CN111693407B - 液体表面张力测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体表面张力测量方法及系统，其中，液体表面张力测量方法，包括以下步骤,控制单元向测量装置发送第一控制指令；测量装置接收第一控制指令，对液体进行周期震荡测量，并获取测量数据，将数据反馈至计算单元；计算单元根据周期震荡测量数据计算得到第一液体表面张力值。通过该方法获取的液体表面张力重复性高，准确性高。

Description

液体表面张力测量方法及系统

技术领域

本发明属于液体表面张力测量技术领域，具体涉及一种液体表面张力测量方法及系统。

背景技术

凡作用于液体表面，使液体表面积缩小的力，称为液体表面张力。它产生的原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。

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。该方法的特点是，用测量装置直接测量液体的表面张力。但该方法获取的液体表面张力重复性不高，准确性也不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液体表面张力测量方法及系统，通过该方法获取的液体表面张力重复性高，准确性高。

液体表面张力测量方法，包括以下步骤：

控制单元向测量装置发送第一控制指令；

测量装置接收第一控制指令，对液体进行周期震荡测量，并获取测量数据，将数据反馈至计算单元；

计算单元根据周期震荡测量数据计算得到第一液体表面张力值。

该方法通过控制单元控制测量装置对液体进行周期震荡测量，实时获取重复性更高、准确度更高的液体表面张力周期震荡测量数据，并将周期震荡测量数据反馈至计算单元以计算得到更加准确的液体表面张力值。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：

在对液体表面张力进行周期震荡测量前，控制单元向测量装置发送第二控制指令；

测量装置接收第二控制指令，进行液体表面张力最大参照值测量，并实时测量获取液体表面张力最大参照值的液体表面张力数据；

测量装置将测量获取的液体表面张力最大参照值数据传送至计算单元。

通过测量液体表面张力最大参照值，以液体表面张力最大值为基准进行测量，当液体表面张力达到液体表面张力最大参照值时进行周期震荡测量，便于测量液体表面张力最大值，提高检测效率；同时，对最大参照值进行周期震荡测量，可进一步提高数据的准确度。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：

当测量装置对液体进行周期震荡测量时，取第一张力临界值为液膜震荡峰值，取第二张力临界值为液膜震荡谷值；

第一张力临界值大于第二张力临界值，且第一张力临界值的取值范围为液体表面张力最大参照值的95％至99％。

通过以上方法，在开始进行周期震荡测量时，使液膜震荡峰值接近液体表面张力最大参照值，防止液膜震荡峰值超过实际最大值，利于周期震荡测量的正常进行。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：

测量装置对液体进行n次周期震荡测量；

测量元件上升时的波峰高度分别为h1、h2…hn-1、hn；

测量元件下降时的波谷高度分别为l1、l2…ln-1、ln；

其中，h1＜h2＜…＜hn-1＜hn，l1＜l2＜…＜ln-1＜ln。

在周期震荡测量中，测量装置中的测量元件每次上升时的波峰高度逐渐增大，测量元件每次下降时的波谷高度亦逐渐增大，即测量元件在进行周期震荡时，其高度逐渐上升，并逐渐增大液体表面张力。

在其中一个实施例中，

测量装置对液体进行第1次周期震荡测量，第1次周期震荡的液膜震荡张力峰值为a1，第1次周期震荡的液膜震荡张力谷值为b1；

测量装置对液体进行第2次周期震荡测量，第2次周期震荡的液膜震荡张力峰值为a2，第2次周期震荡的液膜震荡张力谷值为b2；

…

测量装置对液体进行第n次周期震荡测量，第n次周期震荡的液膜震荡张力峰值为an，第n次周期震荡的液膜震荡张力谷值为bn；

其中，a1＜a2＜…＜an-1＜an，b1＜b2＜…＜bn-1＜bn；

a1至a2的增量、a2至a3的增量、…、an-1至an的增量逐渐缩小。

通过进行n次周期震荡测量，对液体表面张力进行实时监控反馈，并在多次周期震荡测量中，液膜震荡张力峰值会逐渐增大，同时，液膜震荡张力峰值的增量逐渐减小，从而逐渐接近实际最大值，获取更加准确，重复性更好的数据值。

在其中一个实施例中，

若测量装置对液体进行第n+1次周期震荡测量时，第n+1次周期震荡数据发生突变，液膜震荡张力峰值an+1为液体表面张力最大值；

测量装置将第n+1次周期震荡测量的测量数据反馈至计算单元；

计算单元根据测量数据计算得到上述第一液体表面张力值。

在周期震荡测量过程中，若数据发生突变，则该数据值为液体表面张力最大值，获取该数据计算得到更加准确的液体表面张力值。

在其中一个实施例中，

当测量装置对液体进行周期震荡测量时，测重单元测量液膜重量，获取液膜重量数据并传送至计算单元；

计算单元接收液膜重量数据，将第一液体表面张力值减去液膜重量，计算得到第二液体表面张力值。

通过测量并减去液膜重量，除去液膜重量对液体表面张力值的影响，从而获取更准确、更真实的液体表面张力值。

在其中一个实施例中，

当测量装置进行对液体进行周期震荡测量时，温控单元进行液体温度控制并监测液体温度，获取温度数据并反馈至计算单元；

计算单元接收温度数据，并计算得到第三液体表面张力值；

其中，第三液体表面张力值为实时液体温度对应的液体表面张力。

通过实时控制液体温度，避免在测量过程中，温度变化对液体表面张力造成影响，实时监测液体温度并将温度数据反馈至计算单元，以测得实时液体温度下更准确的液体表面张力。

液体表面张力测量系统，包括，

控制单元，用于发送控制指令并控制测量装置对液体进行周期震荡测量；

测量装置，用于接收控制指令并根据控制指令类型执行测量动作；用于对液体进行周期震荡测量液体表面张力，实时获取液体表面张力数据并反馈至计算单元；

计算单元，用于接收液体表面张力数据，并计算得到第一液体表面张力值。

通过该液体表面张力测量系统对液体进行周期震荡测量液体表面张力，获取更准确、重复性更好的数据，得到更加准确的液体表面张力值，提高了测量的准确度。

在其中一个实施例中，还包括，

测重单元，安装于测量装置上，获取液膜重量数据并传送至计算单元，减小液膜重量对液体表面张力造成的误差；

温控单元，安装于测量装置上，用于控制液体温度并监测液体温度，获取温度数据反馈至计算单元，减小液体温度对液体表面张力造成的误差。

通过设置测重单元，获取液膜重量数据并传送至计算单元，减小液膜重量对液体表面张力造成的误差，以测得更准确的液体表面张力；温控单元实时控制液体温度，避免在测量过程中，温度变化对液体表面张力造成影响，实时监测液体温度并将温度数据反馈至计算单元，以测得实时液体温度下更准确的液体表面张力。

本发明所提供的液体表面张力测量方法及系统，在系统上运用该液体表面测量方法对液体进行周期震荡测量，实时获取重复性更高、准确度更高的液体表面张力周期震荡测量数据，并将周期震荡测量数据反馈至计算单元以计算得到更加准确的液体表面张力值，提高测量的准确性以及重复性。

附图说明

此处的附图，示出了本发明所述技术方案的具体实例，并与具体实施方式构成说明书的一部分，用于解释本发明的技术方案、原理及效果。

除非特别说明或另有定义，不同附图中，相同的附图标记代表相同或相似的技术特征，对于相同或相似的技术特征，也可能会采用不同的附图标记进行表示。

图1是本发明实施例液体表面张力测量方法中周期震荡测量的流程图。

图2是本发明实施例液体表面张力测量方法中最大参照值测量的流程图。

图3是本发明实施例液体表面张力测量系统结构连接图。

附图标记说明：

10、控制单元；20、测量装置；30、计算单元；40、测重单元；50、温控单元。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照说明书附图对本发明的具体实施例进行更详细的描述。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在结合本发明的技术方案以现实的场景的情况下，本文所使用的所有技术和科学术语也可以具有与实现本发明的技术方案的目的相对应的含义。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的“第一、第二…”仅仅是用于对名称的区分，不代表具体的数量或顺序。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，当元件被认为“固定于”另一个元件，它可以是直接固定在另一个元件上，也可以是存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，也可以是同时存在居中元件；当一个元件被认为是“安装在”另一个元件，它可以是直接安装在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设在”另一个元件，它可以是直接设在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的“所述”、“该”为相应位置之前所提及或描述的技术特征或技术内容，该技术特征或技术内容与其所提及的技术特征或技术内容可以是相同的，也可以是相似的。

毫无疑义，与本发明的目的相违背，或者明显矛盾的技术内容或技术特征，应被排除在外。

如图1所示，液体表面张力测量方法，包括以下步骤：

控制单元10向测量装置20发送第一控制指令；

测量装置20接收第一控制指令，对液体进行周期震荡测量，并获取测量数据，将数据反馈至计算单元30；

计算单元30根据周期震荡测量数据计算得到第一液体表面张力值，在本实施例中，该第一液体表面张力值为未扣减液膜重量以及未除去温度影响的张力值。

本发明提供的液体表面张力测量方法通过控制单元10控制测量装置20对液体进行周期震荡测量，实时获取重复性更高、准确度更高的液体表面张力周期震荡测量数据，并将周期震荡测量数据反馈至计算单元30以计算得到更加准确的液体表面张力值，在本实施例中，控制单元10发送第一控制指令以控制测量装置20中的测量元件上升或下降，并控制测量装置20的升降高度以及每次升降的时间，使测量装置20进行周期性的升降工作，从而对液体进行周期震荡测量，实现提高测量的重复性以及准确性。

如图2所示，在对液体表面张力进行周期震荡测量前，控制单元10向测量装置20发送第二控制指令；

测量装置20接收第二控制指令，进行液体表面张力最大参照值测量，并实时测量获取液体表面张力最大参照值的液体表面张力数据；

测量装置20将测量获取的液体表面张力最大参照值数据传送至计算单元30。

当测量装置20对液体进行周期震荡测量时，取第一张力临界值为液膜震荡峰值，取第二张力临界值为液膜震荡谷值；

第一张力临界值大于第二张力临界值，且第一张力临界值的取值范围为液体表面张力最大参照值的95％至99％。

在本实施例中，在对液体表面张力进行周期震荡测量前，控制单元10发送第二控制指令，控制测量装置20中的测量元件与液体表面贴合后，直接上升至与液体分离，以测量液体表面张力最大参照值，并以该液体表面张力最大参照值为基值进行周期震荡测量，方便进行测量工作，提高测量效率；当液体表面张力达到液体表面张力最大参照值时进行周期震荡测量，便于测量液体表面张力最大值，提高检测效率；同时，对最大参照值进行周期震荡测量，可进一步提高数据的准确度；在开始进行周期震荡测量时，定义第一张力临界值，使液膜震荡峰值接近液体表面张力最大参照值，防止液膜震荡峰值超过实际最大值，利于周期震荡测量的正常进行。需要说明的是，在进行液体表面张力测量时，测量装置20与液体表面贴合后，张力上升至最大参照值后可直接进行周期震荡测量，不需要与液体分离，一次性完成整个测量工作。

测量装置20对液体进行n次周期震荡测量；

测量元件上升时的波峰高度分别为h1、h2…hn-1、hn；

测量元件下降时的波谷高度分别为l1、l2…ln-1、ln；

其中，h1＜h2＜…＜hn-1＜hn，l1＜l2＜…＜ln-1＜ln。

测量装置20对液体进行第1次周期震荡测量，第1次周期震荡的液膜震荡张力峰值为a1，第1次周期震荡的液膜震荡张力谷值为b1；

测量装置20对液体进行第2次周期震荡测量，第2次周期震荡的液膜震荡张力峰值为a2，第2次周期震荡的液膜震荡张力谷值为b2；

…

测量装置20对液体进行第n次周期震荡测量，第n次周期震荡的液膜震荡张力峰值为an，第n次周期震荡的液膜震荡张力谷值为bn；

其中，a1＜a2＜…＜an-1＜an，b1＜b2＜…＜bn-1＜bn；

a1至a2的增量、a2至a3的增量、…、an-1至an的增量逐渐缩小。

若测量装置20对液体进行第n+1次周期震荡测量时，第n+1次周期震荡数据发生突变，液膜震荡张力峰值an+1为液体表面张力最大值；

测量装置20将第n+1次周期震荡测量的测量数据反馈至计算单元30；

计算单元30根据测量数据计算得到上述第一液体表面张力值。

在周期震荡测量中，测量装置20中的测量元件每次上升时的波峰高度逐渐增大，测量元件每次下降时的波谷高度亦逐渐增大，即测量元件在进行周期震荡时，其高度逐渐上升，从而使液膜的高度逐渐上升，并逐渐增大液体表面张力；整个周期震荡测量过程实际为一个实时监控反馈的过程，液膜震荡张力峰值在增大的同时，每次峰值的增量在逐渐减小，即液膜震荡张力峰值越来越接近张力最大值；当液体脱离测量元件时，数据会发生突变，此时测得的液膜震荡张力峰值为实际的液体表面张力最大值，并取该液膜震荡张力峰值进行计算得到该液体的液体表面张力值。

当测量装置20对液体进行周期震荡测量时，测重单元40测量液膜重量，获取液膜重量数据并传送至计算单元30；

计算单元30接收液膜重量数据，将第一液体表面张力值减去液膜重量，计算得到第二液体表面张力值。

当测量装置20进行对液体进行周期震荡测量时，温控单元50进行液体温度控制并监测液体温度，获取温度数据并反馈至计算单元30；

计算单元30接收温度数据，并计算得到第三液体表面张力值；

其中，第三液体表面张力值为实时液体温度对应的液体表面张力。

通过测量并减去液膜重量，除去液膜重量对液体表面张力值的影响，从而获取更准确、更真实的液体表面张力值；通过实时控制液体温度，避免在测量过程中，温度变化对液体表面张力造成影响，实时监测液体温度并将温度数据反馈至计算单元30，以测得实时液体温度下更准确的液体表面张力。

在本实施例中，在控制单元10向测量装置20发送控制指令之前，控制单元10输入测量装置20动作的控制指令参数；

输入完成后，控制单元10保存控制指令至存储单元中；

其中，所述控制指令包括控制测量装置20上升、下降、等待的动作指令以及动作持续时间指令；

当需要测量装置20进行指定的测量动作时，控制单元10从存储单元中选取并调用控制指令；

测量装置20根据控制指令类型执行测量动作；

另外，控制单元10可将多个控制指令组合成至少一个方法指令，并将方法指令保存至存储单元中；

控制单元10从存储单元中选取并调用方法指令；

测量装置20根据方法指令中多个控制指令类型以及组合顺序，依次连续执行对应的测量动作。

在测量装置20工作前，将控制指令参数输入至测量装置20中，并保存控制指令至存储单元中，在需要测量装置20工作时，直接选取调用，便于液体表面张力测量工作的进行；另外，将多个控制指令组合成方法指令，测量装置20实现全自动测量，测量过程无需人为操作，降低人为操作带来的误差，提高测量的准确性以及重复性，提高自动化程度，提高检测效率。

在实际运用中，可以通过测量装置20的计算机上位软件下拉菜单输入控制指令及方法指令，直接在下拉菜单中选取指令，控制测量装置20工作，整个测量操作简单方便。

如图3所示，本发明还提供一种液体表面张力测量系统，包括，

控制单元10，用于发送控制指令或方法指令并控制测量装置20执行指令，实现对液体进行周期震荡测量；

测量装置20，用于接收控制指令并根据控制指令类型执行测量动作；用于对液体进行周期震荡测量液体表面张力，实时获取液体表面张力数据并反馈至计算单元30；在本实施例中，测量装置包括驱动电机以及与驱动电机连接的测量元件，控制单元10通过控制驱动电机以控制测量元件的升降，其中，驱动电机采用伺服电机，提高了步距的精度，进而可以准确控制液膜的高度；测量元件采用拉环进行液体表面张力测量，在拉环上安装有高精度电磁力平衡传感器，测量精度0.1mg，从而获得精度高达0.01mN/m的液体表面张力值；

计算单元30，用于接收液体表面张力数据，并计算得到液体表面张力值；

测重单元40，安装于测量元件上，获取液膜重量数据并传送至计算单元30，减小液膜重量对液体表面张力造成的误差；

温控单元50，安装于测量元件上，用于控制液体温度并监测液体温度，获取温度数据反馈至计算单元30，减小液体温度对液体表面张力造成的误差。

通过该液体表面张力测量系统对液体进行周期震荡测量液体表面张力，获取更准确、重复性更好的数据，得到更加准确的液体表面张力值，提高了测量的准确度；通过设置测重单元40，获取液膜重量数据并传送至计算单元30，减小液膜重量对液体表面张力造成的误差，以测得更准确的液体表面张力；温控单元50实时控制液体温度，避免在测量过程中，温度变化对液体表面张力造成影响，实时监测液体温度并将温度数据反馈至计算单元30，以测得实时液体温度下更准确的液体表面张力。

本发明所提供的液体表面张力测量方法及系统，在系统上运用该液体表面测量方法对液体进行周期震荡测量，实时获取重复性更高、准确度更高的液体表面张力周期震荡测量数据，并将周期震荡测量数据反馈至计算单元30以计算得到更加准确的液体表面张力值，提高测量的准确性以及重复性。

以上实施例的目的，是对本发明的技术方案进行示例性的再现与推导，并以此完整的描述本发明的技术方案、目的及效果，其目的是使公众对本发明的公开内容的理解更加透彻、全面，并不以此限定本发明的保护范围。

以上实施例也并非是基于本发明的穷尽性列举，在此之外，还可以存在多个未列出的其他实施方式。在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.液体表面张力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制单元向测量装置发送第一控制指令；

测量装置接收第一控制指令，对液体进行周期震荡测量，并获取测量数据反馈至计算单元；

计算单元根据周期震荡测量的测量数据计算得到第一液体表面张力值;

其中，所述对液体进行周期震荡测量，并获取测量数据反馈至计算单元，包括：

测量装置对液体进行第1次周期震荡测量，第1次周期震荡的液膜震荡张力峰值为a1，第1次周期震荡的液膜震荡张力谷值为b1；

测量装置对液体进行第2次周期震荡测量，第2次周期震荡的液膜震荡张力峰值为a2，第2次周期震荡的液膜震荡张力谷值为b2；

…

测量装置对液体进行第n次周期震荡测量，第n次周期震荡的液膜震荡张力峰值为an，第n次周期震荡的液膜震荡张力谷值为bn；

其中，a1＜a2＜…＜an-1＜an，b1＜b2＜…＜bn-1＜bn；

a1至a2的增量、a2至a3的增量、…、an-1至an的增量逐渐缩小；

若测量装置对液体进行第n+1次周期震荡测量时，第n+1次周期震荡数据发生突变，液膜震荡张力峰值an+1为液体表面张力最大值；

测量装置将第n+1次周期震荡测量的测量数据反馈至计算单元。

2.如权利要求1所述液体表面张力测量方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在对液体表面张力进行周期震荡测量前，控制单元向测量装置发送第二控制指令；

测量装置接收第二控制指令，进行液体表面张力最大参照值测量，并实时测量获取液体表面张力最大参照值的液体表面张力数据；

测量装置将测量获取的液体表面张力最大参照值数据传送至计算单元。

3.如权利要求2所述液体表面张力测量方法，其特征在于，还包括以下步骤：

当测量装置对液体进行周期震荡测量时，取第一张力临界值为液膜震荡张力峰值，取第二张力临界值为液膜震荡张力谷值；

第一张力临界值大于第二张力临界值，且第一张力临界值的取值范围为液体表面张力最大参照值的95%至99%。

4.如权利要求1所述液体表面张力测量方法，其特征在于，在对液体进行n次周期震荡测量的过程中，

测量元件上升时的波峰高度分别为h1、h2…hn-1、hn；

测量元件下降时的波谷高度分别为l1、l2…ln-1、ln；

其中，h1＜h2＜…＜hn-1＜hn，l1＜l2＜…＜ln-1＜ln。

5.如权利要求1至4任一项所述液体表面张力测量方法，其特征在于，

当测量装置对液体进行周期震荡测量时，测重单元测量液膜重量，获取液膜重量数据并传送至计算单元；

计算单元接收液膜重量数据，将第一液体表面张力值减去液膜重量，计算得到第二液体表面张力值。

6.如权利要求1至4任一项所述液体表面张力测量方法，其特征在于，

当测量装置进行对液体进行周期震荡测量时，温控单元进行液体温度控制并监测液体温度，获取温度数据并反馈至计算单元；

计算单元接收温度数据，并计算得到第三液体表面张力值；

其中，第三液体表面张力值为实时液体温度对应的液体表面张力。

7.液体表面张力测量系统，用于执行如权利要求1至6任一项所述的液体表面张力测量方法，其特征在于，测量系统包括，

控制单元，用于发送控制指令并控制测量装置对液体进行周期震荡测量；

测量装置，用于接收控制指令并根据控制指令类型执行测量动作；用于对液体进行周期震荡测量液体表面张力，实时获取液体表面张力数据并反馈至计算单元；

计算单元，用于接收液体表面张力数据，并计算得到第一液体表面张力值。

8.如权利要求7所述液体表面张力测量系统，其特征在于，还包括，

测重单元，安装于测量装置上，获取液膜重量数据并传送至计算单元，减小液膜重量对液体表面张力造成的误差；

温控单元，安装于测量装置上，用于控制液体温度并监测液体温度，获取温度数据反馈至计算单元，减小液体温度对液体表面张力造成的误差。

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