CN202195997U - 液滴影像法界面流变测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液滴影像法界面流变测试装置，带有二维水平调整功能的固体样品台装到样品台控制X向、Y向、Z向上方，带X、Y、Z向控制及水平调整功能的样品台部件装到样品台旋转控制平台下连接杆上，微量进样装置固定在进样器进液及吸液控制部件上，液体进样装置通过控制步进电机进而控制精密位移平台，通过位移平台的夹具结构，形成微量进样器向前进液并达到预期液体量，通过软件控制压电泵或压电陶瓷系统形成符合正弦、余弦、方波、锯齿变化振荡变化，本实用新型测值精度高、设计精密度高、操作简单，可广泛应用于精细化工、纳米材料、化妆品、食品、医药等行业界面张力和表面张力、接触角、界面流变等物性测值。

Description

液滴影像法界面流变测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种测试界面化学和界面流变性质的测量装置，具体为液滴影像法界面流变测试装置，属于检测仪器技术领域。

背景技术

作为光学法界面化学分析的一种方法，影像分析法界面化学分析技术在世界上有类似技术，通常以Young-lapalace方程拟合的形式出现；但由于算法和计算机发展影响很大，这些Young-lapalace拟合或采用Bashforth-Adams查表法或简单的经验求解，或采用基于DS/DE或少数点(30°、45°、60°角度值)坐标比值的Select plane快速界面张力测试的算法，或采用局部液滴曲率半径经验假设的简单影像分析法，均有明显缺陷。

作为一种界面张力计算方法，长期以来Young-lapalace方程拟合技术在中国也得到了一定的发展，在国内的专利资料库中提及了Young-lapalace拟合技术，基本有以下几种情况：

1)专利中提及了Young-lapalace方程拟合，但专利描述点以及诉求的权利内容为机械结构或材料设计要求，而不是本专利提及的影像分析法或Young-lapalace方程拟合技术，这些专利包括：一种测量中低温熔体表面张力、密度和润湿性的装置和方法(专利号：200810115050.9)，液态材料表面张力测定仪(专利号：200520010391.1)，一种在线测量高温熔体表面张力、接触角和密度的装置(专利号：03121050.3)，一种控温湿同步测量液滴温度、表面张力、接触角的装置(专利号：200910034768.X)，这些专利的共性体现为高温条件、恒湿条件、高压或真空条件下测试液体或熔液的表面张力、界面张力或接触角等值的机械结构或材料要求，在算法上仅简单提及Bashforth-Adams查表法、Young-lapalace方程拟合以及悬滴法(Pendant drop)、停滴法(Sessile drop)。

2)专利未提及Young-lapalace方程拟合技术，仅提及简单的如圆拟合、WH法或θ/2法等最为简单的接触角数值计算技术，专利诉求的权利要求内容为界面张力或接触角等界面化学性质测试装置的机械结构设计内容，这些专利包括：专利号：200610050811.8和200620103753.6为的基于高速图像处理的液体表界面动态特性测量分析仪，专利号为201010288857.X的一种静态接触角的自动检测方法，专利号为201010600278.4的接触角及表面能测量装置，专利号为200710142656.7的测量接触角装置，专利号为200710008521.1的一种自洁玻璃接触角的在线测量方法等。

为了更好的测试动态表面/界面张力值，分析液体的界面流变性质，本发明人设计了一套测试装置，并提供了基于步进电机高精度进样器和压电陶瓷双驱动的进样系统，一方面可以有效的提高液滴的振荡频率，另一方面，可以更好的控制精液量，同时更可以通过压电陶瓷驱动器的振荡曲线控制，振荡曲线符合正弦、余弦、方波、锯齿，实现高精度界面流变性质，包括界面扩张弹性和界面扩张粘度的测值。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足及问题，本实用新型提供了液滴影像法界面流变测试装置，用于液滴影像法来测试界面流变性质。

本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的

液滴影像法界面流变测试装置，其主要结构包括固体样品台及其控制装置、液体进液装置及其控制装置、光学成像系统及其控制装置，带有二维水平调整功能的固体样品台装到样品台控制X向、Y向、Z向上方，带X、Y、Z向控制及水平调整功能的样品台部件装到样品台旋转控制平台下连接杆上，连接杆与镜头安装部件相连通，成像系统CCD及光学镜头安装于镜头俯仰调整架上，并连接到旋转台的连接杆的连通杆上，旋转平台固定在机箱架上；旋转平台、样品台、CCD及光学镜头均可以一起旋转，旋转平台表面用激光雕刻上角度刻度值，微量进样器固定在进样器进液及吸液控制部件上，进样器控制部件与进样器X向控制、Y向控制、Z向控制相组装，并固定在机箱架上。

所述的固体样品台，部分功能包括固体样品台可手动或电机控制X、Y、Z三个方向移动、水平控制以及样品台表面的安装孔设计；液体进样装置为电机控制或手动控制条件下的注射泵或蠕动泵，且进样装置手动或电机控制X、Y、Z三个方向移动；光学系统包括一个0.7～4.5连续或固定放大倍率的镜头、模拟或数字CCD或CMOS成像系统、LED可变亮度背景光或同轴光以及可手动控制镜头俯仰角度的一维水平控制平台；固体样品台部分与镜头部分连接在一起，并提供手动或电机控制垂直旋转功能。

所述的液体进样装置，主要由步进电机、装有夹具的精密机械平移台、微量进样器、压电泵或压电陶瓷、针头构成，步进电机连接装有夹具的精密机械平移台，夹具下端固定有微量进样器，微量进样器下端连接压电泵或压电陶瓷，压电泵下端连接有针头。

通过控制步进电机进而控制精密位移平台，通过位移平台的夹具结构，形成微量进样器向前进液并达到预期液体量，通过软件控制压电泵或压电陶瓷系统形成符合正弦、余弦、方波、锯齿变化振荡变化，进而使得针头下方形成一个振荡的液滴，为保证液滴形成的轮廓符合效果以及液滴能够吸引在针头。

本实用新型可以利用液滴影像分析法测试界面化学及界面流变性质，测值精度高、设计精密度高、操作简单，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、医药等行业界面张力和表面张力、接触角、界面流变等物性测值，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结构示意图

图2为本实用新型一液体进样装置结构示意图

图1中：1-微量进样器；2-可调亮度LED背景光；3-进样器进液吸液控制部件；4-进样器X向位移控制；5-进样器Y向位移控制；6-进样器X向位移控制；7-整机四脚水平调整脚；8-样品台旋转平台；9-样品台Z向位移控制；10-样品台X向位移控制；11-样品台Y向位移控制；12-样品台的水平调整机构及样品台；13-CCD及光学镜头；14-镜头俯仰角度调整架。

图2中：1-步进电机；2-装有夹具的精密机械平移台；3-微量进样器；4-压电泵或压电陶瓷；5-针头。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型进一步进行说明和描述

如图1所示实施例，液滴影像法界面流变测试装置，其主要结构包括固体样品台及其控制装置、液体进液装置及其控制装置、光学成像系统及其控制装置，带有二维水平调整功能的固体样品台装到样品台控制X向、Y向、Z向上方，带X、Y、Z向控制及水平调整功能的样品台部件装到样品台旋转控制平台下连接杆上，连接杆与镜头安装部件相连通，成像系统CCD及光学镜头安装于镜头俯仰调整架上，并连接到旋转台的连接杆的连通杆上，旋转平台固定在机箱架上；旋转平台、样品台、CCD及光学镜头均可以一起旋转，旋转平台表面用激光雕刻上角度刻度值，微量进样器固定在进样器进液及吸液控制部件上，进样器控制部件与进样器X向控制、Y向控制、Z向控制相组装，并固定在机箱架上。

所述的固体样品台，部分功能包括固体样品台可手动或电机控制X、Y、Z三个方向移动、水平控制以及样品台表面的安装孔设计；液体进样装置为电机控制或手动控制条件下的注射泵或蠕动泵，且进样装置手动或电机控制X、Y、Z三个方向移动；光学系统包括一个0.7～4.5连续或固定放大倍率的镜头、模拟或数字CCD或CMOS成像系统、LED可变亮度背景光或同轴光以及可手动控制镜头俯仰角度的一维水平控制平台；固体样品台部分与镜头部分连接在一起，并提供手动或电机控制垂直旋转功能。

如图2所示实施例，液体进样装置，主要由步进电机、装有夹具的精密机械平移台、微量进样器、压电泵或压电陶瓷、针头构成，步进电机连接装有夹具的精密机械平移台，夹具下端固定有微量进样器，微量进样器下端连接压电泵或压电陶瓷，压电泵下端连接有针头。

通过控制步进电机进而控制精密位移平台，通过位移平台的夹具结构，形成微量进样器向前进液并达到预期液体量，通过软件控制压电泵或压电陶瓷系统形成符合正弦、余弦、方波、锯齿变化振荡变化，进而使得针头下方形成一个振荡的液滴，为保证液滴形成的轮廓符合效果以及液滴能够吸引在针头。

本实用新型装置利用影像分析法测试界面化学和界面流变性质时，采用的测试方法为：

1、形成液滴并将液滴的图像拍摄下来

如图1所示的测试装置或类似仪器，使用CCD成像系统取得液滴的图像，并将图像使用BMP或TIF格式保存下来供使用，具体操作步骤为：

(1)吸取液体：将微量进样器固定在旋转微量进样器吸、进液控制部件，吸入液体相样品；

(2)放置被测固体相样器至样品台，如果被测样品为薄膜或纤维，则使用夹具将其固定、拉紧；

(3)调整焦距：控制进样器控制钮X向位移控制部件以及Y向位移控制部件，观测微量进样器针头的成像效果，直至清晰为止，本操作通常只需进行一次即可。

(4)液滴转移：旋转微量进样器控制部件，挤出一滴约1-5uL左右液体，如果被测固体样品为超疏水材料，则更换微量进样器针头为聚四氟乙烯或细针头0.3mm直径；旋转进样器位移控制Z向钮，控制进样器向下移动；液滴接触到固体相样品后，旋转进样器位移控制Z向钮，控制进样器向上移动；液体会因固体表面的吸附力作用，转移到固体相样品表面。

如果液滴形状为悬滴法时，无需液滴转移，直接将液滴滴出后保留在针头即可，如果采用旋转滴法时，液滴需装入一个高速旋转的离心管内，控制高速电机形成一个旋转滴即可。

(5)软件控制CCD成像系统拍摄影像资料。

2、形成振荡滴用以测试界面流变性质，具体实施方式为：

(1)见图2，悬滴法时，通过控制步进电机进而控制精密位移平台，通过位移平台的夹具结构，形成微量进样器向前进液并达到预期液体量，通过软件控制压电泵或压电陶瓷系统形成符合正弦、余弦、方波、锯齿变化振荡变化，进而使得针头下方形成一个振荡的液滴，为保证液滴形成的轮廓符合效果以及液滴能够吸引在针头，尽量找得符合要求的针头。

(2)在旋转滴法时，采用高响应直流无刷电机和运动控制装置，通过增加或减少电面转速来实现符合正弦曲线振荡电机转速，进而实现控制液滴振荡的目的。

将液滴图像通过高速相机拍摄下来，再利用液滴影像分析法，求解得出面积与表面/界面张力的变化，进而分析界面流变性质。

Claims (3)

1.液滴影像法界面流变测试装置，其主要结构包括固体样品台及其控制装置、液体进液装置及其控制装置、光学成像系统及其控制装置，其特征在于，带有二维水平调整功能的固体样品台装到样品台控制X向、Y向、Z向上方，带X、Y、Z向控制及水平调整功能的样品台部件装到样品台旋转控制平台下连接杆上，连接杆与镜头安装部件相连通，成像系统CCD及光学镜头安装于镜头俯仰调整架上，并连接到旋转台的连接杆的连通杆上，旋转平台固定在机箱架上；旋转平台表面用激光雕刻上角度刻度值，微量进样器固定在进样器进液及吸液控制部件上，进样器控制部件与进样器X向控制、Y向控制、Z向控制相组装，并固定在机箱架上。

2.根据权利要求1所述的液滴影像法界面流变测试装置，其特征在于，所述的固体样品台，包括可手动或电机控制X、Y、Z三个方向移动、水平控制以及样品台表面的安装孔设计；液体进样装置为电机控制或手动控制条件下的注射泵或蠕动泵，且进样装置手动或电机控制X、Y、Z三个方向移动；光学系统包括一个0.7～4.5连续或固定放大倍率的镜头、模拟或数字CCD或CMOS成像系统、LED可变亮度背景光或同轴光以及可手动控制镜头俯仰角度的一维水平控制平台，固体样品台部分与镜头部分连接在一起。

3.根据权利要求1所述的液滴影像法界面流变测试装置，其特征在于，所述的液体进样装置，主要由步进电机、装有夹具的精密机械平移台、微量进样器、压电泵或压电陶瓷、针头构成，步进电机连接装有夹具的精密机械平移台，夹具下端固定有微量进样器，微量进样器下端连接压电泵或压电陶瓷，压电泵下端连接有针头。

Images