CN214703204U - 一种测量液-液相体系的表面张力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量液‑液相体系的表面张力装置，所述图像采集组件与所述第二框体可拆卸连接，并位于所述第二框体的顶部，所述测试平台组件与所述支撑架的顶部可拆卸连接，并位于所述第一框体和所述第二框体之间，所述针头固定组件与所述第一框体可拆卸连接，并位于所述第一框体的顶部，所述注液组件与所述支撑架可拆卸连接，并位于所述第一框体远离所述测试平台组件的侧面，通过该装置实现了待测液体抽取和注液、液滴滴落图像采集与处理等功能，通过软件计算，完成了液‑液体系间表面张力的测量，测量精确度较高。

Description

一种测量液-液相体系的表面张力装置

技术领域

本实用新型涉及液体表面张力测量技术领域，尤其涉及一种测量液-液相体系的表面张力装置。

背景技术

表面张力是液体的重要热物性参数，在研究薄膜流体、多相流体系间流动状态等方面，表面张力值是最关键的调控参数。在乳液体系中，液-液相间的表面性质和界面效应，对液滴的聚并和分离起着主导作用，是研究界面动力学的基础。

目前表面张力测量方法主要有最大气泡法、圆环法、毛细管法、悬滴法等。市面上大部分的表面张力测试仪是基于圆环法机理，将圆桶形金属吊环部分浸入液体中，观察吊环从液体中拉起时的物理过程，吊环拉断液面的瞬间的拉力峰值，即为该液体的表面张力。受测量原理的限制，该方法不能准确测量液-液相体系的表面张力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种测量液-液相体系的表面张力装置，旨在解决现有技术中的不能准确测量液-液相体系的表面张力的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的一种测量液-液相体系的表面张力装置，包括支撑架、第一框体、第二框体、图像采集组件、测试平台组件、针头固定组件和注液组件，所述第一框体与所述支撑架固定连接，并位于所述支撑架的顶部，所述第二框体与所述支撑架的顶部固定连接，并位于所述第一框体的一端，且所述第二框体与所述第一框体平行设置，所述图像采集组件与所述第二框体可拆卸连接，并位于所述第二框体的顶部，所述测试平台组件与所述支撑架的顶部可拆卸连接，并位于所述第一框体和所述第二框体之间，所述针头固定组件与所述第一框体可拆卸连接，并位于所述第一框体的顶部，所述注液组件与所述支撑架可拆卸连接，并位于所述第一框体远离所述测试平台组件的一端；

所述针头固定组件包括万用夹头、固定块、第一连接杆、第二连接杆和平移台，所述万用夹头与所述固定块可拆卸连接，并位于所述固定块的下方，所述固定块与所述第一连接杆可拆卸连接，并位于所述第一连接杆的侧面，所述第一连接杆与所述第二连接杆可拆卸连接，并位于所述第二连接杆的下方，所述第二连接杆与所述平移台可拆卸连接，并位于所述平移台的顶端。

其中，所述万用夹头包括三爪、夹套、齿轮和螺栓，所述三爪与所述夹套螺纹连接，并位于所述夹套的底部，所述夹套与所述齿轮啮合，并位于所述齿轮的底部，所述齿轮与所述螺栓螺纹连接，并位于所述螺栓的底部，所述螺栓与所述固定块可拆卸连接，并套设于所述固定块的内部。

其中，所述图像采集组件包括相机、相机镜头和背光源，所述相机与所述第二框体可拆卸连接，并位于所述第二框体的顶部，所述相机镜头与所述相机可拆卸连接，并位于所述相机的一端，所述背光源与所述第一框体可拆卸连接，并位于所述第一框体靠近所述相机的侧面。

其中，所述测试平台组件包括升降台和比色皿，所述升降台与所述支撑架可拆卸连接，并位于所述万用夹头的下方，所述比色皿放置于所述升降台的顶部，并位于所述万用夹头的下方。

其中，所述注液组件包括注液泵、注射器、导管和针头，所述注液泵与所述支撑架可拆卸连接，并位于所述第一框体远离所述万用夹头的侧面，所述注射器与所述注液泵可拆卸连接，并位于所述注液泵的顶部，所述注射器通过所述导管与所述针头可拆卸连接，所述针头与所述三爪可拆卸连接，并位于所述三爪的下方。

其中，所述测量液-液相体系的表面张力装置还包括四个脚座，四个所述脚座分别与支撑架可拆卸连接，并均位于所述支撑架的底部。

其中，每个所述脚座包括连接板和脚杯，所述连接板与所述支撑架可拆卸连接，并位于所述支撑架的底部，所述脚杯与所述连接板螺纹连接，并位于所述连接板的底部。

本实用新型的有益效果为：通过该装置实现了待测液体抽取和注液、液滴滴落图像采集与处理等功能，将采集到的图片导入软件处理系统，并输入内相液体密度、外相液体密度、针头实际直径、针头像素直径、图片针头长度像素、图片长度像素和液滴半径像素等参数，通过软件计算，完成了液-液体系间表面张力的测量，测量精确度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的测量液-液相体系的表面张力装置的结构示意图。

图2是本实用新型的注液组件的结构示意图。

图3是本实用新型的万用夹头的结构示意图。

图4是本实用新型的脚座的结构示意图。

图5是本实用新型的不同质量分数表面活性剂的甘油溶液在粘度为30000mPa·s硅油中的表面张力的测量结果。

1-支撑架、2-第一框体、3-第二框体、4-图像采集组件、5-测试平台组件、6-针头固定组件、7注液组件、8-外壳、9-脚座、41-相机、42-相机镜头、43-背光源、51-比色皿、52-升降台、61-万用夹头、62-固定块、63-第一连接杆、64-第二连接杆、65-平移台、71-注液泵、72-注射器、73-导管、74-针头、91-连接板、92-脚杯、611-三爪、612-夹套、613-齿轮、614-螺栓。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图4，本实用新型提供了一种测量液-液相体系的表面张力装置，包括支撑架1、第一框体2、第二框体3、图像采集组件4、测试平台组件5、针头固定组件6和注液组件7，所述第一框体2与所述支撑架1固定连接，并位于所述支撑架1的顶部，所述第二框体3与所述支撑架1的顶部固定连接，并位于所述第一框体2的一端，且所述第二框体3与所述第一框体2平行设置，所述图像采集组件4与所述第二框体3可拆卸连接，并位于所述第二框体3的顶部，所述测试平台组件5与所述支撑架1的顶部可拆卸连接，并位于所述第一框体2和所述第二框体3之间，所述针头固定组件6与所述第一框体2可拆卸连接，并位于所述第一框体2的顶部，所述注液组件7与所述支撑架1可拆卸连接，并位于所述第一框体2远离所述测试平台组件5的一端；

所述针头固定组件6包括万用夹头61、固定块62、第一连接杆63、第二连接杆64和平移台65，所述万用夹头61与所述固定块62可拆卸连接，并位于所述固定块62的下方，所述固定块62与所述第一连接杆63可拆卸连接，并位于所述第一连接杆63的侧面，所述第一连接杆63与所述第二连接杆64可拆卸连接，并位于所述第二连接杆64的下方，所述第二连接杆64与所述平移台65可拆卸连接，并位于所述平移台65的顶端。

在本实施方式中，所述支撑架1、所述第一框体2和所述第二框体3均由多个铝型材构成，所述第一框体2用于支撑针头固定组件6，所述第二框体3用于支撑所述图像采集组件4，所述万用夹头61上端螺纹处的孔与所述固定块62的两侧孔重合，并用M3螺栓连接，所述平移台65采用XY轴手动平移台。

进一步地，所述万用夹头61包括三爪611、夹套612、齿轮613和螺栓614，所述三爪611与所述夹套612螺纹连接，并位于所述夹套612的底部，所述夹套612与所述齿轮613啮合，并位于所述齿轮613的底部，所述齿轮613与所述螺栓614螺纹连接，并位于所述螺栓614的底部，所述螺栓614与所述固定块62可拆卸连接，并套设于所述固定块62的内部。

在本实施方式中，所述螺栓614采用黄铜螺栓，所述齿轮613为伞形齿轮，顺时针拧动所述螺栓614使所述齿轮613与所述夹套612间变松，从而带动所述三爪611向下移动，所述三爪611中间间隙变小，用于夹紧尺寸较小的所述针头74，逆时针拧动所述螺栓614使所述齿轮613与所述夹套612间变紧，从而带动所述三爪611向上移动，所述三爪611中间间隙变大，用于夹紧尺寸较大的所述针头74，将所述针头74一端连接所述导管73，然后将所述针头74塞入所述万用夹头61中，所述针头74的另一端利用所述万用夹头61固定在中心位置，从而完成对所述针头74的夹紧，换取不同大小的所述针头74时只需轻轻拧松所述万用夹头61，便可完成换取过程，实验中可根据液体表面张力的测量范围调整所述针头74大小，从而提高测量准确度。

进一步地，所述图像采集组件4包括相机41、相机镜头42和背光源43，所述相机41与所述第二框体3可拆卸连接，并位于所述第二框体3的顶部，所述相机镜头42与所述相机41可拆卸连接，并位于所述相机41的一端，所述背光源43与所述第一框体2可拆卸连接，并位于所述第一框体2靠近所述相机41的侧面。

在本实施方式中，所述相机41采用CCD相机，采集图像时，首先打开所述背光源43，所述相机41连接电脑，根据电脑实时图像调整所述针头74的位置，确保所述针头74位于画面中心位置。

进一步地，所述测试平台组件5包括比色皿51和升降台52，所述升降台52与所述支撑架1可拆卸连接，并位于所述万用夹头61的下方，所述比色皿51放置于所述升降台52的顶部，并位于所述万用夹头61的下方。

在本实施方式中，在所述比色皿51中放入待测内相液体，调整所述升降台52，使所述针头74没入液体中，利用所述注液泵71的抽取功能，将待测内相液体吸入所述注射器72中，再调整所述升降台52，更换所述比色皿51。将外相不相溶的液体放入另一个所述比色皿51中，调整所述升降台52到所述针头74没入液体中，利用所述注液泵71注液，内相液体从所述针头74缓慢滴落，通过所述图像采集组件4记录其过程。

进一步地，所述注液组件7包括注液泵71、注射器72、导管73和针头74，所述注液泵71与所述支撑架1可拆卸连接，并位于所述第一框体2远离所述万用夹头61的侧面，所述注射器72与所述注液泵71可拆卸连接，并位于所述注液泵71的顶部，所述注射器72通过所述导管73与所述针头74可拆卸连接，所述针头74与所述三爪611可拆卸连接，并位于所述三爪611的下方。

在本实施方式中，所述注液泵71通过电动的方式控制丝杠正转和反转，实现注射器72注液和抽取两种工作模式。抽取时，所述注射器72的芯杆在所述注液泵71的带动下向后回退，液体吸入到所述注射器72中。注液时，所述注射器72的芯杆在所述注液泵71的带动下向前推进，液体从所述注射器72中挤出，从所述针头74处滴落。

进一步地，所述测量液-液相体系的表面张力装置还包括四个脚座9，四个所述脚座9分别与支撑架1可拆卸连接，并均位于所述支撑架1的底部。

在本实施方式中，安装所述脚座9，便于搬运和保证装置水平。

进一步地，每个所述脚座9包括连接板91和脚杯92，所述连接板91与所述支撑架1可拆卸连接，并位于所述支撑架1的底部，所述脚杯92与所述连接板91螺纹连接，并位于所述连接板91的底部。

在本实施方式中，旋转所述脚杯92能够实现与所述连接板91的相对运动，根据使用的需要，调整个四个所述脚座9的高度，从而实现装置的调平。

测量步骤如下：

打开所述图像采集组件4的所述相机41和所述背光源43；

将待测内相液体放入所述比色皿51中，调整所述针头74的位置，让所述针头74位于图像的中心位置；

将所述针头74插入装满内相液体的所述比色皿51中，所述注液泵71将内相液体从所述针头74吸入到所述注射器72中；

更换装有外相液体的所述比色皿51，确保所述针头74位于图像中心位置；

调整所述注液泵71的注液速率，让内相液体从所述针头74缓慢滴落，利用所述图像组件4记录并保存液滴滴落的全过程；

将采集到的图片导入软件处理系统，并输入对应的参数，完成对液-液相表面张力值的测量。

具体的，首先打开所述背光源43，所述相机41连接电脑，根据电脑实时图像调整所述针头74的位置，确保所述针头74位于画面中心位置，在所述比色皿51中放入待测内相液体，调整所述升降台52，使所述针头74没入内相液体中，利用所述注液泵71的抽取功能，将待测内相液体吸入所述注射器72中，再调整所述升降台52，更换所述比色皿51。将外相不相溶的液体放入另一个所述比色皿51中，调整所述升降台52到所述针头74没入外相液体中，利用所述注液泵71注液，内相液体从所述针头74缓慢滴落，通过所述图像采集组件4记录其过程，将采集到的图片导入软件处理系统，并输入内相液体密度、外相液体密度、针头实际直径、针头像素直径、图片针头长度像素、图片长度像素和液滴半径像素等参数，通过软件计算，完成对液-液相表面张力值的测量。

具体实施例一：

测量纯甘油在粘度为30000mPa·s硅油中的表面张力。

在所述支撑架1上放置水平仪，通过调整四个所述脚座9的高度，实现装置的调平，确保测量的液-液相表面张力的准确度。

利用所述万用夹头61夹紧外径为0.91mm的所述针头74，夹紧时应把所述针头74放置在所述相机41的中心位置，且夹取所述针头74露出长度不应过长。

利用所述注液泵71的抽取功能，抽取所述比色皿51中的待测液体纯甘油到所述注射器72中。所述注液泵71拟采用兰格LSP01-1A型注液泵，此款注液泵可以控制所述注射器72中液体的抽取和出液速率，进而控制液体抽取和滴落速率。更换新的所述比色皿51，盛放粘度为30000mPa·s硅油，调整所述升降台52，让所述针头74没入硅油中。利用所述注液泵71注液功能，设置所述注液泵71的流量为2mL/h，使甘油从所述针头74缓慢垂直滴落。

打开所述相机41和所述背光源43，通过计算机实时观察液滴滴落。由于液体的表面张力各有不同，会导致所述针头74出现液滴的大小也各有差异，此时需要调整所述平移台65，改变所述相机镜头42与所述针头74的空间位置，让液滴尽可能占满屏幕的2/3，并处于中心位置。设置所述相机41拍摄图片间隔为0.01s，点击开始拍摄，记录液滴滴落全过程后，停止拍摄。

启动计算机的表面张力测量应用程序，将采集到的图片导入软件处理系统，通过输入内相液体纯甘油密度值：1200kg/m³，外相液体30000mPa·s硅油密度值：975kg/m³，所述针头74实际直径值：0.91mm，所述针头74像素直径值：205pixs，所述针头74长度像素值：272pixs，图片长度像素值：1400pixs，液滴半径像素值：374pixs参数，完成对纯甘油-30000mPa·s硅油表面张力值的测量。

本具体实施例以室内温度25℃，纯甘油在粘度为30000mPa·s硅油中的表面张力为例，测量结果纯甘油表面张力为26.94mN/m。查表得在25℃下，纯甘油在粘度为30000mPa·s硅油中的表面张力为27.5mN/m。

具体实施例二：

测量不同质量分数表面活性剂的甘油溶液在粘度为30000mPa·s硅油中的表面张力，本次实例用的表面活性剂为吐温20。

配置表面活性剂质量分数分别为0.1％，0.5％，1％，1.5％，2％，3％，4％，5％的吐温20-甘油溶液，按照实例1的测试方法进行测量，测量结果如图5所示。

表面活性剂特性是能改变溶液的表面张力，但当表面活性剂的质量分数达到饱和时，溶液的表面张力便不再改变。请参阅图5，可以看出测量结果是符合表面活性剂对改变甘油溶液表面张力的特性。

综上，通过该装置实现了待测液体抽取和注液、液滴滴落图像采集与处理等功能，完成了液-液体系间表面张力的测量，测量精确度较高，且成本便宜，能实现规模化生产。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种测量液-液相体系的表面张力装置，其特征在于，

包括支撑架、第一框体、第二框体、图像采集组件、测试平台组件、针头固定组件和注液组件，所述第一框体与所述支撑架固定连接，并位于所述支撑架的顶部，所述第二框体与所述支撑架的顶部固定连接，并位于所述第一框体的一端，且所述第二框体与所述第一框体平行设置，所述图像采集组件与所述第二框体可拆卸连接，并位于所述第二框体的顶部，所述测试平台组件与所述支撑架的顶部可拆卸连接，并位于所述第一框体和所述第二框体之间，所述针头固定组件与所述第一框体可拆卸连接，并位于所述第一框体的顶部，所述注液组件与所述支撑架可拆卸连接，并位于所述第一框体远离所述测试平台组件的一端；

所述针头固定组件包括万用夹头、固定块、第一连接杆、第二连接杆和平移台，所述万用夹头与所述固定块可拆卸连接，并位于所述固定块的下方，所述固定块与所述第一连接杆可拆卸连接，并位于所述第一连接杆的侧面，所述第一连接杆与所述第二连接杆可拆卸连接，并位于所述第二连接杆的下方，所述第二连接杆与所述平移台可拆卸连接，并位于所述平移台的顶端。

2.如权利要求1所述的测量液-液相体系的表面张力装置，其特征在于，

所述万用夹头包括三爪、夹套、齿轮和螺栓，所述三爪与所述夹套螺纹连接，并位于所述夹套的底部，所述夹套与所述齿轮啮合，并位于所述齿轮的底部，所述齿轮与所述螺栓螺纹连接，并位于所述螺栓的底部，所述螺栓与所述固定块可拆卸连接，并套设于所述固定块的内部。

3.如权利要求1所述的测量液-液相体系的表面张力装置，其特征在于，

所述图像采集组件包括相机、相机镜头和背光源，所述相机与所述第二框体可拆卸连接，并位于所述第二框体的顶部，所述相机镜头与所述相机可拆卸连接，并位于所述相机的一端，所述背光源与所述第一框体可拆卸连接，并位于所述第一框体靠近所述相机的侧面。

4.如权利要求2所述的测量液-液相体系的表面张力装置，其特征在于，

所述测试平台组件包括升降台和比色皿，所述升降台与所述支撑架可拆卸连接，并位于所述万用夹头的下方，所述比色皿放置于所述升降台的顶部，并位于所述万用夹头的下方。

5.如权利要求4所述的测量液-液相体系的表面张力装置，其特征在于，

所述注液组件包括注液泵、注射器、导管和针头，所述注液泵与所述支撑架可拆卸连接，并位于所述第一框体远离所述万用夹头的侧面，所述注射器与所述注液泵可拆卸连接，并位于所述注液泵的顶部，所述注射器通过所述导管与所述针头可拆卸连接，所述针头与所述三爪可拆卸连接，并位于所述三爪的下方。

6.如权利要求1所述的测量液-液相体系的表面张力装置，其特征在于，

所述测量液-液相体系的表面张力装置还包括四个脚座，四个所述脚座分别与支撑架可拆卸连接，并均位于所述支撑架的底部。

7.如权利要求6所述的测量液-液相体系的表面张力装置，其特征在于，

每个所述脚座包括连接板和脚杯，所述连接板与所述支撑架可拆卸连接，并位于所述支撑架的底部，所述脚杯与所述连接板螺纹连接，并位于所述连接板的底部。

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