RO129259B1 - Metodă şi aparat pentru măsurarea şi studiul tensiunii superficiale a lichidelor - Google Patents

Metodă şi aparat pentru măsurarea şi studiul tensiunii superficiale a lichidelor Download PDF

Info

Publication number
RO129259B1
RO129259B1 ROA201200509A RO201200509A RO129259B1 RO 129259 B1 RO129259 B1 RO 129259B1 RO A201200509 A ROA201200509 A RO A201200509A RO 201200509 A RO201200509 A RO 201200509A RO 129259 B1 RO129259 B1 RO 129259B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
liquid
oscillator
surface tension
piezoelectric
investigated
Prior art date
Application number
ROA201200509A
Other languages
English (en)
Other versions
RO129259A2 (ro
Inventor
Sonia Amariei
Gheorghe Gutt
Mircea Adrian Oroian
Remus Cătălin Prodan
Eufrozina Albu
Bogdan Bandrabur
Original Assignee
Universitatea "Ştefan Cel Mare" Din Suceava
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitatea "Ştefan Cel Mare" Din Suceava filed Critical Universitatea "Ştefan Cel Mare" Din Suceava
Priority to ROA201200509A priority Critical patent/RO129259B1/ro
Publication of RO129259A2 publication Critical patent/RO129259A2/ro
Publication of RO129259B1 publication Critical patent/RO129259B1/ro

Links

Landscapes

  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

Invenția se referă la o metodă și la un aparat pentru măsurarea și studiul tensiunii superficiale a lichidelorîn diverse condiții de temperatură și de cinetică chimică sau biochimică, în vederea determinării tensiunii superficiale a lichidelor sunt cunoscute mai multe metode și echipamente aferente. Dintre acestea, metoda inelului de sârmă, metoda cadrului de sârmă, precum și metoda plăcii sunt cele mai cunoscute și cele mai utilizate. La primele două metode se procedează principial la fel, în sensul că unul din dispozitivele enumerate se scufundă în lichidul cercetat, după care acesta se ridică cu viteză mică și constantă, urmărind și înregistrând vizual sau automat forța maximă la care are loc desprinderea (ruperea filmului) de lichid de pe dispozitivul folosit, scop în care este folosit brațul unei balanțe foarte sensibile cu arc sau un sistem cu celulă dinamometrică echipată cu senzori electrorezistivi. Cu diferențe mici, care țin de geometria dispozitivului folosit, tensiunea superficială a se exprimă, pentru această modalitate de măsurare, prin raportul:
σ =---/ m]
L-kx · k2 (1) unde: Fmax - forța maximă înaintea ruperii contactului dintre inelul de sârmă sau cadrul de sârmă și lichid, măsurată în mN - miliNewton;
L - circumferința inelului sau cadrului de sârmă;
k.] - constantă ce se determină fie cu o formulă ce ia în considerare raportul dintre diametrul mediu al inelului și diametrul sârmei, precum și diferența de densitate a inelului de sârmă și a lichidului, fie se ia din tabele care sunt realizate, la rândul lor, pe baza aceluiași algoritm;
k2 - constantă de corecție, ce ține cont de influențe cauzate de dimensiunea vasului cu lichid, imperfecțiuni geometrice, rugozitatea inelului de sârmă, care se determină prin calibrare cu soluții de referință.
La metoda plăcii verticale se procedează la fel ca mod de lucru, numai că, pe lângă forța maximă Fmax, se măsoară și se înregistrează pentru fiecare valoare a forței și distanța D de umectare, egală cu înălțimea de ridicare a plăcii, până când are loc ruperea filmului de lichid de pe aceasta, tensiunea superficială o a lichidului cercetat determinându-se cu relația:
σ = FmaK [mN/m]
D cos 6* (2) în relația de mai sus, θ reprezintă unghiul de umectare a cărui valoare se poate reduce aproape la valoarea zero prin asigurarea unei rugozități uniforme și de o anumită valoare pentru placa metalică, situație în care relația (2) va avea expresia:
(3)
Dezavantajul comun al tuturor acestor metode îl reprezintă faptul că apelează la sisteme de măsurare a forței cu ajutorul unor dinamometre de natură mecanică (cântare cu braț) sau electronice (celule dinamometrice cu senzori rezistivi) care, din cauza valorilor foarte mici ale tensiunilor superficiale ale lichidelor situateîn domeniul mN, nu asigură o sensibilitate suficientă pentru a asigura o precizie de măsurare bună, mai ales pentru lichide cu tensiune superficială mică. în afară de limita de detecție slabă, echipamentele de măsurare a forței descrise mai sus sunt extrem de sensibile la dereglări mecanice și suprasarcini accidentale, și prezintă prețuri de cost ridicate.
RO 129259 Β1
Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în determinarea automată a 1 tensiunii superficiale a unei game mari de substanțe lichide, în diferite condiții de temperatură.
Această problemă tehnică se rezolvă printr-o metodă și un aparat pentru măsurarea și 3 studiul tensiunii superficiale a lichidelor.
Metoda pentru măsurarea și studiul tensiunii superficiale a lichidelor, la care tensiunea 5 superficială este calculată ca un raport între forța Fmax de desprindere a lichidului cercetat de pe un oscilator piezoelectric montat pe dispozitivul de deplasare electromecanic și înălțimea D 7 de ridicare a probei din lichidul cercetat, care reprezintă distanța de deplasare pe verticală a oscilatorului piezoelectric de prelevare a probei, din poziția de plecare până la ruperea 9 contactului între suprafața plană inferioară a oscilatorului piezoelectric și lichidul cercetat, conform invenției, constă în următoarele operații: 11
- se determină forța Fmax la care are loc desprinderea lichidului de pe suprafața circulară a oscilatorului piezoelectric, din valoarea abaterii Af de frecvență de la frecvența f0 de rezonanță 13 a unui oscilator piezoelectric, iar înălțimea D de ridicare a probei se determină cu un senzor fotoelectric rotativ incremental, amplasat pe dispozitivul de deplasare electromecanic; 15
- se realizează determinări ale unor game largi de valori a tensiunii superficiale a lichidelor, utilizând un set de patru oscilatoare piezoelectrice de diferite diametre, dar de 17 aceeași grosime, care prelevează proba, pentru a păstra aceeași frecvență f0 de rezonanță, fiecare oscilator fiind montat pe dispozitivul de deplasare electromecanic prin intermediul unei 19 piulițe.
Aparatul pentru măsurarea și studiul tensiunii superficiale a lichidelor, conform invenției, 21 este compus dintr-o unitate de măsură și o unitate electronică de control și monitorizare, în care unitatea de măsurare este constituită din: 23
- un batiu rigid, pe care este montat un sistem de poziționare a dispozitivului de deplasare electromecanic, compus dintr-un buton de acționare, un pinion dințat, o coloană cu 25 cremalieră, un șurub de blocare și un corp transversal;
- un vas așezat pe masa batiului rigid al aparatului, vasul cu lichidul cercetat fiind 27 termostat cu o cămașă termoelectrică de tip Peltier și prevăzut cu un senzor de temperatură care măsoară temperatura lichidului cercetat; 29
- un dispozitiv de deplasare electromecanic care asigură coborârea/ridicarea cu viteză prescrisă și constantă, precum și măsurarea precisă a deplasării pe verticală a unui oscilator 31 piezoelectric spre și dinspre suprafața lichidului cercetat, și care conține un electromotor de curent continuu echipat cu un senzor fotoelectric rotativ incremental, un reductor de turație, un 33 sistem de transformare a mișcării de tip șurub-piuliță și niște tije interschimbabile, prevăzute în partea inferioară cu unul din patru oscilatoare piezoelectrice de diferite diametre, dar de 35 aceeași grosime, care se fixează și se strâng cu o piuliță randalinată pe piulița mobilă a dispozitivului de deplasare electromecanic. 37
Prin aplicarea invenției, se obțin următoarele avantaje:
- se asigură măsurarea unor forțe extrem de mici, rezoluția de măsurare a unui senzor 39 de forță piezoelectric ajungând până în domeniul femto Newton (10-15) față de rezoluția de măsurare a unei celule dinamometrice cu senzori rezistivi, a cărei rezoluție se situează la 41 maximum o zecime de miliNewton (10-4). Prin soluția adoptată crește mult sensibilitatea de măsurare, oferind posibilitatea măsurării și cercetării evoluției unor tensiuni superficiale de 43 valoare mică în condiții de precizie ridicată;
- există posibilitatea determinării automate a tensiunii superficiale a unui lichid în condiții 45 diferite de temperatură, temperaturile și momentul măsurării valorii tensiunii superficiale fiind programate automat; 47
RO 129259 Β1
- există posibilitatea determinării și înregistrării automate a tensiunii superficiale în funcție de timp și de evoluția temperaturii (la reacții exoterme) a materiei lichide din vasul de măsurare, atunci când aceasta prezintă cinetică chimică sau biochimică;
- există posibilitatea determinării și înregistrării automate a tensiunii superficiale în funcție de compoziție, concentrație, temperatură și de timp pentru materia lichidă din vasul de măsurare, atunci când aceasta prezintă cinetică chimică sau biochimică și atunci când se asigură măsurarea instrumentală continuă a compoziției și concentrației masei reactante printr-un sistem by-pass.
Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției în legătura cu fig. 1...7, care reprezintă:
- fig. 1, secțiune prin aparatul pentru măsurarea și studiul tensiunii superficiale a lichidelor;
- fig. 2, vederea aparatului pentru măsurarea și studiul tensiunii superficiale a lichidelor cu diferite corpuri de adaptare;
- fig. 3, oscilatoare piezoelectrice de diferite diametre;
- fig. 4, schema de principiu a aparatului pentru măsurarea și studiul tensiunii superficiale a lichidelor;
- fig. 5, curbă de încercare în coordonate forță-deplasare;
- fig. 6, familie de curbe de încercare realizate la diferite temperaturi;
- fig. 7, curbă cinetică în coordonate de tensiune superficială - timp, rezultată în urma modificării tensiunii superficiale ca urmare a unei cinetici chimice ce se desfășoară în vasul cu lichidul cercetat.
Metoda de măsurare a tensiunii superficiale conform invenției se bazează pe principiul determinării valorii forței maxime Fmax de desprindere a lichidului cercetat de pe suprafața plană a unui oscilator piezoelectric, în contact cu lichidul cercetat și ridicat încet și cu viteză constantă de pe acesta, folosind, în acest scop, abaterea de frecvență Af de la frecvența f0 de rezonanță a oscilatorului piezoelectric:
&f = fo~ f = K’-j— =K----- [Hz] W
A-g π-r -g sau:
π-r2-g
F max (5)
tnax
tnax (6) unde: Af - abaterea frecvenței f de la frecvența f0 de rezonanță provocată de variația forței F; A - aria suprafeței circulare inferioare a oscilatorului piezoelectric în contact cu lichidul cercetat;
r- raza oscilatorului piezoelectric lamelar;
g - accelerația gravitațională;
K - constantă ce ține cont de frecvența de rezonanță, de modulul de forfecare și de densitatea materialului piezoelectric oscilator;
Κή - constantă ce ține cont de suprafața de contact între oscilatorul piezoelectric și lichidul de cercetat, precum și de valoarea accelerației gravitaționale, Κή = π · r2 · g;
K2 - constanta de multiplicare, K2 = K^K.
RO 129259 Β1
Comanda pentru citirea valorii maxime Fmax se dă automat de către microprocesorul 1 aparatului atunci când derivata l-a:
(7) atinge valoarea zero, termenul D din relația (7) reprezentând distanța de deplasare pe verticală 7 a oscilatorului piezoelectric din poziția de plecare până la ruperea contactului între suprafața inferioară a oscilatorului piezoelectric și lichidul cercetat. Inițierea citirii deplasării D (valoarea 9 zero a deplasării) are loc la apariția primei valori de abatere a frecvenței Af de la frecvența f0 de rezonanță a oscilatorului, fenomen provocat de atingerea lichidului de cercetat de către 11 suprafața inferioară a oscilatorului piezoelectric. Oprirea citirii deplasării D are loc la revenirea frecvenței f la valoarea f0 de rezonanță, fenomen provocat la rândul lui de ruperea filmului de 13 lichid de pe suprafața inferioară a oscilatorului piezoelectric. Având la bază principiul enunțat al măsurării forței maxime Fmax, prin intermediul abaterii de frecvență a unui oscilator 15 piezoelectric, tensiunea superficială se determină din relația (2), influența valorii unghiului de umectare θ fiind nesemnificativă. 17
Aparatul conform invenției se compune dintr-o unitate A de măsurare și o unitate B electronică. Unitatea A de măsurare este formată, la rândul ei, dintr-un batiu 1 rigid, un buton 19 2 de acționare, un pinion 3 dințat, o coloană 4 cu cremalieră, un șurub 5 de blocare, un corp 6 transversal, un vas 7 ce conține lichidul 8 cercetat, o cămașă 9 termostat, de tip Peltier, un 21 senzor 10 de temperatură, un electromotor 11 de curent continuu echipat cu un senzor 12 fotoelectric rotativ incremental, un reductor 13 de turație, un sistem de transformare a mișcării 23 de tip șurub 14 - piuliță 15 mobilă, un șurub de ghidare 16 o piuliță 17 randalinată, niște tije 18, 19, 20 și 21 interschimbabile, prevăzute în partea inferioară cu niște oscilatoare 22, 23, 24 și 25 25 piezoelectrice de diferite diametre, dar de aceeași grosime, doi pini 26 de contact. Unitatea B electronică conține un oscilator electronic, un comparator de fază și frecvență, un sistem de 27 măsurare a deplasării, și un sistem de prescriere și control a turației electromotorului 11 de curent continuu. Tot în unitatea electronică se găsește un microprocesor care asigură controlul 29 supraordonat al procesului de măsurare, stocarea datelor, interfațarea cu un calculator electronic, programarea ciclurilor de măsurare atunci când în vasul 7 are loc un proces cu 31 cinetică chimică sau biochimică, programarea și controlul temperaturii de termostatare, afișarea datelor pe display-ul alfanumeric. Reperul 27 reprezintă sistemul electronic central pentru 33 achiziția, procesarea și afișarea datelor, iar reperele 28 și 29 reprezintă două racorduri care asigură în regim by-pass legătura cu un sistem de analiză chimică a compoziției lichidului 35 analizat atunci când în acesta are loc o reacție chimică.
Modul de lucru cu aparatul pentru măsurarea și studiul tensiunii superficiale a lichidelor 37 este următorul:
După plasarea vasului 7 cu lichidul 8 de cercetat în cămașa 9 a termostatului, se 39 așteaptă până când sistemul 27 electronic central semnalizează sonor și vizual atingerea temperaturii de termostatare prescrise, după care, prin acționarea butonului 2, se coboară încet, 41 prin intermediul coloanei 4 cu cremalieră, oscilatorul 22 spre suprafața lichidului 8 de cercetat până când apare o avertizare sonoră ce indică atingerea suprafeței libere a lichidului 8 de 43 cercetat de către suprafața de jos a oscilatorului 22 piezoelectric. După care, coloana 4 se rigidizează cu șurubul 5 de blocare și se inițiază ciclul de măsurare prin pornirea motorului 11 45 electric prin sistemul 27 electronic central. Pe parcursul ciclului de măsurare, sistemul electronic 27 central stochează în mod automat perechile de valori: forță F - determinate din relația (4), 47
RO 129259 Β1 (5), și deplasare D - determinate din semnalul senzorului 12 fotoelectric rotativ incremental, până în momentul în care are loc ruperea filmului de lichid 8 analizat de pe oscilatorul 22 piezoelectric, moment care este sesizat automat de către sistemul 27 electronic central prin revenirea valorii frecvenței f de oscilație la valoarea frecvenței f0 de rezonanță. Pentru calculul tensiunii superficiale cu relația (3) se ia în calcul valoarea maximă a forței F, valoare sesizată tot automat cu ajutorul derivatei l-a, conform relației (7).
Pentru a acoperi o gamă largă de valori de tensiune superficială, în condițiile unei sensibilități și precizii ridicate, aparatul dispune de un set de patru oscilatoare 22, 23, 24 și 25 piezoelectrice de diferite diametre, dar de aceeași grosime, pentru a păstra aceeași frecvență de rezonanță. Schimbarea unui oscilator cu altul se face ușor, deșurubând doar piulița 17 randalinată și extrăgând tija corespunzătoare 18,19, 20 și 21 a forței maxime cu cei doi pini 26 proprii de contact din piulița 15 mobilă, după care se montează în același fel noul oscilator piezoelectric. Reprezentarea grafică a unui ciclu de măsurare arată ca în fig. 5, iar efectuarea de măsurători ale tensiunii superficiale la același lichid, dar la temperaturi diferite, duce la o familie de curbe, ca în fig. 6. Atunci când are loc modificarea compoziției chimice a lichidului 8 analizat, ca urmare a unei reacții chimice sau biochimice, se poate înregistra și interpreta cinetica evoluției în timp a tensiunii superficiale, fig. 7. Analiza externă, printr-un sistem în regim by-pass, a compoziției chimice a lichidului analizat, ce se găsește într-o transformare chimică sau biochimică, poate duce la interpretări mult mai avansate ale dependenței dintre tensiunea superficială, concentrație și temperatură (fără reprezentare grafică în descrierea propunerii de invenție).

Claims (2)

1. Metodă pentru măsurarea și studiul tensiunii superficiale a lichidelor, la care tensiunea 3 superficială este calculată ca un raport între forța Fmax de desprindere a lichidului (8) cercetat de pe un oscilator (22, 23, 24, 25) piezoelectric montat pe dispozitivul de deplasare 5 electromecanic și înălțimea D de ridicare a probei din lichidul (8) cercetat, care reprezintă distanța de deplasare pe verticală a oscilatorului (22, 23, 24, 25) piezoelectric de prelevare a Ί probei, din poziția de plecare până la ruperea contactului între suprafața plană inferioară a oscilatorului (22, 23, 24, 25) piezoelectric și lichidul (8) cercetat, caracterizată prin aceea că: 9
- se determină forța Fmax la care are loc desprinderea lichidului de pe suprafața circulară a oscilatorului (22,23,24,25) piezoelectric, din valoarea abaterii Af de frecvență de la frecvența 11 f0 de rezonanță a oscilatorului (22, 23, 24, 25) piezoelectric, iar înălțimea D de ridicare a probei se determină cu un senzor (12) fotoelectric rotativ incremental amplasat pe dispozitivul de 13 deplasare electromecanic;
- se realizează determinări ale unor game largi de valori ale tensiunii superficiale a 15 lichidelor, utilizând un set de patru oscilatoare (22, 23, 24, 25) piezoelectrice de diferite diametre, dar de aceeași grosime, care prelevează proba, pentru a păstra aceeași frecvență 17 f0 de rezonanță, fiecare oscilator fiind montat pe dispozitivul de deplasare electromecanic prin intermediul unei piulițe (17). 19
2. Aparat pentru măsurarea și studiul tensiunii superficiale a lichidelor, pentru aplicarea metodei de la revendicarea 1, caracterizat prin aceea că este compus dintr-o unitate (A) de 21 măsură și o unitate (B) electronică de control și monitorizare, în care unitatea (A) de măsurare este constituită din: 23
- un batiu (1) rigid pe care este montat un sistem de poziționare a dispozitivului de deplasare electromecanic, compus dintr-un buton (2) de acționare, un pinion (3) dințat, o 25 coloană (4) cu cremalieră, un șurub (5) de blocare și un corp (6) transversal;
- un vas (7) așezat pe masa batiului (1) rigid al aparatului, vasul (7) cu lichidul (8) cer- 27 cetat fiind termostat cu o cămașă (9) termoelectrică de tip Peltier și prevăzut cu un senzor (10) de temperatură care măsoară temperatura lichidului (8) cercetat; 29
- un dispozitiv de deplasare electromecanic care asigură coborârea/ridicarea cu viteză prescrisă și constantă, precum și măsurarea precisă a deplasării pe verticală a oscilatorului (22, 31 23, 24, 25) piezoelectric spre și dinspre suprafața lichidului cercetat, și care conține un electromotor (11) de curent continuu echipat cu un senzor (12) fotoelectric rotativ incremental, 33 un reductor (13) de turație, un sistem de transformare a mișcării de tip șurub-piuliță (14,15) și niște tije (18, 19, 20, 21) interschimbabile, prevăzute în partea inferioară cu unul din cele patru 35 oscilatoare (22,23,24, 25) piezoelectrice de diferite diametre, dar de aceeași grosime, care se fixează și se strâng cu o piuliță (17) randalinată pe piulița (15) mobilă a dispozitivului de 37 deplasare electromecanic.
ROA201200509A 2012-07-09 2012-07-09 Metodă şi aparat pentru măsurarea şi studiul tensiunii superficiale a lichidelor RO129259B1 (ro)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201200509A RO129259B1 (ro) 2012-07-09 2012-07-09 Metodă şi aparat pentru măsurarea şi studiul tensiunii superficiale a lichidelor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201200509A RO129259B1 (ro) 2012-07-09 2012-07-09 Metodă şi aparat pentru măsurarea şi studiul tensiunii superficiale a lichidelor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO129259A2 RO129259A2 (ro) 2014-02-28
RO129259B1 true RO129259B1 (ro) 2019-07-30

Family

ID=50151023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA201200509A RO129259B1 (ro) 2012-07-09 2012-07-09 Metodă şi aparat pentru măsurarea şi studiul tensiunii superficiale a lichidelor

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO129259B1 (ro)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103940703B (zh) * 2014-03-07 2016-01-27 浙江大学 一种平行板间液桥分离的观测装置
CN108169079B (zh) * 2017-12-15 2020-04-21 辽宁科技大学 两种液体间界面张力的动态测量方法
CN108872022B (zh) * 2018-07-03 2020-12-08 四川世纪中科光电技术有限公司 液体表面张力系数测量装置
CN113029872B (zh) * 2021-03-25 2022-12-20 兰州理工大学 一种实时测量焊接熔池液态金属表面张力的方法和系统

Also Published As

Publication number Publication date
RO129259A2 (ro) 2014-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RO129259B1 (ro) Metodă şi aparat pentru măsurarea şi studiul tensiunii superficiale a lichidelor
CN201852761U (zh) 一种乳化炸药密度快速测定仪
CN109932271A (zh) 一种用于测量物体体积和体膨胀系数的装置及方法
CN202983702U (zh) 隔热式测量烧杯
CN205262899U (zh) 铅膏视密度检测装置
CN103364430A (zh) 相变温度测试仪及其工作方法
CN102589408B (zh) 轮毂式混凝土自收缩测量装置
CN204203025U (zh) 一种固体含量检测仪
CN105699210A (zh) 一种动态粉体流动行为分析仪
WO2000058709A1 (en) Method and apparatus for determining a physical or chemical characteristic of a liquid
CN201917295U (zh) 一种多功能的轴承测量仪器
CN210571818U (zh) 一种用于测量物体体积和体膨胀系数的装置
CN206832618U (zh) 一种自动测定煤密度装置
CN110567842A (zh) 一种谷制品测量方法
CN205861484U (zh) 一种物质保湿能力的电子测定装置
CN212300498U (zh) 一种可调节的计量检测装置
CN210223215U (zh) 一种研究阿基米德原理的实验器
JP5989537B2 (ja) 粘度測定方法及び粘度測定装置
CN202403982U (zh) 容积式杨氏模量测量仪
JP3197572U (ja) ボトルキャップ型水素ガス濃度測定器
CN205483842U (zh) 一种动态粉体流动行为分析仪
CN204679375U (zh) 专用于检测金属材料密度的装置
JP2009192398A5 (ro)
CN106769520B (zh) 一种餐饮具负重试验机
RU2822741C1 (ru) Многофункциональный стенд для исследования прочности плодов помидоров