SE519771C2

SE519771C2 - Measuring method for surface tension at interface surface between a liquid and a fluid, in particular a gas, liquid having larger density than fluid, measuring pressure of fluid in closed space in which drops are formed

Info

Publication number: SE519771C2
Application number: SE0102701A
Authority: SE
Inventors: Maarten Skogoe; John Elvesjoe
Original assignee: Jenser Technology Ab
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2003-04-08
Also published as: SE0102701D0; SE0102701L

Abstract

The method involves making a liquid flow through a capillary form forming drops at the end of the capillary. In the step of making the liquid flow through the capillary the drops are formed in a closed space containing the fluid. The method further involves measuring the pressure of the fluid in the closed space or measuring the difference between this pressure and the pressure in the liquid in the capillary to provide a pressure signal while the liquid is flowing through the capillary and forms drops. The pressure signal is evaluated. Independent claims are also included for the following: (a) an instrument for measuring the surface tension at the interfacial surface between a liquid and a fluid.

Description

20 25 30 519 771 2 med denna metod. Exempelvis kan det ﬁnnas en temperaturskillnad mellan droppama och den omgivande luften eller gasen, som kan medföra utfällning av salter, vilken sätter igen kapillären. 20 25 30 519 771 2 with this method. For example, there may be a temperature difference between the droplets and the ambient air or gas, which may cause precipitation of salts, which clogs the capillary.

Liknande metoder för ytspänningsrnätning beskrivs i artiklarna C.A. MacLeod, C.J. Radke, "A Growing Drop Technique for Measuring Dynamic Interfacial Tension", Journal of Colloid and Interface Science, 1993, vol. 160, pp. 435 - 448, och Keith E. Miller, Emilia Bramanti, Bryan J. Prazen, Marina Prezhdo, Kristen J. Skogerboe, Robert E. Synovec, "Multidimensional Analysis of Poly(ethylen glycols) by Size Exclusion Chromotography and Dynamic Surface Tension De- tection", Anal. Chem., 2000, vol. 72, pp. 4372 - 4380.Similar methods of surface tension meshing are described in Articles C.A. MacLeod, C.J. Radke, "A Growing Drop Technique for Measuring Dynamic Interfacial Tension", Journal of Colloid and Interface Science, 1993, vol. 160, pp. 435 - 448, and Keith E. Miller, Emilia Bramanti, Bryan J. Prazen, Marina Prezhdo, Kristen J. Skogerboe, Robert E. Synovec, "Multidimensional Analysis of Poly (ethylene glycols) by Size Exclusion Chromotography and Dynamic Surface Tension De- tection ", Anal. Chem., 2000, vol. 72, pp. 4372 - 4380.

REDoGÖRELsE FÖR UPPFINNINGEN Det är ett syfte med uppﬁnningen att anvisa ett förfarande och mätinstrument för mätning av ytspänning med hög driftsäkerhet.DESCRIPTION OF THE INVENTION It is an object of the invention to provide a method and measuring instrument for measuring surface tension with high operational reliability.

Det är ytterligare ett syfte med uppﬁnningen att anvisa ett förfarande och mätinstrument för mätning av ytspänning baserade på differentiell mätning av tryck i en kapillär, vid vilkens ände droppar bildas, vid vilket förfarande och instrument det föreligger en minskad utfällning av salter och därmed en mindre risk för igensättning.It is a further object of the invention to provide a method and measuring instrument for measuring surface tension based on differential measurement of pressure in a capillary, at the end of which droplets are formed, in which method and instrument there is a reduced precipitation of salts and thus a lesser risk. for clogging.

Det är ytterligare ett syfte med uppfinningen att anvisa ett förfarande och mätinstrument för mätning av ytspänning baserade på differentiell mätning av tryck i en kapillär, vid vilkens ände droppar bildas, vid vilket förfarande och instrument vätsketillﬂödet för dropparnas bildning kan styras och ﬂödeshastigheten i kapillären har mindre fluktuationer under varje period, när en droppe bildas och faller bort från kapillärens ände.It is a further object of the invention to provide a method and measuring instrument for measuring surface tension based on differential measurement of pressure in a capillary, at which end droplets are formed, at which method and instrument the liquid ﬂ the fate of the droplets can be controlled and ﬂ the fate rate in the capillary has less fluctuations during each period, when a droplet forms and falls away from the end of the capillary.

Det är ytterligare ett syfte med uppfinningen att anvisa ett mätinstrument för mätning av yt- spänning innefattande en kapillär, vid vilkens ände droppar bildas, och en differentiell tryckrnä- tare, i vilket en eventuell i gensättning av kapillären kan hävas på relativt enkelt sätt.It is a further object of the invention to provide a measuring instrument for measuring surface tension comprising a capillary, at the end of which droplets are formed, and a differential pressure mesh, in which an eventual resetting of the capillary can be lifted in a relatively simple manner.

Vid ett förfarande för att detektera ytspänning, dynamiskt såväl som statiskt, mellan en vätska och en gas används differentiell tryckrnätning av trycket i en kapillär, i vilken en vätska sakta strömmar och vid vilkens ände droppar bildas och faller av. Det differentiella trycket mäts som tryckskillnaden mellan vätskan i kapillären och en innesluten gasvolym på ömse sidor om en öppen gränsyta mellan gasen och vätskan, där gasen är innesluten i det utrymme, där dropparna bildas och faller av. Eftersom gasen är innehållen i ett slutet utrymme, kommer trycket i den sakta strömmande vätskan, orsakat av en konstant vätskepelare, en konstant sughöjd eller en konstant vätskematning, att hållas emot av den kombinerade verkan av trycket i gasen och spänningen i ytan vid gränsen mellan gasen och vätskan samt det motstånd mot vätskans strömning, som orsa- kas av vätskans viskositet.In a method for detecting surface tension, dynamically as well as statically, between a liquid and a gas, differential pressure meshing of the pressure is used in a capillary, in which a liquid flows slowly and at the end of which drops form and fall off. The differential pressure is measured as the pressure difference between the liquid in the capillary and an enclosed volume of gas on either side of an open interface between the gas and the liquid, where the gas is enclosed in the space where the droplets form and fall off. Since the gas is contained in a closed space, the pressure in the slow flowing liquid, caused by a constant liquid column, a constant suction height or a constant liquid supply, will be resisted by the combined effect of the pressure in the gas and the tension in the surface at the boundary between the gas and the liquid as well as the resistance to the flow of the liquid, which is caused by the viscosity of the liquid.

Genom att mäta trycket differentiellt mellan vätskan i droppen och en innesluten gas upp- 10 15 20 25 30 519 771 3 nås en högre driftsäkerhet än hos de förut kända förfarandena och mätinstrumenten. Temperatur- differensen mellan droppen och den omgivande gasen blir mindre, vilket ger lägre utfällning av salter lösta i vätskan. Risken för att vätskekapillären skall sättas igen minskar därmed samtidigt som vätskekondens inuti det instrumentskåp undviks, i vilket mätinstrumentet annars skulle vara placerat.By measuring the pressure differentially between the liquid in the droplet and an entrapped gas, a higher operational reliability is achieved than with the previously known methods and measuring instruments. The temperature difference between the droplet and the surrounding gas becomes smaller, which results in lower precipitation of salts dissolved in the liquid. The risk of the liquid capillary becoming clogged is thus reduced while avoiding the liquid condensation inside the instrument cabinet in which the measuring instrument would otherwise be located.

En pump kan vara ansluten till det utrymme, vilket innehåller gasen och i vilket kapillären mynnar och droppama bildas och faller av. Om kapillären då mot förmodan skulle bli igensatt, kommer pumpen att skapa ett undertryck i den kring droppen omgivande gasen, vilket kan hjälpa till att få igång vätskeströmningen genom kapillären igen. Dessutom medför inneslutandet av droppen, att hastigheten för vätsketillﬂödet till droppen går att styra via pumpen, samt att ﬂödes- hastigheten ﬂuktuerar mindre över varje droppbildningsperiod.A pump can be connected to the space which contains the gas and in which the capillary opens and the droplets form and fall off. Should the capillary then become clogged, the pump will create a negative pressure in the gas surrounding the drop, which can help to start the flow of liquid through the capillary again. In addition, the entrapment of the droplet means that the velocity of the liquid ﬂ to the droplet can be controlled via the pump, and that the ﬂ velocity velocity ﬂ acts less over each droplet formation period.

FIGURBESKRIVNING Uppﬁnningen skall nu beskrivas som ett ej begränsande uttöringsexempel med hänvisning till de bifogade ritningama, i vilka: - Fig. l är en schematisk vy av de centrala delarna hos ett mätinstrument för mätning av ytspän- ning genom differentiell tryckmätning vid droppbildning, - Fig. 2 är ett diagram, som visar upptagen tryckskillnad som funktion av tiden för ett flertal droppar bildade efter varandra, - Fig. 3 är ett diagram, som upptagen tryckskillnad för lösningar innehållande olika slag av tensi- der, - Fig. 4 är ett blockschema över ett mätinstrument för mätning av ytspänning, - Fig. 5 är ett blockschema över en altemativ utföringsforin av ett mätinstrument för mätning av ytspärming, och - Fig. 6 är ett blockschema över ytterligare en alternativ utföringsform av ett mätinstrument för mätning av ytspänning.DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described as a non-limiting example of reference with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is a schematic view of the central parts of a measuring instrument for measuring surface tension by differential pressure measurement in droplet formation, Fig. 2 is a diagram showing the recorded pressure difference as a function of time for a plurality of droplets formed one after the other; Fig. 3 is a diagram showing the recorded pressure difference for solutions containing different kinds of surfactants; a measuring instrument for measuring surface tension, - Fig. 5 is a block diagram of an alternative embodiment of a measuring instrument for measuring surface tension, and - Fig. 6 is a block diagram of a further alternative embodiment of a measuring instrument for measuring surface tension.

DETALJERAD BESKRIVNING l ﬁg. l visas de centrala delarna hos en uppställning för detektion eller mätning av ytspän- ning, dynamiskt såväl som statiskt, mellan en vätska och en gas genom differentiell tryckmät- ning. Den vätska, vilkens ytspärming skall mätas, tillförs under konstant tryck från en ej i denna ﬁgur visad källa via ett inloppsrör l till ett sidoinlopp i den ena av båda vertikala anordnade skänklarna av en kapillär 3 med omvänd U-form. Vid U-formens högsta punkt i dess livparti är kapillären 3 avdelad av ett böjligt membran 5', vilkets utböjning kan mätas med hjälp av någon anordning, ej visad, kopplad till membranet. Mätningen kan utföras exempelvis genom detektion av ändrad resistans eller kapacitans hos lämpligt anordnade elektriskt ledande delar. Membranet 10 15 20 25 30 519 771 4 och dess tillhörande mätkrets, ej visad, utgör en differentiell tryckmätare 5, se ﬁg. 4 - 6, för mät- ning av tryckskillnaden mellan kapillärens båda i samma horisontalplan liggande ändar. Dessa ändar mynnar i den övre väggen i en sluten kammare 7, i vilkens botten ett utlopp 9 är anordnat. I kammaren finns normalt någon mängd av den vätska, vilkens ytspänning skall mätas. Vid kapil- lärens översta del på vardera sidan om membranet 5' ﬁnns anslutningar 6, 8 för avlägsnande av eventuell innesluten gas i kapillären 3 på vätskesidan resp. luftning av den slutna kammaren 7 via kapillären på gassidan.DETAILED DESCRIPTION lg. 1 shows the central parts of an array for detecting or measuring surface tension, dynamically as well as statically, between a liquid and a gas by differential pressure measurement. The liquid, the surface roughness of which is to be measured, is supplied under constant pressure from a source not shown in this figure via an inlet pipe 1 to a side inlet in one of the two vertically arranged legs of a capillary 3 with an inverted U-shape. At the highest point of the U-shape in its body portion, the capillary 3 is divided by a flexible membrane 5 ', the deflection of which can be measured by means of any device, not shown, connected to the membrane. The measurement can be performed, for example, by detecting altered resistance or capacitance of suitably arranged electrically conductive parts. The diaphragm 10 15 20 25 30 519 771 4 and its associated measuring circuit, not shown, constitute a differential pressure gauge 5, see ﬁ g. 4 - 6, for measuring the pressure difference between the two ends of the capillary in the same horizontal plane. These ends open into the upper wall of a closed chamber 7, in the bottom of which an outlet 9 is arranged. The chamber normally contains some amount of the liquid, the surface tension of which is to be measured. At the upper part of the capillary on each side of the membrane 5 'there are connections 6, 8 for removal of any entrapped gas in the capillary 3 on the liquid side resp. aeration of the closed chamber 7 via the capillary on the gas side.

Vätskan påfylls, så att den fyller kapillärens 3 ena skänkel och liv ända upp till membranet 5 utan någon instängd gasmängd vid membranet. Vätskan rinner genom sin tyngd eller eventuellt med hjälp av en pump, ej visad i denna figur, långsamt nedåt genom skänkeln och bildar droppar ll vid skänkelns mynning, vilka en eﬁer en faller ned mot kammarens 7 botten. Härvid kommer det differenstryck, som registreras med hjälp av membranet 5, att variera periodiskt, se nedan.The liquid is filled so that it fills one leg and life of the capillary 3 all the way up to the membrane 5 without any trapped amount of gas at the membrane. The liquid flows through its weight or possibly by means of a pump, not shown in this figure, slowly downwards through the leg and forms drops 11 at the mouth of the leg, which one or the other falls down towards the bottom of the chamber 7. In this case, the differential pressure, which is registered by means of the diaphragm 5, will vary periodically, see below.

Differenstryckkurvan upptas för ﬂera perioder, dvs nedfallna droppar, och utvärderas i en utvär- dexingsanordning 12, lämpligen en dator eller mikroprocessor. Ur kurvan kan bl a ytspänningen härledas, se mer nedan. Allmänt är det tryck, som mäts genom den differentiella tryckmätningen. en funktion av framför allt droppens ytspänning, dess storlek, vätskans viskositet och ﬂödeshas- tighet, samt storleken hos det parti av kapillären, som ligger mellan droppen ll och membranet 5.The differential pressure curve is taken up for ﬂ your periods, ie dropped droplets, and evaluated in an evaluation device 12, preferably a computer or microprocessor. From the curve, the surface tension can be derived, see more below. In general, it is the pressure that is measured by the differential pressure measurement. a function of, above all, the surface tension of the droplet, its size, the viscosity and velocity of the liquid, and the size of the portion of the capillary which lies between the droplet 11 and the membrane 5.

För att försöka förklara den mest grundläggande teorin bakom tryckmätningarna kan vätskedroppen liknas vid en ballong. Trycket i en ballong beror av spänningen i dess yta samt av ballongens storlek. Det är alltid svårast att blåsa in den första luften, när man blåser upp en bal- long. Detta beror på, att en liten ballongs yta expanderar väldigt mycket för varje mängd luft, som tillförs ballongen. En stor ballongs yta expanderar inte lika mycket.To try to explain the most basic theory behind the pressure measurements, the liquid drop can be likened to a balloon. The pressure in a balloon depends on the tension in its surface and on the size of the balloon. It is always most difficult to blow in the first air when inflating a balloon. This is because the surface of a small balloon expands very much for each amount of air supplied to the balloon. The surface of a large balloon does not expand as much.

Ballongens storlek avgör således hur mycket ny gränsyta, som skapas, då en viss mängd luft blåses in i den, medan spärmingen i ballongens yta är det som bestämmer hur mycket energi, som krävs för att skapa denna nya gränsyta.The size of the balloon thus determines how much new interface is created when a certain amount of air is blown into it, while the sparring in the balloon surface is what determines how much energy is required to create this new interface.

Pâ samma sätt är trycket inuti en vätskedroppe en funktion av droppens storlek samt dess ytspänning. Detta samband kan, då droppen antas vara en perfekt sfár (eller halvsfär), skrivas: Py=y-dA/dV=y-2/r där Py är trycket i droppen 9 till följd av ytspänningen, y är ytspärmingen i droppens gränsyta. A, V och r betecknar droppens gränsarea mot gasen i kammaren 7, droppens volym sarnt dess radie.In the same way, the pressure inside a liquid drop is a function of the size of the drop and its surface tension. This relationship can, when the drop is assumed to be a perfect sphere (or hemisphere), be written: Py = y-dA / dV = y-2 / r where Py is the pressure in the drop 9 due to the surface tension, y is the surface protection in the interface of the drop. A, V and r denote the boundary area of the droplet against the gas in the chamber 7, the volume of the droplet within its radius.

Det uppmätta trycket vid sensormembranet påverkas även av viskositeten hos den vätska som undersöks. Tryckfallet i en kapillär till följd av viskositeten ges av: 10 15 20 25 30 519 771 P., = snLF/(Rtf) där Pn är det tryck, som följer av vätskans viskositeten n, L är länden hos den del av kapillären 3 mellan sensorn 5 och droppspetsen, där vätskan ﬂödar. F är den volymära flödeshastigheten hos vätskan och R är kapillärens inre radie.The measured pressure at the sensor membrane is also affected by the viscosity of the liquid being examined. The pressure drop in a capillary due to the viscosity is given by: 10 15 20 25 30 519 771 P., = snLF / (Rtf) where Pn is the pressure which follows from the viscosity n, L of the liquid the sensor 5 and the drip tip, where the liquid ﬂ bleeds. F is the volumetric flow rate of the liquid and R is the inner radius of the capillary.

Det tryck, som mäts genom den differentiella tryckrnätningen i uppställningen enligt ﬁg. l, är en funktion av framför allt droppens ytspärming, dess storlek, vätskans viskositet och ﬂödes- hastighet, samt storleken hos kapillären mellan droppen och trycksensorn. Detta tryck ges alltså aVI P=k1"Y/I'+l(2'T]'F+l(3 där kl, k; och k; är konstanter. Konstanten k; uppkommer till följd av, att membranets 5' sidor påverkas olika mycket av trycket från exempelvis en stående vätskepelare och att nollnivån för detektorn ställts in utan hänsyn tagen till detta.The pressure measured by the differential pressure mesh in the arrangement according to ﬁ g. l, is a function of, above all, the droplet surface surface, its size, the viscosity and velocity of the liquid, and the size of the capillary between the droplet and the pressure sensor. This pressure is thus given aVI P = k1 "Y / I '+ 1 (2'T]' F + 1 (3 where kl, k; and k; are constants. The constant k; arises as a result of the sides 'of the membrane 5' is affected to varying degrees by the pressure from, for example, a standing liquid column and that the zero level of the detector is set without taking this into account.

Genom kontinuerlig differentiell tryckrnätning fås upprepade tryckprofiler över droppars tillväxt, se diagrammet i ﬁg. 2. Ur dessa dropproﬁler kan information om vätskans ytspärming och viskositet erhållas. Vid förekomst av tensider kan även information om hur snabbt dessa rör sig från bulken i vätskan till vätskans gränsyta härledas ur de upptagna tryckproﬁlerna, se ﬁg. 3.Through continuous differential pressure mesh, repeated pressure profiles are obtained over droplet growth, see the diagram in ﬁ g. 2. Information on the liquid permeability and viscosity of the liquid can be obtained from these droplet profiles. In the presence of surfactants, information on how fast these move from the bulk in the liquid to the liquid interface can also be derived from the absorbed pressure profiles, see ﬁ g. 3.

När vätskeﬂödet antas vara konstant, är viskositetens inverkan på det mätta trycket kon- stant. För tillräckligt låga ﬂödeshastigheter kan även ytspänningen i droppen antas vara konstant.When the liquid ﬂ fate is assumed to be constant, the effect of the viscosity on the measured pressure is constant. For sufficiently low ﬂ velocity velocities, the surface tension in the droplet can also be assumed to be constant.

I detta specialfall antas alltså droppstorleken vara den enda storhet, som varierar med tiden.In this special case, the droplet size is thus assumed to be the only quantity that varies with time.

Tryckdifferensen mellan en topp och en dal ges då av: AP = Pmpp - Pda1= y ~ 2(1/rm,n - l/rmax) där Ptopp och Fda; är det högsta respektive lägsta uppmätta trycket under en dropproﬁl, och rmin och rm, är droppradien vid motsvarande tillfällen. Enligt tidigare resonemang är trycket i droppen som störst, då droppen är som minst, dvs då droppens krökningsradie är som minst. Detta inträf- far, då droppen endast är en halvsfär, som hänger vid ändan av kapillären. Det högsta trycket, som mäts, är alltså alltid vid samma droppstorlek, rmin, oavsett ytspänning, och således en funk- tion av ytspänningen allena.The pressure difference between a peak and a valley is then given by: AP = Pmpp - Pda1 = y ~ 2 (1 / rm, n - l / rmax) where Ptopp and Fda; is the highest and lowest measured pressure during a drip profile, and rmin and rm, are the drip radii at corresponding times. According to previous reasoning, the pressure in the drop is greatest, when the drop is at least, ie when the radius of curvature of the drop is at least. This occurs when the drop is only a hemisphere, which hangs at the end of the capillary. The highest pressure that is measured is thus always at the same droplet size, rmin, regardless of surface tension, and thus a function of the surface tension alone.

Då rm << rmax gäller således att: 10 15 20 25 30 519 771 AP:Y'2/rmin=k4°Y där k4 är en konstant.Then rm << rmax thus holds that: 10 15 20 25 30 519 771 AP: Y'2 / rmin = k4 ° Y where k4 is a constant.

Dessutom gäller under dessa antaganden att: Paaizks '11+k3 med en lärnpligt vald konstant k5, eftersom tryckbidraget från ytspänningen kan antas vara noll, då droppen släpper från kapillären.In addition, under these assumptions it applies that: Paaizks '11 + k3 with a doctrinal chosen constant k5, since the pressure contribution from the surface tension can be assumed to be zero, when the drop releases from the capillary.

Med dessa förenklande antaganden kan således värdena på konstanterna kg, k4 och k5 be- stämmas genom kalibrering med två vätskor med känd ytspänning och viskositet. Därefter kan yt- spänningen och viskositeten för en godtycklig vätska bestämmas ur information om toppamas och dalamas amplitud i en given tryckproﬁl för droppama i en apparat enligt tig. 1.With these simplifying assumptions, the values of the constants kg, k4 and k5 can thus be determined by calibration with two liquids with known surface tension and viscosity. Thereafter, the surface tension and viscosity of an arbitrary liquid can be determined from information about the amplitude of the peaks and valleys in a given pressure profile of the droplets in an apparatus according to FIG. 1.

Ett mätinstrument eller mätanläggning baserat på den ovan beskrivna metoden kan exem- pelvis utformas såsom visas i blockschemat i ﬁg. 4. En pump 13 pumpar vätska, för vilken en mätning skall göras, från ett övervakat bad l5 innehållande vätska till en behållare 17 placerad på en horisontell nivå ovanför kammarens 7 nivå. l behållaren l7 har vätskans övre yta alltid kon- stant höjd, vilket åstadkoms av någon överströmningsanordning såsom ett bräddavlopp. Brädd- avloppet innefattar en mellanvägg 19 i behållaren 17, vilken uppdelar denna i en första kammare 21 fylld med vätska upp till mellanväggens övre kant och en andra kammare 23. Den andra kammaren har ett bottenutlopp, som av en ledning 25 leder tillbaka överströrnmad vätska till ba- det 15. Den första kammaren 21 har också ett bottenutlopp, som via en ledning 27 med en däri ansluten styrd första ventil 29 av avstängningstyp är ansluten till inloppsledningen l för vätska till kapillären 3. Den konstanta nivån i den första kammaren 21 i behållaren 17 ger ett konstant tryck hos det till kapillären 3 inmatade ﬂödet av vätskan. Detta innebär, att det tillﬂöde av vätska, som bildar droppen, på grund av ytspänningens inverkan, inte är helt konstant, men dock till god approximation.A measuring instrument or measuring system based on the method described above can, for example, be designed as shown in the block diagram in ﬁ g. A pump 13 pumps liquid, for which a measurement is to be made, from a monitored bath 15 containing liquid to a container 17 placed on a horizontal level above the level of the chamber 7. In the container 17, the upper surface of the liquid always has a constant height, which is provided by some overflow device such as a overflow drain. The overflow drain comprises a partition wall 19 in the container 17, which divides it into a first chamber 21 filled with liquid up to the upper edge of the partition wall and a second chamber 23. The second chamber has a bottom outlet, which leads a flooded liquid back to a pipe 25 the bath 15. The first chamber 21 also has a bottom outlet, which via a line 27 with a controlled first valve 29 of shut-off type connected therein is connected to the inlet line 1 for liquid to the capillary 3. The constant level in the first chamber 21 in the container 17 gives a constant pressure of the ﬂ fate of the liquid fed to the capillary 3. This means that, due to the effect of the surface tension, the fate of the liquid which forms the droplet is not completely constant, but nevertheless to a good approximation.

Vidare finns en andra pump 31 ansluten till en andra ventil 33 av växlande typ för att pumpa i riktning från denna ventil till badet l5. Det ena inloppet till ventilen 33 är anslutet till utloppet 9 från droppkammaren 7 och det andra inloppet är förbundet med en ledning 35, som går från kapillärens 3 luﬁningsanslutning 6 på vätskesidan. Luftningsanslutningen 8 på gassidan är ansluten till en första ände av en tredje ventil 37 av avstängningstyp, vilkens andra ände är an- sluten till omgivningsluften. 10 15 20 25 30 519 771 7 Vid användning av anläggningen enligt ﬁg. 4 för ytspänningsmätning eller upptagande av tryckproﬁlen har ventiler de visade lägena. Den första ventilen 29 är då i sådant läge, att vätska leds till droppkammarens inlopp 1. Den andra ventilen 33 är ställd, så att den ansluter den andra pumpen 31 för att pumpa ut vätska från droppkammarens 7 botten. Den tredje ventilen 37 är ställd, så att droppkammaren 7 är helt avskild från den omgivande luften. Vid start av anlägg- ningen ställs den första ventilen 29 för att stänga av tillförsel av vätska till kapillären 3, den andra ventilen 33 ställs i läge för att ansluta droppkoppen 7 till den andra pumpen 31 och den tredje ventilen 37 öppnas för att sätta droppkammaren i förbindelse med omgivningen. Pumpen 31 av- luftar på så vis gassidan i tryckgivaren 5, samtidigt som den tömmer droppkoppen 7 på eventuell överbliven vätska. Efter detta ställs alla tre ventilerna 29, 33, 37 om till sina motsatta lägen. I detta läge fyller pumpen 31 vätskesidan av den differentiella tryckgivaren 5 genom att suga vätska från behållaren 17 genom ledningen 27 och vidare genom kapillären 3 till ledningen 6.Furthermore, a second pump 31 is connected to a second valve 33 of alternating type for pumping in the direction from this valve to the bath 15. One inlet to the valve 33 is connected to the outlet 9 from the drip chamber 7 and the other inlet is connected to a conduit 35, which runs from the cap 6 of the capillary 3 on the liquid side. The vent connection 8 on the gas side is connected to a first end of a third valve 37 of the shut-off type, the other end of which is connected to the ambient air. 10 15 20 25 30 519 771 7 When using the system according to ﬁ g. 4 for surface tension measurement or recording of the pressure profile, the valves have the positions shown. The first valve 29 is then in such a position that liquid is led to the inlet 1 of the drip chamber. The second valve 33 is set so that it connects the second pump 31 to pump out liquid from the bottom of the drip chamber 7. The third valve 37 is set so that the drip chamber 7 is completely separated from the ambient air. At the start of the plant, the first valve 29 is set to shut off the supply of liquid to the capillary 3, the second valve 33 is set to connect the drip cup 7 to the second pump 31 and the third valve 37 is opened to put the drip chamber in connection with the surroundings. The pump 31 thus deaerates the gas side in the pressure sensor 5, at the same time as it empties the drip cup 7 of any remaining liquid. After this, all three valves 29, 33, 37 are switched to their opposite positions. In this position, the pump 31 fills the liquid side of the differential pressure sensor 5 by sucking liquid from the container 17 through the line 27 and further through the capillary 3 to the line 6.

Därefter ställs ventilen 33 åter i direkt kontakt med droppkoppen 7, varpå instrumentet är redo att ge mätdata.Then the valve 33 is put back in direct contact with the drip cup 7, whereupon the instrument is ready to provide measurement data.

I anläggningen enligt fig. 5 används bara en enda pump 41. Den är via en ventil 43 av väx- lande typ ansluten till badet 15. Ventilen 43 kan också ställas, så att dess ena inlopp, vilket är an- slutet till omgivningsluften, kommer i förbindelse med ventilens utlopp och därmed pumpen 41.In the plant according to Fig. 5 only a single pump 41. is used. It is connected via a valve 43 of alternating type to the bath 15. The valve 43 can also be set so that one of its inlets, which is connected to the ambient air, will in connection with the valve outlet and thus the pump 41.

Pumpens 41 trycksida är ansluten till inloppsröret l. För övrigt överensstämmer anläggningen med den i ﬁg. 4 visade förutom att pumpen 31 inte ﬁnns med. 1 ventilemas visade läge fungerar anläggningen för uppmätning av tryckproﬁlema vid droppbildningen. Pumpen 41 matar in vätska till kapillären 3. l droppkammaren 7 täcker de nedfallna bildade droppama bottnen och bildar ett vätskemängd, som inte kan lämna kammaren, exempelvis genom att ventilen 33 är placerad på en nivå högre än droppkammaren. Ventilen 33 står normalt i ett läge, så att kammarens 7 utlopp via ventilen står i förbindelse med badet 15.The pressure side of the pump 41 is connected to the inlet pipe 1. Otherwise, the system corresponds to that in ﬁ g. 4 showed in addition that the pump 31 is not included. In the position shown in the valves, the system functions for measuring the pressure problems during the drip formation. The pump 41 feeds liquid to the capillary 3. In the drip chamber 7, the precipitated formed droplets cover the bottom and form a quantity of liquid which cannot leave the chamber, for example by the valve 33 being placed at a level higher than the drip chamber. The valve 33 is normally in a position so that the outlet of the chamber 7 via the valve is in communication with the bath 15.

Vid start ställs först ventilen 43 om. Pumpen 41 suger då in luﬁ genom denna ventil och trycker luften via kapillären 3 in i droppkamrnaren 7 och pumpar bort gammal vätska därifrån till badet 15. Ventilen 43 ställs sedan om, så att vätska från badet pumpas in i kapillären 3 och droppkammaren 7. Ventilen 33, ansluten i kammarens 7 utloppsledning, ställs om, så att det av dess inlopp, som nu är anslutet till dess utlopp, är i förbindelse med ledningen 35 kopplad till luﬁningsanslutningen på tryckgivarens 5 vätskesida. Pumpen 41 trycker in vätska i kapillären 3, vilken i sin tur trycker bort luften på vätskesidan i tryckgivaren 5 till ledningen 35 och därmed till badet 15 via ventilen 33. Därefter ställs ventilen 33 om till sitt arbetsläge, såsom visas i figuren.At start-up, valve 43 is first reset. The pump 41 then sucks lu ﬁ through this valve and pushes the air via the capillary 3 into the drip chamber 7 and pumps away old liquid from there to the bath 15. The valve 43 is then adjusted, so that liquid from the bath is pumped into the capillary 3 and the drip chamber 7. The valve 33, connected in the outlet line of the chamber 7, is switched so that, from its inlet, which is now connected to its outlet, it is connected in connection with the line 35 to the heating connection on the liquid side of the pressure sensor 5. The pump 41 pushes liquid into the capillary 3, which in turn pushes away the air on the liquid side of the pressure sensor 5 to the line 35 and thus to the bath 15 via the valve 33. Then the valve 33 is switched to its working position, as shown in the figure.

En ytterligare utföringsfonn av en anläggning för mätning av tryckproﬁlerna vid dropp- bildning visas i blockschemat i ﬁg. 6. Här används två dubbla slangpumpar 47, 49. Den första 10 15 20 25 519 771 8 slangpumpen 47 pumpar på sin första sida vätska från badet 15 till ett ﬁlter 51 av tvärströmstyp, i vilket eventuella partiklar i vätskan avlägsnas. Från ﬁltret 51 leds den större, ofiltrerade delen vätska till utﬂödeskammaren, den andra kammaren 23 i behållaren 17. Behållaren 17 är utförd med en bräddavrinning 19 liksom i utföringsforrnen enligt ﬁg. 4, som avgränsat den första kam- maren 21 från den andra kammaren 23. Från den senare kammare, dvs utﬂödeskarnmaren, pum- pas vätskan tillbaka till badet 15 av den andra sidan hos den första pumpen 47. Den ﬁltrerade de- len av vätskan från ﬁltret 51 leds till den första sidan hos den andra slangpumpen 49 och pumpas av denna till den första kammaren 21 i behållaren 17, i vilken därigenom och på grund av brädd- avloppet l9 konstant vätskenivå hålls. Den andra sidan hos den andra pumpen 49 är ansluten till utgången från den andra ventilen 33 för att i anläggningens mättillstånd sakta pumpa vätska från droppkarnrnaren 7 till utloppskammaren 23 i behållaren 17. Om den andra ventilen 33 ställs om, pumpas i stället från den högsta punkten hos kapillären 3 på vätskesidan av tryckgivaren 5, dvs från anslutningen 6, för att evakuera gas från vätskesidan i tryckgivaren. Övriga delar hos anlägg- ningen är utförda som motsvarande delar i anläggningen enligt ﬁg. 4 och fungerar som dessa.A further embodiment of a system for measuring the pressure profiles during droplet formation is shown in the block diagram in ﬁ g. Here, two double hose pumps 47, 49 are used. The first hose pump 47 pumps on its first side liquid from the bath 15 to a cross-type type filter 51, in which any particles in the liquid are removed. From the filter 51 the larger, unfiltered part of liquid is led to the discharge chamber, the second chamber 23 in the container 17. The container 17 is made with a overflow 19 as in the embodiment according to ﬁ g. 4, which delimited the first chamber 21 from the second chamber 23. From the later chamber, i.e. out of the fate chamber, the liquid is pumped back to the bath 15 by the other side of the first pump 47. The filtered part of the liquid from The filter 51 is led to the first side of the second hose pump 49 and is pumped by this to the first chamber 21 in the container 17, in which thereby and due to the overflow drain 19 a constant liquid level is maintained. The other side of the second pump 49 is connected to the outlet of the second valve 33 to slowly in the measuring condition of the plant pump liquid from the drip core 7 to the outlet chamber 23 of the container 17. If the second valve 33 is switched, it is pumped instead from the highest point of the capillary 3 on the liquid side of the pressure sensor 5, i.e. from the connection 6, to evacuate gas from the liquid side of the pressure sensor. Other parts of the plant are designed as corresponding parts in the plant according to ﬁ g. 4 and works like these.

Vid ett praktiskt utförande enligt ﬁg. 6 var den differentiella tryckgivaren 5 av typen LPM 8381 från Druck. Denna sensor har ett mätoniråde på 0 - 10 mbar. Den matas med en spänning av 24 V likspänning och ger som utsignal en likspänning av O - 10 V. Via den tunna kapillären var tryckdetektorn 5 ansluten till droppkoppen 7, som hade en inre volym av 16,5 ml. Signalen från sensom 5 avgavs till elektroniska kretsar, ej visade, innefattande en 12-bitars A/D-omvandlare, av typen ADS78l6 från Burr-Brown, styrd av en mikroprocessor av typen ATmegalO3 från Atmel med en klockfrekvens av 3,6864 MHz. I anläggningen ingick två slangpumpar 47, 49 med vardera två kanaler tillverkade av Watson Marlow Alitea och speciellt utformade för att uppfylla mätningsanläggningens krav. Den kanal eller sida i den andra slangpumpen 49, som pumpade vätska från droppkoppen 7, gav upphov till ett ﬂöde om ungefär 1 ml vätska per minut genom droppkoppen.In a practical embodiment according to ﬁ g. 6 was the differential pressure sensor 5 of the type LPM 8381 from Druck. This sensor has a measuring range of 0 - 10 mbar. It is supplied with a voltage of 24 V DC and gives as output a DC voltage of 0 - 10 V. Via the thin capillary, the pressure detector 5 was connected to the drip cup 7, which had an internal volume of 16.5 ml. The signal from the sensor 5 was output to electronic circuits, not shown, comprising a 12-bit A / D converter, of the type ADS7816 from Burr-Brown, controlled by a microprocessor of the type ATmegalO3 from Atmel with a clock frequency of 3.6864 MHz. The plant included two hose pumps 47, 49, each with two ducts manufactured by Watson Marlow Alitea and specially designed to meet the requirements of the metering plant. The channel or side of the second hose pump 49, which pumped liquid from the drip cup 7, gave rise to a fate of approximately 1 ml of liquid per minute through the drip cup.

Claims

10 15 20 25 30 519 771 9 PATENT REQUIREMENTS

A method of measuring the surface tension at the interface between a liquid and a gas, comprising the steps of: - causing the liquid to flow through a capillary to form droplets at the end of the capillary, - measuring values of the pressure in the liquid in the capillary during the droplets formation, and - to evaluate the measured pressure values, characterized in that - in the step of causing the liquid to flow through the capillary, the droplets are formed in a closed space containing the gas, and - in the step of measuring the care of the pressure, the difference between the pressure is measured in the liquid in the capillary and the pressure of the gas in the closed space.

A method according to claim 1, characterized in that in the step of causing the liquid to flow through the capillary, liquid is pumped from the closed space to allow new droplets to form.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that in the step of causing the liquid to flow through the capillary, the liquid is supplied from a liquid container with an upper liquid surface lying at a constant horizontal level.

A method according to claim 1, characterized in that in the step of causing the liquid to flow through the capillary, the liquid from a liquid container is pumped into the capillary.

5. Instruments for measuring the surface tension at the interface between a liquid and a gas, comprising: - a supply device for the liquid, - a capillary connected to the supply device and having a first end, so that the liquid is caused to flow through the capillary to form droplets at the first end of the capillary, - a pressure gauge for measuring values of the pressure in the liquid in the capillary during the formation of the droplets, and - an evaluation device for evaluating the measured pressure values, characterized by a closed space containing the gas and arranged at the first end of the capillary, is formed in the closed space, the pressure gauge being arranged to measure the difference between the pressure in the liquid in the capillary and the pressure of the gas in the closed space.

Instrument according to claim 5, characterized in that the pressure gauge at a first side is connected to the capillary at a second end thereof.

Instrument according to Claim 6, characterized by a pump connected to the first side of the pressure gauge in order to pump out any trapped gas when the measurement begins. 519 771 10

Instrument according to Claim 6, characterized in that the pressure gauge is connected to the closed space at a second side.

An instrument according to any one of claims 5 to 8, characterized by a pipeline with two ends, a first and a second end, both of which are connected to the closed space, the capillary being a part of the pipeline at its first end and the pressure gauge comprising a membrane inserted in the pipeline for dividing the interior of the pipeline into two separate parts.

Instrument according to one of Claims 5 to 9, characterized by a pump connected to the closed space for pumping liquid away therefrom.

11. ll. Instrument according to one of Claims 5 to 10, characterized in that the supply device comprises a liquid container connected via a line to the capillary and with an upper liquid surface lying at a constant horizontal level.

Instrument according to one of Claims 5 to 10, characterized in that the supply device comprises a liquid container and a pump for pumping the liquid from the liquid container to the capillary.