CN201707279U - 白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，属于检测用仪器领域，其温度控制系统由样品池和外循环恒温水槽构成，位移平台支架上固定有位移平台，位移平台上固定有位移传感器，机箱内固定有称重传感器，称重传感器下方连接有连接杆，连接杆下端挂接白金板，样品台用螺丝固定在位移平台上，样品皿放置于样品池内，样品池放置于位移平台上，温度传感器置于样品池下侧并紧贴样品皿，被测样品盛放于样品皿内，位移传感器、称重传感器通过数据线与电路板相连，电路板连接有电源及控制部件，电路板上植入有软件，本实用新型可全面提升液-气表面张力以及液-液界面张力测值的精度，且操作简单，应用面广泛。
Description
技术领域
本实用新型涉及到一种检测用仪器，具体地说，是一种白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器。
背景技术
液/液界面张力、液/气表面张力以及固/液接触角值等基本指标是表征物质物理化学性质的基本参数，目前应用较广的测试方法包括称重法以及光学图像分析法。
在称重法表面/界面张力仪中，目前应用最多的为du Nouy Ringmethod(白金环法)的表面张力仪，白金板法原理为称重法表面/界面张力仪的另一种，虽然在国外的教科书中提及Wilhelmy Slidemethod(经典wilhelmy法)方法以及国内教科书中提及了吊板法，国内外相应厂家有生产相应方法(经典wilhelmy法)的产品，但是，经典wilhelmy法以及国内外采用该方法的仪器均没有浮力修正、接触角修正等，功能简单，测值误差大，无法测试液-液界面张力，应用局限性非常大。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本实用新型提供了一种白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，可以测试液-气表面张力和液-液界面张力，并提升液-气表面张力及液-液界面张力测值的精度，操作简单，能够实现浮力修正、接触角修正等功能，应用范围广泛。
本实用新型的目的是通过如下的方案来实现的：
白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，其主要结构包括：称重传感器，连接杆，位移平台及位移传感器，位移平台支架，白金板，温度控制系统及温度传感器，样品皿，样品台，电机系统，后盖，机箱，电源及控制部件，电路板；温度控制系统由样品池和外循环恒温水槽构成，后盖内用螺丝固定有位移平台支架和电机系统，位移平台支架上固定有位移平台，位移平台上固定有位移传感器，机箱内固定有称重传感器，称重传感器上方安装有水平调整泡，称重传感器下方连接有连接杆，连接杆下端挂接白金板，样品台用螺丝固定在位移平台上，样品皿放置于样品池内，样品池放置于位移平台上，温度传感器置于样品池下侧并紧贴样品皿，被测样品盛放于样品皿内，位移传感器、称重传感器通过数据线与电路板相连，电路板连接有电源及控制部件。
所述的白金板，采用白金(铂金、PT)材料制成，优选地，其长度符合18-28mm，厚度符合0.1-0.2mm，高度符合0.7-1.5mm或更高，其表面经过喷砂、盐酸浸泡等浸润性提高处理。
所述的温度控制系统，为外循环恒温水槽和样品池，以外循环恒温水槽作为温控源，外循环恒温水槽用硅橡胶管连接至温度控制样品池上的水循环口，样品池用固定螺丝与样品台相连并固定，温度传感器位于样品池下侧并紧贴样品皿，温度传感器通过数据线连接至电路板；所述的温度控制系统，也可采用电热方式制成的腔体或采用半导体致冷片制成的腔体等作为温控源。
所述的称重传感器，采用分析天平或扭力丝称重传感器，优选为分析天平，其通过数据线与电路板相连，挂上白金板后，在测值以前作归零处理，其上方安装有水平调整泡，水平调整泡用来调整称重传感器以及仪器的水平。
所述的温度传感器，为PT100或半导体温度芯片，其通过数据线与电路板相连。
所述的位移平台，采用高精度交叉导轨光学平台或蜗轮蜗杆升降平台，其上设置有位移传感器，位移传感器采用光栅或编码器，位移平台用数据线与电源及控制部件相连，位移传感器用数据线与电路板相连，位移平台的升降由电机系统提供能量，并受软件控制实现位移平台的升、降、停，所述的电机系统采用步进电机或伺服直流电机系统。
所述的电路板，其上设置有单片机，单片机内植入有软件，采用PID控制程序，所述的软件可以对所测的值进行浮力修正、密度修正、接触角修正、零位修正、单位换算，可以导出数据为EXCEL文档，实现测值的高效率，而且具有数据库管理、预润湿处理功能、预置值处理等功能。
利用本实用新型的仪器来测试液-气表面张力和液-液界面张力的原理为：根据受力分析以及young方程，白金板浸入液-气表面或液-液界面时，白金板的受力情况为：(1)向下的重力；(2)向上的浮力；(3)向下的液-气表面张力或液-液界面张力；其计算公式为：
P＝mg+Lγ·cosθ-shρg
平衡力＝白金板的重力+表面张力总和-白金板受到的浮力
其中：m为白金板的重量，g为重力(9.8N/Kg)，L为白金板的周长，γ为液体的表面张力，θ为液体与白金板间的接触角，s为白金板横切面面积，h为白金板浸入的深度，ρ为液体的密度。
根据上述原理，本实用新型用来测试表面/界面张力的方法为：
1、采用白金(铂金、PT)材料制成的白金片，且其特征为长度符合18-28mm，厚度符合0.1-0.2mm，高度符合0.7-1.5mm或更高；所述白金片的表面经过喷砂、盐酸浸泡等浸润性提高处理，从而求得上式的θ值以及L值。
2、在计算θ值时，在测试软件中，根据液-气表面张力与液-液界面张力的不同，采用不同的接触角修正、密度修正、浮力修正和零位修正方式。
3、采用分析天平或扭力丝称重传感器，挂上白金板后，在测值以前作归零/去皮处理，从而求得上述公式的mg值，同时，在软件中根据液-气表面张力与液-液界面张力的不同，采用不同的零位修正方式。
4、采用基于弹性系数、浸入深度、浮力估算(表面张力增量值)等浮力修正方式，控制位移平台(样品台)的升、降、停三个不同动作，实现修正浮力的目的。
5、采用分析天平或扭力丝测得平衡值，并进而在修正接触角、浮力、密度、零位等因子后，计算得出液-气表面张力值或液-液界面张力值。
由于采用了以上的技术方案，本实用新型可全面提升液-气表面张力以及液-液界面张力测值的精度，实现浮力修正、接触角修正等功能，且操作简单，应用面广泛，可广泛应用于精细化工、石油石化、油墨、墨水、油漆、涂料、印刷、电力、电镀、农药、纳米材料、纺织品、清洗剂、助化剂、化妆品、食品、医药等行业，具有较高的推广价值。
附图说明
图1为本实用新型一实施例正面结构示意图；
图2为本实用新型一实施例侧面透视结构示意图；
图3为本实用新型的白金板受力正视示意图。
图中：1-称重传感器，2-连接杆，3-白金板，4-样品皿，5-位移平台，6-后盖，7-温度传感器，8-样品台，9-被测样品，10-气体或低密度相液体，11-水循环口，12-温度控制样品池，13-水平调整泡，14-机箱，15-位移平台支架，16-位移传感器，17-电路板，18-电源及控制部件。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步进行详细描述
见图1，图2，白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，其主要结构包括：称重传感器，连接杆，位移平台及位移传感器，位移平台支架，白金板，温度控制系统及温度传感器，样品皿，样品台，电机系统，后盖，机箱，电源及控制部件，电路板；温度控制系统由样品池和外循环恒温水槽构成，后盖内用螺丝固定有位移平台支架和电机系统，位移平台支架上固定有位移平台，位移平台上固定有位移传感器，机箱内固定有称重传感器，称重传感器上方安装有水平调整泡，用于调整称重传感器以及仪器的水平，称重传感器下方连接有连接杆，连接杆下端挂接白金板，样品台用螺丝固定在位移平台上，样品皿放置于样品池内，样品池放置于位移平台上，温度传感器置于样品池下侧并紧贴样品皿，被测样品盛放于样品皿内，位移传感器、称重传感器通过数据线与电路板相连，电路板连接有电源及控制部件。
进一步地，所述的白金板采用白金(铂金、PT)材料制成，优选地，其长度符合18-28mm，厚度符合0.1-0.2mm，高度符合0.7-1.5mm或更高，其表面经过喷砂、盐酸浸泡等浸润性提高处理。
进一步地，所述的温度控制系统为外循环恒温水槽和样品池，以外循环恒温水槽作为温控源，外循环恒温水槽用硅橡胶管连接至温度控制样品池上的水循环口，样品池用固定螺丝与样品台相连并固定，温度传感器位于样品池下侧并紧贴样品皿，温度传感器通过数据线连接至电路板；所述的温度控制系统，也可采用电热方式制成的腔体或采用半导体致冷片制成的腔体等作为温控源。
进一步地，所述的称重传感器，采用分析天平或扭力丝称重传感器，优选为分析天平，其通过数据线与电路板相连，挂上白金板后，在测值以前作归零处理。
进一步地，所述的温度传感器，为PT100或半导体温度芯片，其通过数据线与电路板相连。
进一步地，所述的位移平台采用高精度交叉导轨光学平台或蜗轮蜗杆升降平台，其上设置有位移传感器，位移传感器采用光栅或编码器，位移平台用数据线与电源及控制部件相连，位移传感器用数据线与电路板相连，位移平台的升降由电机系统提供能量，并受软件控制实现位移平台的升、降、停，所述的电机系统采用步进电机或伺服直流电机系统。
进一步地，所述的电路板上设置有单片机，单片机内植入有软件，采用PID控制程序，所述的软件可以对所测的值进行浮力修正、密度修正、接触角修正、零位修正、单位换算，可以导出数据为EXCEL文档，实现测值的高效率，而且具有数据库管理、预润湿处理功能、预置值处理等功能。
见图3，本实用新型的仪器来测试液-气表面张力和液-液界面张力的原理为：根据受力分析以及young方程，白金板浸入液-气表面或液-液界面时，白金板的受力情况为：(1)向下的重力；(2)向上的浮力；(3)向下的液-气表面张力或液-液界面张力；其计算公式为：
P＝mg+Lγ·cosθ-shρg
平衡力＝白金板的重力+表面张力总和-白金板受到的浮力
其中：m为白金板的重量，g为重力(9.8N/Kg)，L为白金板的周长，γ为液体的表面张力，θ为液体与白金板间的接触角，s为白金板横切面面积，h为白金板浸入的深度，ρ为液体的密度。
本实用新型采用如下的方案来实现白金板法测试表面/界面张力值：
1、采用白金(铂金、PT)材料制成的白金片，且其特征为长度符合18-28mm，厚度符合0.1-0.2mm，高度符合0.7-1.5mm或更高；所述白金片的表面经过喷砂、盐酸浸泡等浸润性提高处理，从而求得上式的θ值以及L值。
2、在计算θ值时，在测试软件中，根据液-气表面张力与液-液界面张力的不同，采用不同的接触角修正、密度修正、浮力修正和零位修正方式。
3、采用分析天平或扭力丝称重传感器，挂上白金板后，在测值以前作归零/去皮处理，从而求得上述公式的mg值，同时，在软件中根据液-气表面张力与液-液界面张力的不同，采用不同的零位修正方式。
4、采用基于弹性系数、浸入深度、浮力估算(表面张力增量值)等浮力修正方式，控制位移平台(样品台)的升、降、停三个不同动作，实现修正浮力的目的。
5、采用分析天平或扭力丝测得平衡值，并进而在修正接触角、浮力、密度、零位等因子后，计算得出液-气表面张力值或液-液界面张力值。
利用本实用新型仪器来测试液-气表面张力值的实现方式为：
将被测液体放置于洗净的样品皿中，打开仪器，将白金板清洗干净后挂在称重传感器下方的连接杆上，根据白金板法原理，设置测值所采用的浮力修正以及液体密度值，通过软件控制位移平台控制样品台上升，此时被测样品也连同上升，当达到设置的浮力修正模式条件后，软件控制位移平台停止运动，称重传感器动态感测此时的平衡值，软件读取相应的数据，如平衡力值、浮力修正值、密度值，计算并实时显示此时的液-气表面张力值。
利用本实用新型仪器来测试液-液界面张力的实现方式为：
将被测样的高密度液体相放入样品皿中，再倒入低密度相液体，将白金板清洗干净后挂称重传器下方的连接杆上，测试前，白金板位于气体或低密度相液体中，通过软件实现预润湿功能，即软件自动控制样品台上升、接触到被测样品与空气表面层时按一定条件停止位移平台、等一段时间后样品台自动下降并停开液-液表面层；读取此时称重传感器的残留值；将读取到的残留值输入软件相应的零位修正值处；在软件相应接触角修正功能处输入相应的接触角修正值，也可用软件控制采用白金板法测试接触角值；根据白金板法原理，设置完成测值所需的浮力修正、密度修正等值；通过软件控制位移平台控制样品台上升，此时被测样品也连同上升，当达到设置的浮力修正模式条件后，软件控制位移平台停止运动；称重传感器动态感测此时的平衡值，软件读取相应的数据，如平衡力值、浮力修正值、密度值、接触角修正值、零位修正值，计算并实时显示此时的液-液表面张力值。
Claims (7)
1.白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，其特征在于，主要结构包括：称重传感器，连接杆，位移平台及位移传感器，位移平台支架，白金板，温度控制系统及温度传感器，样品皿，样品台，电机系统，后盖，机箱，电源及控制部件，电路板；温度控制系统由样品池和外循环恒温水槽构成，后盖内用螺丝固定有位移平台支架和电机系统，位移平台支架上固定有位移平台，位移平台上固定有位移传感器，机箱内固定有称重传感器，称重传感器上方安装有水平调整泡，称重传感器下方连接有连接杆，连接杆下端挂接白金板，样品台用螺丝固定在位移平台上，样品皿放置于样品池内，样品池放置于位移平台上，温度传感器置于样品池下侧并紧贴样品皿，被测样品盛放于样品皿内，位移传感器、称重传感器通过数据线与电路板相连，电路板连接有电源及控制部件。
2.根据权利要求1所述的白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，其特征在于，所述的白金板长度符合18-28mm，厚度符合0.1-0.2mm，高度符合0.7-1.5mm或更高。
3.根据权利要求1所述的白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，其特征在于，所述的温度控制系统为外循环恒温水槽和样品池，以外循环恒温水槽作为温控源，外循环恒温水槽用硅橡胶管连接至温度控制样品池上的水循环口，样品池用固定螺丝与样品台相连并固定，温度传感器位于样品池下侧并紧贴样品皿，温度传感器通过数据线连接至电路板；所述的温度控制系统，也采用电热方式制成 的腔体或采用半导体致冷片制成的腔体作为温控源。
4.根据权利要求1所述的白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，其特征在于，所述的称重传感器，采用分析天平或扭力丝称重传感器，其通过数据线与电路板相连。
5.根据权利要求1所述的白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，其特征在于，所述的温度传感器，为PT100或半导体温度芯片，其通过数据线与电路板相连。
6.根据权利要求1所述的白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，其特征在于，所述的位移平台采用高精度交叉导轨光学平台或蜗轮蜗杆升降平台，其上设置有位移传感器，位移传感器采用光栅或编码器，位移平台用数据线与电源及控制部件相连，位移传感器用数据线与电路板相连。
7.根据权利要求1所述的白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器，其特征在于，所述的电路板上设置有单片机，单片机内植入有软件，采用PID控制程序。
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| CN2010201599050U CN201707279U (zh) | 2010-04-15 | 2010-04-15 | 白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器 |
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| CN2010201599050U CN201707279U (zh) | 2010-04-15 | 2010-04-15 | 白金板法测试液-气表面张力和液-液界面张力的仪器 |
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| CN (1) | CN201707279U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107966403A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-04-27 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种测试非浸润固-液界面微粘附力的装置和方法 |
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2010
- 2010-04-15 CN CN2010201599050U patent/CN201707279U/zh not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107966403A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-04-27 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 一种测试非浸润固-液界面微粘附力的装置和方法 |
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