CN205426723U - 稳态强磁场润湿角测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种稳态强磁场润湿角测量装置，由位于磁体内部的样品平台及光学镜头和位于磁体外部的图像采集系统组成。磁体内部的样品平台主要包括有机玻璃密封罩，导流管，背景屏幕，有机玻璃底座，不锈钢支撑杆，T型热电偶，塑料针头，基板，铜板，内窥镜。磁体外部图像采集系统主要包括CCD相机，计算机，图像采集软件等。液滴在基板上稳定之后通过光学成像系统获取液滴形状，经过图像数据处理得到润湿角的大小。本实用新型可以方便快捷地测量不同磁场强度下液体试样在不同基底上的润湿角。

Description

稳态强磁场润湿角测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种材料表面物理性质参数的测试装置，特别是涉及一种材料表面的润湿性质参数的测试装置，应用于材料物性参数测量技术领域。

背景技术

稳态强磁场作用下材料的诸多物理化学性质会发生改变，材料的热物性参数也会发生相应的变化。研究表明，金属凝固时过冷度、固液界面形貌以及表面张力会受到强磁场的影响而发生改变。润湿角与界面张力紧密相关，磁场改变材料的表面张力无疑也会改变材料的润湿角。因此，准确测量强磁场下的润湿角可以获得材料界面相互作用的许多信息。常规条件下，人们根据不同的测量原理已经设计了不同的润湿角测量方法，如：液滴法，量高法，转落法、插入法、悬滴法，并依此开发出各种商业润湿角测量仪。应用这些仪器，人们可以精确测量常规条件下各种液体的润湿角。但是，由于各种磁场效应的限制，常规条件下开发的商业润湿角测量仪并不能应用于磁场环境。随着磁场在材料，物理，化学等领域应用的快速发展，人们亟需了解润湿角在磁场下的变化规律。

实用新型内容

为了解决现有技术问题，本实用新型的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种结构简单，操作方便，且能够准确测量稳态磁场下材料润湿角的装置，并为揭示磁场下界面相关性质提供可靠的实验证据。

为达到上述实用新型创造目的，本实用新型采用如下发明构思：

根据稳态强磁体的结构特点，设计润湿角测量装置必须从空间尺度上满足磁体空间限制，以便该装置可以方便放入强磁体工作空间。需要考虑各种磁效应，并将图像采集系统及相关电子元器件置于远离磁场的区域。根据液滴法的基本原理，采用光学成像系统，将液滴在基底上的平衡形状记录下来，可获得液固界面与液气界面的夹角，即：润湿角。

根据上述发明构思，本实用新型采用下述技术方案：

一种稳态强磁场润湿角测量装置，包括样品平台、微量进样器、光学成像系统、分析装置和设备台架，样品平台包括基板和底座，基板设置于底座的上表面上，并维持基板的上表面保持水平状态；微量进样器由导流管和塑料针头组成，塑料针头竖直设置，待测液体试样通过导流管的一端输入后，从导流管的另一端连接的塑料针头底部出口滴落到基板上，在基板上形成液滴；光学成像系统由背景屏幕、冷光源和反光镜头、内窥镜光缆和CCD相机组成，CCD相机设置于内窥镜光缆的一端，在内窥镜光缆的另一端安装冷光源和反光镜头，使冷光源和反光镜头形成图像采集终端探头，背景屏幕竖直安装在底座上，冷光源和反光镜头在高于底座的高度位置处设置，使在基板上形成的液滴位于背景屏幕和冷光源和反光镜头之间，同时使冷光源和反光镜头相对于液滴之间的水平距离和高度达到设定值，并使在基板上形成的液滴落入冷光源和反光镜头的光照区域，以背景屏幕作为液滴的背景，使液滴光学图像依次通过冷光源和反光镜头和内窥镜光缆传输到CCD相机的镜头前方，通过CCD相机清晰地拍摄液滴的图像；内窥镜和导流管皆安装在底座上，在底座底部设置支撑杆，通过控制支撑杆的升降来调整底座的高度位置，使基板上的液滴处于由磁体产生的稳态磁场内，磁体安装在设备台架上，CCD相机通过内窥镜定位卡箍固定安装在支撑杆上，支撑杆也安装在设备台架上；采用透明密封罩将有底座的上端密封起来，避免空气流动等因素对液滴形状产生影响。分析装置为计算机，CCD相机采集的液滴的图像信息通过信号传输装置输入到计算机中进行数据分析，得出液滴在稳态强磁场下的润湿角数据。

作为本发明优选的技术方案，还设有温度控制与测试装置，温度控制与测试装置由铜板、T型热电偶和温度控制与测试仪组成，在底座上表面设有凹槽，将铜板安装在底座的凹槽内，将基板置在铜板上，T型热电偶的一端作为温度测试端与铜板直接接触或与铜板连接在一起，T型热电偶的另一端通过导线与测试仪的信号端连接。

作为本发明上述方案进一步优选的技术方案，上述CCD相机采集的液滴的图像信息通过数据线传输装置输送到计算机中进行数据分析。

作为本发明上述方案进一步优选的技术方案，上述冷光源和反光镜头的镜头中心线与液滴的顶部或液滴的中心保持处于同一高度。

作为本发明上述方案进一步优选的技术方案，上述磁体为空腔磁体，将底座设置于磁体内部空腔的磁场中心区域。

作为本发明上述方案进一步优选的技术方案，上述支撑杆通过自动升降装置进行升降运动，自动升降装置的固定基座安装在设备台架上。

本实用新型与现有技术相比较，具有如下实质性特点和优点：

1.本实用新型装置由位于磁体内部的样品平台及光学镜头和位于磁体外部的图像采集系统组成，在狭窄的磁体空间中能够实现液滴成像采集，方便获取磁场下液滴试样在不同基底上的润湿角，该装置用于磁场下润湿角测量使用简单，操作方便；

2.本实用新型装置采用有机玻璃罩将平台密封起来，消除了空气流动对液滴形状的扰动，利用固定导流管输入液体，满足在狭小的磁体空间内方便输入液体试样；

3.本实用新型装置的铜板使液滴温度恒定，减少温度不均匀的影响，减少物理测试误差；

4.本实用新型装置采用塑料毛细针头，一方面使液体方便地滴落在基板上，另一方面避免强磁场对针头的磁力作用；

5.本实用新型装置的内窥镜的使用可以满足在狭小磁体空间内获取液滴形状，同时CCD相机与镜头的分离也可以避免强磁场对相机的干扰。

附图说明

图1是本实用新型实施例一稳态强磁场润湿角测量装置的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1，一种稳态强磁场润湿角测量装置，包括样品平台、微量进样器、光学成像系统、分析装置和设备台架，样品平台包括基板10和底座5，基板10设置于底座5的上表面上，并维持基板10的上表面保持水平状态；微量进样器由导流管3和塑料针头8组成，塑料针头8竖直设置，待测液体试样通过导流管3的一端输入后，从导流管3的另一端连接的塑料针头8底部出口滴落到基板10上，在基板10上形成液滴9；光学成像系统由背景屏幕4、冷光源和反光镜头11、内窥镜光缆13和CCD相机15组成，CCD相机15设置于内窥镜光缆13的一端，在内窥镜光缆13的另一端安装冷光源和反光镜头11，使冷光源和反光镜头11形成图像采集终端探头，背景屏幕4竖直安装在底座5上，冷光源和反光镜头11在高于底座5的高度位置处设置，使在基板10上形成的液滴9位于背景屏幕4和冷光源和反光镜头11之间，同时使冷光源和反光镜头11的镜头中心线与液滴9的中心保持处于同一高度，同时还使冷光源和反光镜头11相对于液滴9之间的水平距离达到设定值，并使在基板10上形成的液滴9落入冷光源和反光镜头11的光照区域，以背景屏幕4作为液滴9的背景，使液滴9光学图像依次通过冷光源和反光镜头11和内窥镜光缆13传输到CCD相机15的镜头前方，通过CCD相机15清晰地拍摄液滴9的图像；内窥镜13和导流管3皆安装在底座5上，在底座5底部设置支撑杆6，通过控制支撑杆6的升降来调整底座5的高度位置，使基板10上的液滴9处于由磁体1产生的稳态磁场内，磁体1为空腔磁体，将底座5设置于磁体1内部空腔的磁场中心区域，磁体1安装在设备台架上，CCD相机15通过内窥镜定位卡箍14固定安装在支撑杆6上，支撑杆6也安装在设备台架上，支撑杆6通过自动升降装置进行升降运动，自动升降装置的固定基座安装在设备台架上；采用透明密封罩2将有底座5的上端密封起来，使液滴9在透明密封罩2内形成，并在透明密封罩2内对液滴9进行图像采集，CCD相机15设置于透明密封罩2的内部；分析装置为计算机16，CCD相机15采集的液滴9的图像信息通过信号数据线输入到计算机16中进行数据分析，得出液滴9在稳态强磁场下的润湿角数据。

在本实施例中，参见图1，还设有温度控制与测试装置，温度控制与测试装置由铜板12、T型热电偶7和温度控制与测试仪17组成，在底座5上表面设有凹槽，将铜板12安装在底座5的凹槽内，将基板10设置在铜板12上，T型热电偶7的一端作为温度测试端与铜板12与铜板12连接在一起，T型热电偶7的另一端通过导线与温度控制与测试仪17的信号端连接。

本实施例稳态强磁场润湿角测量装置主要由位于磁体1内部的样品平台、微量进样器及光学镜头和位于磁体1外部的图像采集与分析系统组成，系统结构紧凑。磁体1外部的图像采集与分析系统包括CCD相机15、计算机16和温度控制与测试仪17，使测试仪器设备与测试现场环境分离，将有机玻璃的底座5固定在不锈钢支撑杆6上，底座5上端凹槽内固定一片铜板12，基板10放置在铜片12上，使液滴9的温度更加均匀化，减少温度波动引起的测试误差。液体通过导流管3一端输入，另一端与塑料针头8连接。背景屏4固定在底座5上，内窥镜光缆13上端安装冷光源和成像镜头11，采用有机玻璃透明密封罩2将底座5的上端密封起来，减少外部环境对测试过程的干扰。整个内窥镜系统通过内窥镜定位卡箍14与不锈钢的支撑杆6水平连接。T型热电偶7一端通过支撑杆6和底座5连接在铜板12下表面，另一端与温度控制与测试仪17相连，组成温度测试系统。

利在本实施例中，参见图1，利用本实施例装置进行材料润湿角测量时，首先利用升降设备通过支撑杆6将平台部分送入强磁体圆柱空腔内的合适位置。将内窥镜光缆13伸入磁体空腔内，保持背景屏幕4下半部分区域、冷光源和反光镜头11的镜头中心线与液滴9的中心保持处于同一高度，将内窥镜光缆13固定在不锈钢支撑杆6上静止不动。液体通过导流管3输入，经过塑料针头8滴在基板10上。CCD相机15抓拍液滴9形状，输入到计算机16中分析、处理。温度控制与测试仪17与T型热电偶7相连监测环境温度。

利用本实施例装置测试稳态强磁场润湿角时，液滴在基板10上稳定之后通过光学成像系统获取液滴形状，经过图像数据处理得到润湿角的大小，能方便快捷地测量不同磁场强度下液体试样在不同基底上的润湿角。利用本实施例装置测试稳态强磁场润湿角时，将样品液滴9及成像镜头放入磁场中心区域，保持背景屏4的下半部表面区域、液滴9以及成像镜头三者中心接近同一水平高度。将液体滴在基板10上形成液滴9，待其稳定平衡后，光学成像系统记录液滴形状。将获得的液滴9形状图片通过图像数据处理得到润湿角大小。本实施例对常规条件下润湿角测量方法做了改进，从而应用于强磁场下润湿角的测量。可以简便、准确地测量材料在某一温度下的润湿角，对比不同磁场下润湿角的大小可以考察磁场对材料润湿性的影响。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，CCD相机15采集的液滴9的图像信息通过数据线传输装置输送到计算机16中进行数据分析，使分析装置远离磁体1和测试环境，提高设备整体布局的灵活性，更加有利于分析测试准确性的提高。

上面结合附图对本实用新型实施例进行了说明，但本实用新型不限于上述实施例，还可以根据本实用新型的实用新型创造的目的做出多种变化，凡依据本实用新型技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本实用新型的实用新型目的，只要不背离本实用新型稳态强磁场润湿角测量装置的技术原理和实用新型构思，都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种稳态强磁场润湿角测量装置，包括样品平台、微量进样器、光学成像系统、分析装置和设备台架，其特征在于：所述样品平台包括基板（10）和底座（5），所述基板（10）设置于所述底座（5）的上表面上，并维持所述基板（10）的上表面保持水平状态；所述微量进样器由导流管（3）和塑料针头（8）组成，所述塑料针头（8）竖直设置，待测液体试样通过所述导流管（3）的一端输入后，从所述导流管（3）的另一端连接的所述塑料针头（8）底部出口滴落到所述基板（10）上，在所述基板（10）上形成液滴（9）；所述光学成像系统由背景屏幕（4）、冷光源和反光镜头（11）、内窥镜光缆（13）和CCD相机（15）组成，所述CCD相机（15）设置于所述内窥镜光缆（13）的一端，在所述内窥镜光缆（13）的另一端安装所述冷光源和反光镜头（11），使所述冷光源和反光镜头（11）形成图像采集终端探头，所述背景屏幕（4）竖直安装在所述底座（5）上，所述冷光源和反光镜头（11）在高于所述底座（5）的高度位置处设置，使在所述基板（10）上形成的液滴（9）位于所述背景屏幕（4）和所述冷光源和反光镜头（11）之间，同时使所述冷光源和反光镜头（11）相对于液滴（9）之间的水平距离和高度达到设定值，并使在所述基板（10）上形成的液滴（9）落入所述冷光源和反光镜头（11）的光照区域，以所述背景屏幕（4）作为液滴（9）的背景，使液滴（9）光学图像依次通过所述冷光源和反光镜头（11）和所述内窥镜光缆（13）传输到CCD相机（15）的镜头前方，通过所述CCD相机（15）清晰地拍摄液滴（9）的图像；所述内窥镜光缆（13）和所述导流管（3）皆安装在所述底座（5）上，在所述底座（5）底部设置支撑杆（6），通过控制支撑杆（6）的升降来调整所述底座（5）的高度位置，使所述基板（10）上的液滴（9）处于由磁体（1）产生的稳态磁场内，所述磁体（1）安装在所述设备台架上，所述CCD相机（15）通过内窥镜定位卡箍（14）固定安装在所述支撑杆（6）上，所述支撑杆（6）也安装在所述设备台架上；采用透明密封罩（2）将有所述底座（5）的上端密封起来，使液滴（9）在所述透明密封罩（2）内形成，并在所述透明密封罩（2）内对液滴（9）进行图像采集，所述CCD相机（15）设置于所述透明密封罩（2）的内部；所述分析装置为计算机（16），所述CCD相机（15）采集的液滴（9）的图像信息通过信号传输装置输入到所述计算机（16）中进行数据分析，得出液滴（9）在稳态强磁场下的润湿角数据。

2.根据权利要求1所述稳态强磁场润湿角测量装置，其特征在于：还设有温度控制与测试装置，所述温度控制与测试装置由铜板（12）、T型热电偶（7）和温度控制与测试仪（17）组成，在所述底座（5）上表面设有凹槽，将所述铜板（12）安装在所述底座（5）的凹槽内，将所述基板（10）设置在所述铜板（12）上，所述T型热电偶（7）的一端作为温度测试端与所述铜板（12）直接接触或与所述铜板（12）连接在一起，所述T型热电偶（7）的另一端通过导线与所述测试仪（17）的信号端连接。

3.根据权利要求1所述稳态强磁场润湿角测量装置，其特征在于：所述CCD相机（15）采集的液滴（9）的图像信息通过数据线传输装置输送到所述计算机（16）中进行数据分析。

4.根据权利要求1所述稳态强磁场润湿角测量装置，其特征在于：所述冷光源和反光镜头（11）的镜头中心线与液滴（9）的顶部或液滴（9）的中心保持处于同一高度。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述稳态强磁场润湿角测量装置，其特征在于：所述磁体（1）为空腔磁体，将所述底座（5）设置于所述磁体（1）内部空腔的磁场中心区域。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述稳态强磁场润湿角测量装置，其特征在于：所述支撑杆（6）通过自动升降装置进行升降运动，所述自动升降装置的固定基座安装在所述设备台架上。