(6)位于初始位置时，托盘I(12)位于标准样品(10)下方2毫米处，当永磁体(6)沿y正方向向上移动超过2毫米距离时，托盘I(12)能够将标准样品(10)向上提起，使得标准样品(10)与支撑位I(11)分离，托盘II(14)限位于托架(13)内，托架(13)的侧面下边具有凸缘，托架(13)位于支撑位I(11)和支撑位II(15)之间，托架(13)的起始位置为所述凸缘与支撑位II(15)接触的位置，当永磁体(6)从初始位置沿y正方向向上移动超过6毫米距离时，托盘II(14)能够将托架(13)向上提起，使得托架(13)与支撑位II(15)分离；永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、托盘I(12)、托架(13)、托盘II(14)、连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)和位移台(27)的重量均为已知且在气体中的浮力忽略不计，
其特征是：所述直流电源(24)具有输出端和控制端，输出端输出恒定电流I0至电磁铁(3)，输出端具有输出端正极和负极，控制端具有控制端正极和负极，输出端正极、分压电阻(23)、电磁铁(3)和输出端负极依次连接形成回路，分压电阻(23)的阻值为RS＝1欧姆；反馈电路(25)输出模拟电压至所述直流电源(24)的控制端，能够控制直流电源(24)的输出电流，已知直流电源(24)输出端对控制端的电压信号的响应的延迟时间为5毫秒；所述连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)和位移台(27)均位于腔II(4-2)内，所述托架(13)、连接管(16)和样品腔(17)从上到下依次连接，样品腔(17)上面具有单向气孔，气体仅能够从下向上通过所述单向气孔，样品腔(17)中的气体能够通过所述单向气孔进入连接管(16)及腔I(4-1)，气管II(19)固定于样品腔(17)下面，气管II(19)的上端和下端贯通，气管II(19)的上端位于样品腔(17)内、下端开口于腔II(4-2)内，气管II(19)的外径为2.8毫米、内径为2.4毫米，气管I(18)嵌套于气管II(19)的外侧，气管I(18)内径为4毫米，气管I(18)的上端密封，气管I(18)的内上端面距离气管II(19)的上端为3毫米，气管I(18)的下端距离样品腔(17)的内下底面为1毫米，气管I(18)的上端与样品腔(17)的内上面通过位移台(27)连接，通过无线遥控所述位移台(27)，能够使得气管I(18)相对样品腔(17)沿y方向移动，并能够使得气管I(18)下端与样品腔(17)的内下底面接触并具有气密性，腔II(4-2)具有通气口II(20)；样品腔(17)内具有吸附剂样品，光源(21)发出的光能够通过腔II(4-2)、样品腔(17)照射到吸附剂样品上，能够通过摄像机(22)观测吸附剂样品。
2.根据权利要求1所述的一种液体吸附剂测试装置，其特征是：气管I(18)下端为一个内径为4毫米、外径8毫米、高为2毫米的圆环，所述圆环的侧面具有贯通的圆台形微气孔(18-1)，所述微气孔(18-1)在圆环内侧的开口直径为1毫米、在圆环外侧的开口直径为0.05毫米。
3.根据权利要求1所述的一种液体吸附剂测试装置，其特征是：反馈电路(25)包括基准电压集成电路(25-1)、电容I(25-2)、电容II(25-3)、电阻I(25-4)、电阻II(25-5)、运算放大器I(25-6)、电阻III(25-7)、电阻IV(25-8)、运算放大器II(25-9)、电阻V(25-10)、电容III(25-11)和运算放大器III(25-12)，基准电压集成电路(25-1)型号为MAX6225，具有输入端、输出端、接地端和噪声抑制端，运算放大器I(25-6)、运算放大器II(25-9)和运算放大器III(25-12)的型号均为OPA4228、均具有正相输入端、反相输入端和输出端，由基准电压集成电路(25-1)、电容I(25-2)、电容II(25-3)、电阻I(25-4)、电阻II(25-5)、运算放大器I(25-6)、电阻III(25-7)、电阻IV(25-8)和运算放大器II(25-9)组成反馈电路(25)的基准电压电路部分，基准电压集成电路(25-1)的噪声抑制端依次通过电容I(25-2)和电阻II(25-5)连接运算放大器I(25-6)的正相输入端，基准电压集成电路(25-1)的输出端通过电阻I(25-4)连接运算放大器I(25-6)的正相输入端，基准电压集成电路(25-1)的接地端接地，基准电压集成电路(25-1)的输入端保持恒压15V，分压电阻(23)的作用是将直流电源(24)的输出电流转换为电压VS输入反馈电路(25)，分压电阻(23)和直流电源(24)的输出端正极连接的一端接地，分压电阻(23)另一端连接运算放大器III(25-12)的正相输入端；运算放大器I(25-6)的反相输入端与运算放大器I(25-6)的输出端相连接，运算放大器I(25-6)的输出端通过电阻III(25-7)连接运算放大器II(25-9)的反相输入端，运算放大器II(25-9)的反相输入端通过电阻IV(25-8)连接运算放大器II(25-9)的输出端，运算放大器II(25-9)的正相输入端接地，运算放大器II(25-9)的输出端通过电阻V(25-10)连接运算放大器III(25-12)的反相输入端，运算放大器II(25-9)的输出端输出电压VR；运算放大器III(25-12)、电容III(25-11)和电阻V(25-10)组成了运算放大积分电路部分，运算放大器III(25-12)的反相输入端通过电容III(25-11)连接运算放大器III(25-12)的输出端，运算放大器III(25-12)的输出端输出控制电压VC至直流电源(24)的控制端正极，运算放大积分电路部分的时间常数为5毫秒，与直流电源(24)输出端对控制端的电压信号的响应的延迟时间相同，电容III(25-11)的电容值为2.2微法，电阻V(25-10)的阻值为3.2千欧，电容I(25-2)的电容值为1微法，电容II(25-3)的电容值为2.2微法，电阻I(25-4)的阻值为20千欧，电阻II(25-5)的阻值为4千欧，电阻III(25-7)的阻值为4千欧，电阻IV(25-8)的阻值为5千欧。
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