RU2583333C1 - Non-contact method of measuring surface tension of liquid - Google Patents
Non-contact method of measuring surface tension of liquid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583333C1 RU2583333C1 RU2015103722/28A RU2015103722A RU2583333C1 RU 2583333 C1 RU2583333 C1 RU 2583333C1 RU 2015103722/28 A RU2015103722/28 A RU 2015103722/28A RU 2015103722 A RU2015103722 A RU 2015103722A RU 2583333 C1 RU2583333 C1 RU 2583333C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- surface tension
- height
- recess
- liquid
- measuring
- Prior art date
Links
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к бесконтактным аэродинамическим способам контроля поверхностного натяжения жидкостей, и может найти применение в химической промышленности и энергетике.The invention relates to the field of measuring equipment, in particular to non-contact aerodynamic methods for controlling the surface tension of liquids, and can find application in the chemical industry and energy.
Известен способ измерения вязкости жидкости (А.с. №1753369 СССР, МКИ G01N 13/02. Способ определения поверхностного натяжения жидкостей. / В.П. Астахов, М.М. Мордасов, В.П. Журавлев // Опубл. 07.08.1992. Бюл. №29), включающий формирование углубления на поверхности жидкости под действием струи газа и измерение оптическими методами параметров углубления, по которым судят о поверхностном натяжении.A known method for measuring the viscosity of a liquid (A.S. No. 1753369 USSR, MKI G01N 13/02. Method for determining the surface tension of liquids. / VP Astakhov, MM Mordasov, VP Zhuravlev // Publish. 07.08. 1992. Bull. No. 29), including the formation of a recess on the surface of a liquid under the action of a gas jet and optical measurement of the parameters of the recess, which are used to judge the surface tension.
Недостатками указанного способа являются невысокая точность, что обусловлено влиянием плотности жидкости на результат измерения.The disadvantages of this method are the low accuracy, which is due to the influence of the density of the liquid on the measurement result.
Наиболее близким по технической сущности является способ измерения поверхностного измерения жидкостей (Pfund А.Н., Greenfield Е.W. Surface-tension measurements of viscous liquids // Ind. Eng. Chem. 1936. Vol. 8. No. 2. Pp. 81-82), заключающийся в формировании углубления на поверхности жидкости под действием струи газа и измерении высоты углубления, по которой судят о поверхностном натяжении.The closest in technical essence is the method of measuring the surface measurement of liquids (Pfund A.N., Greenfield E.W. Surface-tension measurements of viscous liquids // Ind. Eng. Chem. 1936. Vol. 8. No. 2. Pp. 81-82), which consists in the formation of a recess on the surface of a liquid under the action of a gas jet and measuring the height of the recess by which surface tension is judged.
Такие признаки прототипа, как формирование углубления на поверхности жидкости под действием струи газа и измерение параметров углубления, совпадают с существенными признаками заявляемого способа.Such features of the prototype, as the formation of a recess on the surface of a liquid under the action of a gas jet and the measurement of the parameters of the recess, coincide with the essential features of the proposed method.
Недостатки прототипа связаны с использованием тонкой ламинарной струи, под действием которой на поверхности жидкости формируется углубление малого размера, высота и диаметр которого не превышают 2 мм. Ламинарная струя является нестабильной и подвержена влиянию внешних воздействий, например акустических, что может вносить погрешность в результат измерения. Малые размеры углубления для проведения точных измерений требуют применения сложных оптических методов и накладывают ограничение на размер измерительной емкости. В устройстве, реализующем способ прототипа, используется измерительная емкость шириной 10 мм с прозрачными боковыми стенками, которая, по сути, является частью измерительного устройства, так как требует тщательной очистки после проведения измерений, что уменьшает ценность такого способа, как бесконтактного. Трудоемкость этого способа находится на уровне других лабораторных способов контроля поверхностного натяжения. Увеличение размеров углубления приводит к росту влияния плотности жидкости на результат измерения и снижению точности. Необходимо принимать меры по снижению этого влияния.The disadvantages of the prototype are associated with the use of a thin laminar jet, under the influence of which a small recess is formed on the surface of the liquid, the height and diameter of which do not exceed 2 mm. The laminar stream is unstable and is subject to the influence of external influences, such as acoustic, which can introduce an error into the measurement result. The small dimensions of the recess for accurate measurements require the use of complex optical methods and impose a limitation on the size of the measuring capacitance. In a device that implements the prototype method, a measuring tank with a width of 10 mm with transparent side walls is used, which, in fact, is part of the measuring device, since it requires thorough cleaning after measurements, which reduces the value of such a method as non-contact. The complexity of this method is at the level of other laboratory methods for controlling surface tension. An increase in the size of the recess leads to an increase in the influence of fluid density on the measurement result and a decrease in accuracy. Measures must be taken to reduce this impact.
Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение сферы применения аэродинамических способов контроля поверхностного натяжения.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy and expand the scope of aerodynamic methods of controlling surface tension.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе формируют углубление на поверхности жидкости под действием струи газа и измеряют высоту углубления, изменяют интенсивность струйного воздействия и измеряют высоту полученного углубления, а о поверхностном натяжении судят по результатам двух измерений высоты углубления.The essence of the invention lies in the fact that in the method a recess is formed on the surface of the liquid under the action of a gas jet and the height of the recess is measured, the intensity of the jet effect is measured and the height of the resulting recess is measured, and surface tension is judged by the results of two measurements of the height of the recess.
При реализации предлагаемого способа на поверхности контролируемой жидкости турбулентной газовой струей, сила действия которой равна F1, формируют углубление высотой h1 и измеряют эту величину. Затем увеличивают силу действия струи до значения F2 и измеряют новое значение h2 высоты углубления. По полученным значениям h1 и h2 рассчитывают поверхностное натяжение σ жидкости.When implementing the proposed method on the surface of the controlled fluid by a turbulent gas jet, the force of which is equal to F 1 , form a recess with a height of h 1 and measure this value. Then increase the force of the jet to a value of F 2 and measure the new value h 2 the height of the recess. According to the obtained values of h 1 and h 2 calculate the surface tension σ of the liquid.
В установившемся режиме при постоянном количестве движения газа в струе силе F, создаваемой струей газа, противодействуют выталкивающая сила Fρ и сила Fσ, создаваемая поверхностным натяжением σ жидкости, то естьIn the steady state, with a constant amount of gas movement in the jet, the force F created by the gas jet is counteracted by the buoyancy force F ρ and the force F σ created by the surface tension σ of the liquid, i.e.
F=Fρ+Fσ,F = F ρ + F σ ,
илиor
где k - коэффициент формы углубления на поверхности жидкости; d - диаметр отверстия, из которого вытекает газовая струя, м; µ - коэффициент расхода; Р - избыточное давление газа перед отверстием истечения, Па; ρ - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/с2; V - объем углубления 2 высотой h и диаметром 2R, ограниченный сверху плоскостью недеформированной поверхности 3 жидкости 1 (см. фиг. 1), м3; R - радиус углубления 2 в плоскости недеформированной поверхности 3, м; γ - угол наклона касательной к поверхности жидкости в вертикальной осевой плоскости на уровне недеформированной поверхности 3 относительно горизонтали, рад.where k is the coefficient of the shape of the recess on the surface of the liquid; d is the diameter of the hole from which the gas stream flows, m; µ is the flow coefficient; P is the excess gas pressure in front of the outlet, Pa; ρ is the density of the liquid, kg / m 3 ; g is the acceleration of gravity, m / s 2 ; V is the volume of the recess 2 of height h and diameter 2R, bounded above by the plane of the undeformed surface 3 of the liquid 1 (see Fig. 1), m 3 ; R is the radius of the recess 2 in the plane of the undeformed surface 3, m; γ is the angle of inclination of the tangent to the liquid surface in the vertical axial plane at the level of the undeformed surface 3 relative to the horizontal, rad.
Параметры V, R и sinγ зависят от высоты h углубления, однако изменяются неодинаково. Объем V значимо изменяется всегда, а величины R и sinγ - только при малых h. После достижения некоторого h0 увеличение h не приводит к существенному изменению произведения 2πRsinγ, следовательно, при выборе h2>h1>h0 можно считать, что слагаемое 2πRσsinγ в уравнении (1) остается постоянным. Тогда величина изменения Δh=h1-h2 высоты углубления зависит только от плотности ρ жидкости и изменения ΔF=F1-F2 силы действия струи. Дополнительное изменение высоты углубления от h1 до h2 позволяет скомпенсировать влияние плотности жидкости на результат измерения поверхностного натяжения и повысить точность.The parameters V, R, and sinγ depend on the height h of the recess, however, they vary differently. The volume V always changes significantly, and the quantities R and sinγ only for small h. After reaching some h 0, an increase in h does not lead to a significant change in the product 2πRsinγ, therefore, when choosing h 2 > h 1 > h 0, we can assume that the term 2πRσsinγ in equation (1) remains constant. Then the magnitude of the change Δh = h 1 -h 2 the height of the recess depends only on the density ρ of the liquid and the change ΔF = F 1 -F 2 the force of action of the jet. An additional change in the height of the recess from h 1 to h 2 allows you to compensate for the effect of fluid density on the result of the measurement of surface tension and improve accuracy.
Предложенный способ позволяет производить контроль поверхностного натяжения в производственных условиях с высокой точностью вследствие снижения влияния на результат измерения плотности жидкости, что достигается за счет измерения двух различных значений высоты углубления при двух значениях силы действия газовой струи.The proposed method allows to control the surface tension under industrial conditions with high accuracy due to the reduction of the influence on the result of measuring the density of the liquid, which is achieved by measuring two different values of the height of the recess with two values of the force of action of the gas jet.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015103722/28A RU2583333C1 (en) | 2015-02-04 | 2015-02-04 | Non-contact method of measuring surface tension of liquid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015103722/28A RU2583333C1 (en) | 2015-02-04 | 2015-02-04 | Non-contact method of measuring surface tension of liquid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2583333C1 true RU2583333C1 (en) | 2016-05-10 |
Family
ID=55959900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015103722/28A RU2583333C1 (en) | 2015-02-04 | 2015-02-04 | Non-contact method of measuring surface tension of liquid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2583333C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1453253A1 (en) * | 1987-06-30 | 1989-01-23 | Научно-исследовательский институт химикатов для полимерных материалов | Device for determining surface tension of liquid |
| RU2024009C1 (en) * | 1991-06-13 | 1994-11-30 | Михаил Михайлович Мордасов | Method of monitoring surface tension of fluid |
| RU2205380C2 (en) * | 2000-03-16 | 2003-05-27 | Тамбовский военный авиационный инженерный институт | Method for measurement of surface tension |
-
2015
- 2015-02-04 RU RU2015103722/28A patent/RU2583333C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1453253A1 (en) * | 1987-06-30 | 1989-01-23 | Научно-исследовательский институт химикатов для полимерных материалов | Device for determining surface tension of liquid |
| RU2024009C1 (en) * | 1991-06-13 | 1994-11-30 | Михаил Михайлович Мордасов | Method of monitoring surface tension of fluid |
| RU2205380C2 (en) * | 2000-03-16 | 2003-05-27 | Тамбовский военный авиационный инженерный институт | Method for measurement of surface tension |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Pfund А.Н. et al, Surface-tension measurements of viscous liquids, Ind. Eng. Chem. Vol. 8. No. 2. Pp. 81-82, 1936. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Berry et al. | Measurement of surface and interfacial tension using pendant drop tensiometry | |
| Singh et al. | Experimental measurements of the normal stresses in sheared Stokesian suspensions | |
| Sochi | Slip at fluid-solid interface | |
| Schönecker et al. | Longitudinal and transverse flow over a cavity containing a second immiscible fluid | |
| Shen et al. | Distribution parameter and drift velocity for two-phase flow in a large diameter pipe | |
| Ooi et al. | Deformation of a floating liquid marble | |
| Cansoy | The effect of drop size on contact angle measurements of superhydrophobic surfaces | |
| Snook et al. | Normal stress differences in suspensions of rigid fibres | |
| Asmolov et al. | Principles of transverse flow fractionation of microparticles in superhydrophobic channels | |
| Karbaschi et al. | Drop profile analysis tensiometry under highly dynamic conditions | |
| JP2014521962A (en) | Particle characterization | |
| Wang et al. | Influence of head resistance force and viscous friction on dynamic contact angle measurement in Wilhelmy plate method | |
| Nizkaya et al. | Probing effective slippage on superhydrophobic stripes by atomic force microscopy | |
| Qin et al. | Axisymmetric evolution of gravity-driven thin films on a small sphere | |
| RU2583333C1 (en) | Non-contact method of measuring surface tension of liquid | |
| RU2460987C1 (en) | Method of determining surface tension coefficient and wetting angle | |
| Atasi et al. | Effect of buoyancy on the motion of long bubbles in horizontal tubes | |
| RU2591287C1 (en) | Method of determining moment of pitch of floatation tank of two-degree floating gyroscope | |
| US10545080B2 (en) | Determination of interfacial or surface tension | |
| ATE540288T1 (en) | METHOD FOR MEASURING A DISTANCE FROM A BASE SURFACE TO A TAPERED SURFACE OF A BODY | |
| Li et al. | On the measurement of slip length for liquid flow over super-hydrophobic surface | |
| Yang et al. | The influences of “gas” viscosity on water entry of hydrophobic spheres | |
| Iliev et al. | Dynamic meniscus profile method for determination of the dynamic contact angle in the Wilhelmy geometry | |
| Lynn et al. | A Pitot tube system for obtaining water velocity profiles with millimeter resolution in devices with limited optical access | |
| Shimokawa et al. | Noncontact measurement of liquid-surface properties with knife-edge electric field tweezers technique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170205 |