CN111413336A - 一种液滴弹跳试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

一种液滴弹跳试验装置，包括底部设有四个锥台脚座的壳体，安装在壳体上的角度调节装置，安装在角度调节装置上同时其一侧铰接在壳体上并在角度调节装置的带动下调节其倾斜角度的用于进行液滴弹跳试验的试验面板，用于调节试验面板温度的温度调节装置，安装在壳体上的用于测量液滴弹跳高度的多个高度尺；本发明的液滴弹跳试验装置结构简单、操作方便，不仅可以调节试验的角度，还可以调节试验时试验面板的温度，简化了操作步骤，同时也可提高试验数据的准确性。

Description

一种液滴弹跳试验装置及其试验方法

技术领域

本发明属于超疏水试验研究领域，特别涉及一种可调节角度高低温液滴弹跳试验装置及其试验方法。

背景技术

在超疏水领域的研究中，我们经常会对研究成果进行一系列试验测试，其中一项重要试验即为液滴弹跳试验。有时我们因试验装置无法直接满足自己的试验要求，常常通过一些特殊的方法，来达到自己的试验目的。比如试验需要加热时，自购加热板进行加热；需要倾斜角度时，在底下垫一个金属块让其倾斜某个角度；需要测量高度时，自己外加一个高度尺。这些方法看似有效，但粗糙的试验方法无疑会对试验结果造成比较大的误差。除此之外，当试验需要对倾斜角度要求精确，或者想进行低温液滴弹跳试验时，复杂的操作步骤，难免会引起一系列不必要的麻烦。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种具有加热与制冷功能，还能够根据实验要求调节到某一指定的角度并带有高度尺的液滴弹跳试验装置及其试验方法。

本发明的目的是通过以下的技术方案来实现的，本发明提供一种液滴弹跳试验装置，包括底部设有四个锥台脚座的壳体，安装在壳体上的角度调节装置，安装在角度调节装置上同时其一侧铰接在壳体上并在角度调节装置的带动下调节其倾斜角度的用于进行液滴弹跳试验的试验面板，用于调节试验面板温度的温度调节装置，安装在壳体上的用于测量液滴弹跳高度的多个高度尺。

优选的，角度调节机构包括分别设置在壳体左右两侧的导槽，与导槽配合使用同时用于测量试验面板倾斜角度的刻度盘，安装在导槽内其顶端固接在试验面板底部、底端安装有用于在拧紧时将其锁死的滑块的导轨，设置在导轨上用于指示试验面板倾斜角度的指针。

优选的，导槽呈四分之一圆形状。

优选的，壳体上还设有当试验面板的张开时用于对试验面板进行支撑的多个支撑块。

优选的，温度调节装置包括云母加热条、进口通过金属软管与液氮管道的一端相连通、出口与液氮回收设备相连通制冷铜管，与液氮管道的另一端相连通的液氮罐，设置在液氮管道上用于控制制冷铜管内的液氮通入量的控制阀，安装在壳体内部的控制器以及用于感知试验面板温度且与控制器电性连接的温度传感器；所述云母加热条、制冷铜管均安装在试验面板的底部。

优选的，试验面板的底部设有多个环形槽和三角形槽，试验面板的环形槽内交替安装有制冷铜管和云母加热条，此外试验面板的三角形槽内也安装有云母加热条。

优选的，壳体上还安装有用于显示试验面板温度的显示屏、加热开关、温度调节键、红绿指示灯。

本发明还提出了一种液滴弹跳试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、将该试验装置平放在实验桌上，用黑色泡沫或黑色遮光布装饰作为试验背景；

S2、根据试验要求调节试验面板的倾斜角度，将滑块进行固定；

S3、将试样安装试验面板上；

S4、将高速摄影机对准试验面板；

S5、确保加热开关处于关闭状态后接通电源；

S6、根据试验要求通过温度调节装置调节试验面板的温度，若试验面板的温度低于试验温度范围的下限时，指示灯显示为绿色，打开加热开关，云母加热条对试验面板进行加热，当试验面板温度高于试验温度范围的上限时，指示灯显示为红色，关闭加热开关，打开控制阀；

S7、液滴弹跳时，用高速摄影机录下弹跳视频，通过软件截取所需液体弹跳的瞬间，读取高度尺上的读数以及试验面板侧面刻度线的读数，利用正余弦定理进行计算，得到液滴水平弹跳距离；若试验面板处于水平状态，则试验面板侧面刻度线的读数即为液滴水平弹跳距离。

本发明具有如下优点：

本发明的液滴弹跳试验装置结构简单、操作方便，不仅可以调节试验的角度，还可以调节试验时试验面板的温度，简化了操作步骤，同时也可提高试验数据的准确性。

以上说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下：

附图说明

图1是本实施例液滴弹跳试验装置的立体示意图。

图2是本实施例液滴弹跳试验装置的右视图。

图3是本实施例液滴弹跳试验装置的剖视图。

图4是本实施例液滴弹跳试验装置(不含高度尺)的另一方向的剖视图。

图5是本实施例液滴弹跳试验装置的局部放大示意图。

图6是本实施例中试验面板的安装示意图。

图7是本实施例中控制器的控制示意图。

【主要元件符号说明】

101-试验面板，102-壳体，103-合页，104-支撑块，105-高度尺，301-控制阀，302-液氮管道，303-液氮罐，304-制冷铜管，305-云母加热条，306-金属软管，501-刻度盘，502-导轨，503-指针，504-滑块，505-导槽，701-显示屏，702-加热开关，703-温度调节键，704-红绿指示灯，705-温度传感器。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采用的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实例，对依据本发明提出的一种液滴弹跳试验装置及其试验方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

在本实施例中，为了便于描述将液氮罐所在的方向定义为“后”，将显示屏所在的方向定义为“前”。

请参阅图1至图7，本发明提供一种液滴弹跳试验装置，包括底部设有四个锥台脚座的壳体102、安装在壳体102上的角度调节装置、安装在角度调节装置顶端同时其一侧铰接在壳体102上的用于进行液滴弹跳试验的试验面板101、用于调节试验面板101温度的温度调节装置，壳体102可耐高、低温，壳体102的后方安装有两个用来测量液滴弹跳高度的高度尺105，高度尺105的底端通过螺栓固定在壳体102上，试验面板101在角度调节装置的带动下可调节其倾斜的角度。

请参阅图1至图5，角度调节机构包括分别设置在壳体102左右两侧的导槽505，导槽505的边缘设置有与导槽505配合使用并用于测量试验面板101倾斜角度的刻度盘501，导槽505呈四分之一圆形状，导槽505内滑动安装有与之相匹配的导轨502，导轨502紧贴导槽505的内壁，导轨502的底端安装有紧贴着导槽505内壁的滑块504、顶端固接在试验面板101的底部，滑块504上开设有螺孔，螺孔内安装有能将滑块504锁紧的螺栓，当试验面板101旋转到指定的调节角度时，通过拧紧滑块504上的螺栓从而将导轨502进行锁紧；导轨502上设有用于指示试验面板101倾斜角度的指针503，指针503的初始位置与刻盘501上的零刻度位置相对。

请参阅图6，试验面板101通过铰接的方式可转动地安装在壳体102上，在本实施例中试验面板的后端通过合页103与壳体102相连接，试验面板101可张开的角度范围为0°至90°；壳体102上还设有多个支撑块104，当试验面板101的倾斜角度较大时，支撑块104可对试验面板进行支撑；试验面板101的前面和左右两个侧面上均设有刻度线，该刻度线可用来测量液滴弹跳的水平距离。当做水平液滴弹跳试验时，试验面板101侧面刻度线可以直接测其水平弹跳距离；当做存在一定角度的液滴弹跳试验，试验面板101侧面刻度线不能直接使用，需结合高度尺105测得的弹跳高度，然后利用正余弦定理进行计算，得到液滴水平弹跳距离；试验面板101的底部还设有多个环形槽和三角形槽。

温度调节装置包括云母加热条305、进口通过金属软管306与液氮管道302的一端相连通、出口与液氮回收设备相连通制冷铜管304，液氮管道302的另一端穿过壳体102的后壁与液氮罐303相连通，液氮管道302上设有用于控制制冷铜管304内的液氮通入量的控制阀301，制冷铜管304和云母加热条305交替安装在试验面板101的环形槽内，试验面板101的三角形槽内也安装有云母加热条305。

请参阅图3至图5，温度调节装置还包括安装在壳体102内部的用于感知试验面板101温度的温度传感器705以及控制器，所述壳体102上还安装有用于显示试验面板101温度的显示屏701、加热开关702、温度调节键703、红绿指示灯704，所述控制器与温度传感器705、显示屏701、温度调节键703、红绿指示灯704均为电性连接；温度调节键703用于对温度范围的上限、下限进行设定，温度传感器705用于感知试验面板101的温度并将信号通过控制器传递至显示屏701，当试验面板101的温度高于温度范围的上限时，红绿指示灯的红灯亮起，当试验面板的温度低于温度范围的下限时，红绿指示灯中的绿灯亮起，所述控制器控制显示屏、红绿指示灯均为现有技术，在此不再赘述。

本发明还提出了一种应用所述液滴弹跳试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、试验开始前，将试验装置平放在实验桌上，并用黑色泡沫或黑色遮光布装饰作为试验背景；

S2、根据试验需要调节试验面板101的倾斜角度，旋紧滑块504上的螺栓固定好滑块504，避免试验过程中导轨502下滑；

S3、将试样放于试验面板101上；该试验面板101为磁铁可吸附材料，若试验面板101的倾斜角度较大时，对于薄的试样，可用小型磁铁把试样夹紧在试验面板上；对于厚的试样，可将磁铁挡于试样下端从而防止试样滑动或者掉落；

S4、将高速摄影机对准试验面板，如果进行的是高温液滴弹跳试验时，此时应将高速摄影机与试验面板保持一定距离，以免高温损坏高速摄影机；

S5、试验开始时，首先确保加热开关702处于关闭状态，然后接通电源，从而避免接通电源后装置开始自动加热；

S6、接通电源，显示屏701亮起并显示试验面板101的温度，然后根据试验要求通过温度调节装置调节到指定温度，该液滴弹跳试验的温度的调节范围一般为-80℃至203℃。做接近室温的液滴弹跳试验时，若试验面板101的温度比室温高，这时应关闭加热开关702，打开控制阀301在制冷铜管304内通入液氮进行制冷，若试验面板101的温度比室温低，打开加热开关702，使云母加热条305对试验面板101进行加热；

做高温液滴弹跳试验之前，确保控制阀301已关闭，当试验面板温度低于试验温度范围的下限时，指示灯显示为绿色，加热开关702打开，云母加热条305对试验面板101进行加热，当试验面板温度高于试验温度范围的上限时，指示灯显示为红色，此时，关闭加热开关702，云母加热条停止加热(应注意，此处的温度高于温度范围的上限或低于温度范围的下限存在一定的相对稳定范围，温度传感器虽实时监测试验面板温度，但当检测到试验面板的温度高于试验温度范围的上限时，指示灯显示为红色，试验停止加热，试验面板的温度可能会继续升高0℃-3℃后自行散热降温。也可通过打开控制阀301，在制冷铜管304内融入液氮对试验面板进行降温；当检测试验面板温度到低于试验温度范围的下限时，试验面板温度可能会继续降低0℃-3℃后开始受热升温，试验温度的相对稳定误差范围为±3℃)，打开控制阀301，在制冷铜管304内通入液氮对试验面板101进行降温；

做低温液滴弹跳试验之前，确保加热开关处于关闭状态，打开低制阀301，在制冷铜管内融入液氮从而对试验面板进行降温，当试验面板温度低于试验范围的下限时，指示灯显示为绿色，手动关闭控制阀，停止液氮的供给；当试验面板温度高于试验范围的上限时，指示灯显示为红色，控制阀301需手动打开，为装置提供液氮，此时应注意，此处的温度低于温度范围的下限或高于温度范围的上限存在一定的相对稳定范围，试验温度的相对稳定误差范围为±3℃，过高温和超低温都会对人体造成伤害，试验时应注意与试验面板保持安全距离，禁止试验过程中用手直接接触试验面板或测试试样；

S7、液滴弹跳时，用高速摄影机录下弹跳视频。在软件上截取所需液体弹跳的瞬间，该软件和CameraLink类似，是和高速摄影机配套使用的一个分析软件(相当于是和高速摄影机一体的)，属于现有技术，在此不再赘述。根据从高度尺105上可直接读取处液滴的弹跳高度以及试验面板侧面刻度线的读数，如果试验面板101处于水平状态，试验面板侧面刻度线的读数即为液滴的水平弹跳距离，如果试验面板101处于倾斜状态，则需要结合高度尺105的读数以及试验面板侧面刻度线的读数，利用正余弦定理进行计算，得到液滴水平弹跳距离。液滴弹跳的试验过程：首先，根据自己试验需求，将试验材料放在试验面板上，选择初始液滴滴落高度、试验面板倾斜的角度以及试验面板温度，记录初始高度、角度和温度数值。而后，可通过改变其中某一变量，保持其他量不变，进行多组液滴滴落试验，形成对照试验，总结试验结果。

其中，液滴滴落到试验面板上时，可观察到液滴是否弹跳。若能够弹跳起来，可观察弹跳了几次以及弹跳的垂直高度和水平距离。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种液滴弹跳试验装置，其特征在于：包括底部设有四个锥台脚座的壳体，安装在壳体上的角度调节装置，安装在角度调节装置上同时其一侧铰接在壳体上并在角度调节装置的带动下调节其倾斜角度的用于进行液滴弹跳试验的试验面板，用于调节试验面板温度的温度调节装置，安装在壳体上的用于测量液滴弹跳高度的多个高度尺。

2.根据权利要求1所述的一种液滴弹跳试验装置，其特征在于：角度调节机构包括分别设置在壳体左右两侧的导槽，与导槽配合使用同时用于测量试验面板倾斜角度的刻度盘，安装在导槽内其顶端固接在试验面板底部、底端安装有用于在拧紧时将其锁死的滑块的导轨，设置在导轨上用于指示试验面板倾斜角度的指针。

3.根据权利要求2所述的一种液滴弹跳试验装置，其特征在于：导槽呈四分之一圆形状。

4.根据权利要求1所述的一种液滴弹跳试验装置，其特征在于：壳体上还设有当试验面板的张开时用于对试验面板进行支撑的多个支撑块。

5.根据权利要求1所述的一种液滴弹跳试验装置，其特征在于：温度调节装置包括云母加热条、进口通过金属软管与液氮管道的一端相连通、出口与液氮回收设备相连通制冷铜管，与液氮管道的另一端相连通的液氮罐，设置在液氮管道上用于控制制冷铜管内的液氮通入量的控制阀，安装在壳体内部的控制器以及用于感知试验面板温度且与控制器电性连接的温度传感器；所述云母加热条、制冷铜管均安装在试验面板的底部。

6.根据权利要求5所述的一种液滴弹跳试验装置，其特征在于：试验面板的底部设有多个环形槽和三角形槽，试验面板的环形槽内交替安装有制冷铜管和云母加热条，此外试验面板的三角形槽内也安装有云母加热条。

7.根据权利要求5所述的一种液滴弹跳试验装置，其特征在于：壳体上还安装有用于显示试验面板温度的显示屏、加热开关、温度调节键、红绿指示灯。

8.本发明还提出了一种液滴弹跳试验装置的试验方法，包括以下步骤：

S1、将该试验装置平放在实验桌上，用黑色泡沫或黑色遮光布装饰作为试验背景；

S2、根据试验要求调节试验面板的倾斜角度，将滑块进行固定；

S3、将试样安装试验面板上；

S4、将高速摄影机对准试验面板；

S5、确保加热开关处于关闭状态后接通电源；

S6、根据试验要求通过温度调节装置调节试验面板的温度，若试验面板的温度低于试验温度范围的下限时，指示灯显示为绿色，打开加热开关，云母加热条对试验面板进行加热，当试验面板温度高于试验温度范围的上限时，指示灯显示为红色，关闭加热开关，打开控制阀；

S7、液滴弹跳时，用高速摄影机录下弹跳视频，通过软件截取所需液体弹跳的瞬间，读取高度尺上的读数以及试验面板侧面刻度线的读数，利用正余弦定理进行计算，得到液滴水平弹跳距离；若试验面板处于水平状态，则试验面板侧面刻度线的读数即为液滴水平弹跳距离。

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