CN204314182U

CN204314182U - 一种基于分析天平的界面张力和接触角测试装置

Info

Publication number: CN204314182U
Application number: CN201420747778.4U
Authority: CN
Inventors: 施建辉
Original assignee: SHANGHAI SOLON INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SOLON INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2024-12-04

Abstract

本专利公布了一种基于分析天平的界面张力和接触角测试装置，其特征在于，包括：升降系统、升降系统支架、恒温样品池、样品台、称重系统，所述称重系统包括白金板、白金板支架、挂钩支架、样品支架、分析天平，样品台一侧固定安装在升降系统的输出端，样品台上安装有恒温样品池，恒温样品池中设置有白金板，白金板通过白金板支架和挂钩支架安装在样品支架顶端，样品支架底端安装在分析天平上。本专利涉及的技术可广泛应用于日化、农药、石油化工、表面活性剂研究、消防、电力等各个行业领域，具有极高的推广价值。

Description

一种基于分析天平的界面张力和接触角测试装置

技术领域

本实用新型公布了一种采用分析天平作为称重传感器，利用分析天平现有的上置托盘或者侧挂托盘的结构，增加一套升降机构，实现界面张力、表面张力以及接触角测值的装置。

背景技术

白金板法（Wilhelmy plate method）作为一种经典的方法由L.Wilhelmy1863年提出（关于酒精毛细常数对被湿润固体的物质和形状的依赖性Ueber die Abhangigkeit der Capillaritats - Constanten des Alkohols von Substanz und Gestalt des benetzlen festen Korpers,Von.Ludwig Wilhelmy, Ann. Phys., 119,177(1863)）。这种方法与白金环法（DuNouy ring）一起组成了称重原理测试液－气表面张力或液－液界面张力的经典方法。通过将白金板更换成已知润湿周长的固体样品，在液体表面张力值已知的情况下，可以测试固－液－气三相间的接触角值，即众所周知的润湿天平或动态接触角技术。应用白金环法或者白金板法测试表面张力、界面张力或接触角的装置已经实现了商业化，包括Kruss、Dataphysics、KSV、Cahn、Kyowa、USA KINO、上海梭伦信息科技有限公司、上海中晨数字技术有限公司、承德试验机厂等公司。从商业化的仪器来看，其技术特点主要体现为：（1）采用经典的传感器联接结构，即传感器位于整体结构的上方，通过下挂称钩联接白金板或白金环后完成测试目的。

国内外的已经公开的实用新型中与表面张力相关的实用新型非常多，涉及的原理包括了称重法、最大气泡法、滴体积法、毛细管法、激光法等等。其中，与本实用新型相关的称重法的实用新型最多，特别在中国相关实用新型达到了近30项。总体来看的情况如下：（1）对测试探针（如板或环）的改进的，包括ZL 200620131314.6《一种液体表面张力系数测定仪》、ZL02246571.5《表面张力测量吊片》、ZL200910116749.1《一种液体表面张力系数测量仪器》等；这些实用新型与本实用新型所述求的技术没有关系而不影响本实用新型的创新性；（2）对称重传感器的改进的，包括ZL01216371《液体界面张力仪》、ZL01254339.X《一种液体表面张力系数测定仪》、ZL200520039453.1《一种自动液体表面张力检测仪》、ZL 200610054181.1《变温液体表面张力系数测定实验装置》、ZL 200620051680.0《一种液体表面张力系数测定仪》、ZL 201120020899.5《自动界面张力测定仪》等，其创新点在于采用了扭力丝或改进了扭力丝传感器、或引入新的传感器（如应变片传感器、分析天平）等，与本实用新型所述的创新性结构（不改变分析天平结构的情况下增加一个升降机构）不存在冲突，因而不影响本实用新型的创新性；（3）对样品池温度控制或样品台等部分结构的创新，包括ZL02213618.5《液体表面张力测定用样品台》、ZL200820208896.2《一种测定液体表面张力系数的实验装置》、ZL201120008560.3《化学教学用液体表面张力系数测量装置》等，由于涉及的创新点与本实用新型无关，也不影响本实用新型的创新性；（4）表面张力测试整体结构的创新，包括ZL 201020159905.0《白金板法测试液-气表面张力和液 -液界面张力的仪器》、ZL 201120065224.2《一种液体铂金环法表面/界面张力仪》、日本专利JP2001099772A《表面张力测定方法》（日本KYOWA手动表面张力仪）等，这些实用新型的结构采用了与实用新型不一致的联结关系，因而也不影响本实用新型的创新性。

本实用新型创新性的提出了一个全新的联结关系，充分利用了分析天平原有结构，实现了一机多用既可以测试表面张力、界面张力和接触角等界面化学参数，又可以用作分析天平和密度天平。本实用新型涉及的技术可广泛应用于日化、农药、石油化工、表面活性剂研究、消防、电力等各个行业领域，具有极高的推广价值。

发明内容

本实用新型为实现如上目的，本实用新型表面张力测试装置的结构组成、部件选用及其联结关系等各个方面均作了精心设计。具体发明内容如下：

一种基于分析天平的界面张力和接触角测试装置，包括：升降系统、升降系统支架、恒温样品池、样品台、称重系统，所述称重系统包括白金板、白金板支架、挂钩支架、样品支架、分析天平，样品台一侧固定安装在升降系统的输出端，样品台上安装有恒温样品池，恒温样品池中设置有白金板，白金板通过白金板支架和挂钩支架安装在样品支架顶端，样品支架底端安装在分析天平上。

所述升降系统由壳体、手轮、电机、升降运动面板、限位开关、丝杆、滑块、导轨系统、联轴器、控制接口，手轮位于电机的上方并与电机相连接，电机固定到壳体上，电机的输出端通过联轴器与丝杆相连接，丝杆上设有滑块，滑块的两侧设有导轨系统，丝杆的顶端和低端分别设置有一个限位开关。

所述称重系统的样品支架设计成C形，C形的样品支架底部固定到分析天平的托盘孔内，挂钩支架下方吊挂有白金板。

还包括称重传感器和单片机，称重传感器安装在样品台的下方或后方，称重传感器与单片机电连接。

本实用新型的优点是：本实用新型创新性的提出了一个界面张力和接触角测值的装置与分析天平结合的结构，充分利用了分析天平原有结构，实现了一机多用，本实用新型既可以测试表面张力、界面张力和接触角等界面化学参数，又可以用作分析天平和密度天平。

附图说明

图1：白金板法基本原理图；

图2：本实用新型所述的界面张力和接触角测试装置结构图；

图1-2中：1－升降系统；2-升降系统支架；3－恒温样品池；4－挂钩支架；5－白金板；6－样品支架；7－样品台；8－分析天平；9-白金板支架。

图3：本实用新型所述的界面张力和接触角测试装置中升降系统结构图；

图3中：31－手轮；32-电机；33－升降运动面板；34－限位开关；

图4：本实用新型所述的界面张力和接触角测试装置中升降系统结构图。

图4中： 35－丝杆导轨系统；36－联轴器；37-控制接口。

具体实施方式

为了实现本实用新型所提及的一机多用即通过改进分析天平的结构实现测试表面张力和接触角目的后，同样，该装置仍可以用于分析天平的称量功能以及密度分析天平等功能；以及实现动态修正接触角和浮力值的目的，本实用新型对于装置中的结构及其联关系进行了全面创新。具体实施方式如下：

1、选用商业化的分析天平作为测试表面张力、界面张力和接触角的传感器，具体实施细节包括：（1）将分析天平的后面板玻璃（赛多利斯、梅特勒以及恒平等分析天平）取下更换成创新设计了升降系统，并将其固定在分析天平基座上；（2）对于后面板拥有线路板的分析天平（如梅特勒天平或国产其他品牌天平），则可以通过取下升降运动面板后，利用升降运动面板和壳体的结构，固定升降系统。（3）利用分析天平现有的称盘结构（上置称盘结构或后置称称盘结构），将现有的称盘取下并安装上一个C形样品台（如附图2－4所示）。通过如上的不使用分析天平或传感器的下称钩的连接方式，实现一个创新性的结构。

2、设计一套包括了手轮（31）、电机(32)、升降运动面板(33)、限位开关(34)、丝杆导轨系统（35）、联轴器(36)、控制接口(37)、导轨系统的光学平台作为升降系统（1）。通过控制电机的运动或手动拧动手轮（在手动系统中），实现样品台的上下运动。手轮位于电机的上方并与电机相连接，电机通过电机座（未标示）固定到样品台的壳体上后再使用联轴器与丝杆相连接；导轨系统；升降运动面板通过丝杆螺母固定到丝杆上。

3、设计一套包括了升降系统(1)、升降系统支架(2)、样品台(7)、恒温样品池（3）组成的样品台升降结构。具体实施方式如下：将如上2所述的光学平移台固定到升降系统支架上后，与改制的后面板或升降运动面板相连接，从而实现固定到分析天平机座上的目的；在样品台上面装上一个恒温样品池后与样品台与升降系统相连接。通过电机或手动控制样品台的升降，实现样品台的升降；在样品池内放置被测样品后，在保持白金板位置不变的情况下，通过升起样品台使用被测液体接触到白金板，再通过本实用新型提及的表面张力测试方法，计算得出接触角值和相应的表面张力值。

4、设计一套包括了白金板（5）、挂钩支架（4）、样品支架（6）、样品台（7）、分析天平（8）在内的白金板法称重系统。具体实施方式如下：（1）样品支架设计成C形，其目的为绕开升降平台后，在升降平台的上方形成一个支架以便挂上白金板。（2）将C形样品支架固定到分析天平的托盘孔内（上置托盘为上方，后置托盘分析天平为后方）；（3）在样品支架上方放入一个挂钩支架；（4）白金板挂在白金板挂钩支架下方。通过如上所提及的特殊设计的C形这样的样品支架，形成称重传感器与样品支架的连接位置在样品台下方或后方，白金板悬挂点在样品台上方，样品台位于样品支架C形弧内的特殊结构关系，进而为实现测试表面张力目的提供必需结构。

5、测试表面张力、界面张力的实现方式：通过将被测试液体（一种或两种液体）放置到恒温样品池后，将白金板悬挂于样品支架上，并停留于下层液体上方的空气（表面张力）或上层液体内（界面张力），控制电机或手拧动升降系统，升起样品台，通过分析天平的称值变化达到阀值以否，判断是否找到液面。一旦找到液面，即停止升起样品台。完成一段时间的动态表面张力或界面张力测试后，控制电机下降样品台或手控动升降系统，下降样品台，直到白金板离开下层液体。

6、测试接触角的实现方式：通过采用如上5所述方式，先测试得出相应液体的表面张力值。再将被测试固体使用夹具固定到样品支架下方后，升起样品台，一旦接触到液体后，立即停止升降。动态捕捉液体在固体样品的爬升过程以及速度（重量－时间）。

7、分析天平作为称重功能和密度天平功能的实现方式：取下恒温样品池以及样品台，取下样品支架，装了分析天平原有的托盘，即可完成从表面张力测试功能到称重功能的转变；通过取下白金板支架，挂上密度天平托盘（分析天平原厂的配件），即可快速完成密度天平的功能实现。

实验证明，通过本实用新型创新性的提出的一个全新的联结关系，充分利用了分析天平原有结构，实现了一机多用既可以测试表面张力、界面张力和接触角等界面化学参数，又可以用作分析天平和密度天平。本实用新型涉及的技术可广泛应用于日化、农药、石油化工、表面活性剂研究、消防、电力等各个行业领域，具有极高的推广价值。

Claims

1.一种基于分析天平的界面张力和接触角测试装置，其特征在于，包括：升降系统、升降系统支架、恒温样品池、样品台、称重系统，所述称重系统包括白金板、白金板支架、挂钩支架、样品支架、分析天平，样品台一侧固定安装在升降系统的输出端，样品台上安装有恒温样品池，恒温样品池中设置有白金板，白金板通过白金板支架和挂钩支架安装在样品支架顶端，样品支架底端安装在分析天平上。

2.根据权利要求1所述的基于分析天平的界面张力和接触角测试装置，其特征在于，所述升降系统由壳体、手轮、电机、升降运动面板、限位开关、丝杆、滑块、导轨系统、联轴器、控制接口，手轮位于电机的上方并与电机相连接，电机固定到壳体上，电机的输出端通过联轴器与丝杆相连接，丝杆上设有滑块，滑块的两侧设有导轨系统，丝杆的顶端和低端分别设置有一个限位开关。

3.根据权利要求1所述的基于分析天平的界面张力和接触角测试装置，其特征在于，所述称重系统的样品支架设计成C形，C形的样品支架底部固定到分析天平的托盘孔内，挂钩支架下方吊挂有白金板。

4.根据权利要求1所述的基于分析天平的界面张力和接触角测试装置，其特征在于，还包括称重传感器和单片机，称重传感器安装在样品台的下方或后方，称重传感器与单片机电连接。