SU1394108A1

SU1394108A1 - Apparatus for determining wettability edge angle

Info

Publication number: SU1394108A1
Application number: SU864127846A
Authority: SU
Inventors: Игорь Степанович Кисиль; Роман Владимирович Сельский; Александр Григорьевич Малько; Роман Тарасович Боднар
Original assignee: Ивано-Франковский Институт Нефти И Газа
Priority date: 1986-10-04
Filing date: 1986-10-04
Publication date: 1988-05-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительным устройствам поверхностных свойств на границе раздела жидкость - твердое тело - жидкость или жидкость - твердое тело - газ и может найти широкое применение дл определени краевого угла смачивани жидкост ми твердых материалов в лабораторных услови х. Цель изобретени - повышение производительности измерений при исследовании смачиваемости одной жидкостью различных твердых веществ путем сокращени времени .подготовки камеры и повьш1ение информативности за счет обеспечени проведени измерений при различных скорост х формировани капли. Устройство, работа которого основана на измерении давлени в жидкостном мостике посто нной высоты, содержит цилиндрическую камеру, калиброванкьй капилл р с выходным отверстием ножевой формы, калиброванную по высоте прокладку, датчик давлени , электронный усилитель , блоки фиксации момента спада сигнала и запоминани максимального значени сигнала, регистрирующий прибор и систему формировани капли жидкости из капилл ра, котора в свою очередь состоит из капилл рного плунжера , пружинного спускового механизма , электромагнита и вынесенной отдельно емкости дл исследуемой жидкости . На торце капилл ра вынесенна отдельно емкость дл исследуемой жидкости установлена на спуско-подъемнои столике с фиксацией .любого промежу- точного его положени . Устройство позвол ет также исследовать динамические характеристики смачиваемости (гистерезис, кинетику смачиваний и т.п.). 1 з.п, ф-лы, 1 ил. i (Л со со 4The invention relates to measuring devices for surface properties at the interface of a liquid - solid - liquid or liquid - solid - gas and can be widely used to determine the wetting angle of solid materials in liquids under laboratory conditions. The purpose of the invention is to increase the measurement performance in the study of the wettability of one liquid with different solids by reducing the time required to prepare the chamber and increase the information content by providing measurements at different rates of drop formation. The device, which is based on measuring pressure in a fluid bridge of constant height, contains a cylindrical chamber, a calibrated capillary with a knife-shaped outlet, a gasket calibrated in height, a pressure sensor, an electronic amplifier, blocks recording the moment of a drop in the signal and storing the maximum value of the signal a recording device and a system for forming a drop of liquid from a capillary, which in turn consists of a capillary plunger, a spring trigger mechanism, an electromagnet Marked container for sample liquid. At the end of the capillary, a separate container for the liquid to be tested is mounted on the tripping table with a fixation of any intermediate position. The device also makes it possible to investigate the dynamic characteristics of wettability (hysteresis, wetting kinetics, etc.). 1 z.p, f-ly, 1 ill. i (L with so 4

Description

0000

1139А1139A

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам дл измерени физико- химических параметров на границе раздела фаз, и может быть применено дл определени краевого угла смачивани чистыми жидкост ми и растворами поверхностно-активных веществ (llAB) поверхностей различных твердых материалов в лабораторных услови х.The invention relates to measurement instrumentation, in particular, devices for measuring physical and chemical parameters at the interface, and can be used to determine the wetting angle with clean liquids and solutions of surface-active substances (llAB) surfaces of various solid materials in laboratory conditions

Целью изобретени вл етс повьше- ние экспрессности при проведении серии измерений путем сокращени времеThe aim of the invention is to increase expressness when conducting a series of measurements by reducing the time

На калиброванную прокладку 3 устанавливают любой твердый материал (например , шероховатое стекло) с плоской поверхностью, покрытой предварительно ТОНКИМ слоем исследуемой жидкости со стороны торца капилл ра. В емкость 10 заливают исследуемую жидкость и устанавливают ее на столике 12 при фиксированном его положении. С помощью рычага 9 перемещают капилл рный плунжер 5 вправо до тех пор, пока его положение не зафиксируетс с помощью защелки 7. При этом выходOn a calibrated gasket 3, any solid material (for example, rough glass) with a flat surface coated with a preliminarily THIN layer of the test liquid from the side of the capillary is installed. In the tank 10 pour the test liquid and set it on the table 12 at a fixed position. By means of the lever 9, the capillary plunger 5 is moved to the right until its position is fixed with the help of the latch 7. At the same time, the output

ни подготовки камеры, а также повыше- 5 ное отверстие капилл рного плунжеno preparation of the chamber, as well as a higher-5 hole capillary plunger

ние информативности пу гем обеспечени проведени измерений при различных скорост х формировани капли,informative value of the poem of providing measurements at different rates of formation of a drop,

,На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.20The drawing shows the scheme of the proposed device.20

Устройство дл определени краевого угла смачивани состоит из цилиндрической камеры 1 дл жидкостИе снабженной калиброванным вертикальным капилл ром 2 с ножевым выходным отверс-25 капли со смоченной исследуемой жид- тием, расположенным на верхней крьпп- костью поверхностью любого твердого ка камеры 1. На камере 1 вокруг капилл ра 2 установлен держатель образца в виде кольцевой прокладки 3 с калиброванной высотой. Внутри камеры зд установлен датчик 4 давлени .The device for determining the wetting angle consists of a cylindrical chamber 1 for a fluid equipped with a calibrated vertical capillary 2 with a knife outlet opening of 25 drops moistened with the test liquid located on the surface of any solid chamber 1 on the upper crust. On chamber 1 around capillary 2, the sample holder is mounted in the form of an annular gasket 3 with a calibrated height. A pressure sensor is installed inside the cell here.

Камера снабжена также системой формировани капли жвдкости из выходного oTBepcTH5j капилл ра 2, состо материала давление внутри капилл ра в результате образовани жидкостног мостика, фиксируемое с помощью датчика 4 давлени , резко падает, в ре зультате чего на выходе блока 14 фиксации момента спада сигнала по в л етс кратковременный импульс, кот рый при поступлении на катушку элек ромагнита 8 приводит к вт гиванию сердечника с защелкой 7 внутрь элек ромагнита. В результате срабатьгоает пружинный спусковой механизм 6 и по действием пружины этого механизмаThe chamber is also equipped with a system of forming a drop of liquid from the output oTBepcTH5j of the capillary 2, the state of the material inside the capillary as a result of the formation of a liquid bridge, detected by the pressure sensor 4, drops sharply, as a result of which A short pulse, which, when an electromagnet 8 enters the coil, leads to a pull-in of the core with a latch 7 inside the electromagnet. As a result, trigger the spring trigger mechanism 6 and the action of the spring of this mechanism

щей из капилл рного плунжера 5, пружинного спускового механизм б с защелкой 7, жестко св занной с подвижным сердечником электромагнита 8, и 9, Внутренн полость капил-- л рного плунжера 5 с одной стороны сообщена с камерой 1, а с другой - с дополнительной емкостью 10 дл исследуемой жидкости с помощью резиновой трубки 11. Емкость 10 установлена на подъемном столике 12 с возможностью фиксации любого положени по высоте, Датчик 4 давлени соединен со схемой регистрации, в состав которой вход т электронньй усилитель 13., блок 14 фиксации момента спада сигна35from the capillary plunger 5, the spring trigger b with the latch 7 rigidly connected to the movable core of the electromagnet 8, and 9, the internal cavity of the capillary plunger 5 is connected to the chamber 1 on the one hand, and capacity 10 for the test fluid using a rubber tube 11. Capacity 10 is installed on the lifting table 12 with the possibility of fixing any position in height, Pressure sensor 4 is connected to a recording circuit, which includes an electronic amplifier 13., block 14 fixing the torque sp yes signa35

материала давление внутри капилл ра в результате образовани жидкостного мостика, фиксируемое с помощью датчика 4 давлени , резко падает, в результате чего на выходе блока 14 фиксации момента спада сигнала по вл етс кратковременный импульс, кото рый при поступлении на катушку элек ромагнита 8 приводит к вт гиванию сердечника с защелкой 7 внутрь элек ромагнита. В результате срабатьгоает пружинный спусковой механизм 6 и под действием пружины этого механизмаmaterial pressure inside the capillary as a result of the formation of a liquid bridge, detected by the pressure sensor 4, drops sharply, as a result of which a short-term pulse appears at the output of the block 14 of the moment of signal drop, which causes an electromnite 8 to enter the coil The core is pivoted with the latch 7 inside the electromagnet. As a result, the spring trigger mechanism 6 is actuated and under the action of the spring of this mechanism

0 капилл рньй плунжер 5 перемещаетс в крайнее левое положение, выходное отверстие капилл рного плунжера 5 перекрыто стенкой цилиндрической камеры I и исследуема жидкость из кадс пилл рного плунжера перестанет вытекать во внутреннюю полость цилиндрической камеры 1.0, the capillary plunger 5 is moved to the extreme left position, the outlet of the capillary plunger 5 is blocked by the wall of the cylindrical chamber I and the test fluid from the cadre of the pillary plunger stops flowing into the internal cavity of the cylindrical chamber 1.

Переключатель 17 устанавливают в положение А и с помощью регистрирующего прибора 16 измер ют давление PThe switch 17 is set to position A and the pressure P is measured using a recording device 16

ла, блок 15 запоминани максимально- в образовавшемс жидкостном мостикеla, block 15, memorizing the maximum in the formed liquid bridge

го значени сигнала и регистрирующий прибор 16, подсоедин емый к схеме через переключатель 17,the first value of the signal and the registering device 16 connected to the circuit via switch 17,

Катушка электромагнита 8 запиты- ваетс от блока 14 фиксации момента спада сигнала.The coil of the electromagnet 8 is powered from the block 14 fixing the time of the drop of the signal.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

ра 5 сообщаетс с внутренним пространством камеры 1. За счет гидростатического давлени исследуема жидкость из емкости 10 заполн ет внутреннюю полость цилиндрической камеры 1 и капилл ра 2, В результате этого на торце капилл ра 2 образо- вьшаетс капл исследуемой жидкости. Как только происходит соприкосновениеSection 5 communicates with the internal space of chamber 1. Due to the hydrostatic pressure, the test liquid from the tank 10 fills the internal cavity of the cylindrical chamber 1 and the capillary 2. As a result, a drop of the test liquid is formed at the end of the capillary 2. As soon as contact occurs

капли со смоченной исследуемой жид- костью поверхностью любого твердого drops with a solid surface moistened with the liquid under study

материала давление внутри капилл ра в результате образовани жидкостного мостика, фиксируемое с помощью датчика 4 давлени , резко падает, в результате чего на выходе блока 14 фиксации момента спада сигнала по вл етс кратковременный импульс, который при поступлении на катушку электромагнита 8 приводит к вт гиванию сердечника с защелкой 7 внутрь электромагнита . В результате срабатьгоает пружинный спусковой механизм 6 и под действием пружины этого механизмаmaterial pressure inside the capillary as a result of the formation of a liquid bridge, detected by the pressure sensor 4, drops sharply, resulting in a short-term pulse appearing at the output of the block 14 fixing the moment of the signal drop, when the electromagnet 8 enters the coil with a latch 7 inside the electromagnet. As a result, the spring trigger mechanism 6 is actuated and under the action of the spring of this mechanism

капилл рньй плунжер 5 перемещаетс в крайнее левое положение, выходное отверстие капилл рного плунжера 5 перекрыто стенкой цилиндрической камеры I и исследуема жидкость из капилл рного плунжера перестанет вытекать во внутреннюю полость цилиндрической камеры 1.the capillary plunger 5 is moved to the extreme left position, the outlet of the capillary plunger 5 is blocked by the wall of the cylindrical chamber I and the liquid under study from the capillary plunger will cease to flow into the internal cavity of the cylindrical chamber 1.

Переключатель 17 устанавливают в положение А и с помощью регистрирующего прибора 16 измер ют давление P/JThe switch 17 is set to position A and the pressure P / J is measured using a recording device 16

в образовавшемс жидкостном мостикеin the resulting liquid bridge

между исследуемой жидкостью и поверх- ност ью любого твердого материала, предварительно смоченного этой же жидкостью. Давление Р соответствует краевому углу смачивани , равному нулю. Затем вместо предварительно смоченного любого твердого материала устанавливают исследуемый образецbetween the liquid under study and the surface of any solid material previously moistened with the same liquid. The pressure P corresponds to a wetting angle equal to zero. Then instead of pre-wetted any solid material set the sample

сухой исследуемо поверхностью вниз. С помощью рычага 9 перемещают капилл рный плунжер 5 в крайнее правое положение. Из. выходного отверсти плунжера 5 снова начинает вытекать исследуема жидкость во внутреннюю полость цилиндрической камеры 1. Вытекание продолжаетс до тех пор, пока капл не соприкасаетс с сухой поверхностью твердого исследуемого материала. В этот момент происходит срабатьшание пружинного спускового механизма 6. Переключатель 17 устанавливают в положение Вис помощью регистрирующего прибора 16 измер ют максимальное давление Р, в капле в момент ее соприкосновени с сухой поверхностью твердого исследуемого материала. Затем переключатель 17 устанавливают в положение А и измер ют давление Р в образовавшемс жидкостном мостике между торцом капилл ра 2 и сухой поверхностью твердого исследуемого материала.dry surface down. Using the lever 9, the capillary plunger 5 is moved to the extreme right position. Of. the outlet of the plunger 5 again begins to leak the test liquid into the internal cavity of the cylindrical chamber 1. The outflow continues until the droplet contacts the dry surface of the solid material under study. At this moment, the spring trigger mechanism 6 is triggered. Switch 17 is set to the Vis position by means of a registering device 16 and the maximum pressure P is measured in a drop at the moment of its contact with the dry surface of the solid material under study. Then, the switch 17 is set to position A and the pressure P in the liquid bridge formed between the end of the capillary 2 and the dry surface of the solid material under study is measured.

Величину краевого угл-а смачивани е на основании измеренных в соответствующие моменты времени величин давлений ,, Р, и Р рассчитьшают с помощьюThe value of the boundary angle-a wetting based on the values of pressures, Р, and Р measured at the appropriate time points, is calculated using

(О(ABOUT

1 г зависимости1 g of addiction

о +Pi 2about + pi 2

исследовании смачиваемости данной жидкостью поверхности другого твердого материала его устанавливают на калиброванную прокладку 3, аналогично вьщ1еуказанному измер ют давлени . Р, и Р и затем с помощью зависимости (1) рассчитывают величину краевого угла смачивани 0. Investigation of the wettability of a liquid with a surface of another solid material is established on a calibrated gasket 3, the pressure is measured similarly to that indicated. P, and P, and then using relationship (1), calculate the value of the wetting angle 0.

В случае необходимости дополнительное количество исследуемой жидкости добавл ют в емкость 10 без остановки процесса измерений.If necessary, an additional amount of the test liquid is added to the container 10 without stopping the measurement process.

При необходимости изменени скорости образовани капли на торце калиброванного капилл ра 2 с помощью спуско-подъемного столика 12 измен ютIf it is necessary to change the rate of formation of a drop at the end of a calibrated capillary 2, the descent-lifting table 12 is changed by

10ten

20 20

1515

30thirty

3535

QQ

по высоте положение емкости 10, в результате чего измен етс характерное врем формировани поверхнос.ти раздела жидкость - газ.the height of the position of the container 10, as a result of which the characteristic time of formation of the surface of the liquid-gas section changes.

Claims

1. Device for determining wetting angle containing. a main cylindrical fluid chamber equipped with a vertical calibrated capillary with a knife-shaped outlet and a system of forming a drop of liquid from the capillary outlet, including a movable plunger, sample holder over the capillary outlet, a fluid pressure sensor in the chamber connected to an electronic recording circuit consisting of an amplifier, a block for fixing the moment of a signal drop, a block for storing the maximum value, and a registering device, which is characterized by the fact that, with Expressions when performing a series of measurements by reducing the preparation time of the chamber, the device contains an additional chamber for liquid, the movable plunger is made in the form of a capillary and is equipped with a spring trigger mechanism, the latch of which is rigidly connected to the movable core of the electromagnet, the coil of which is connected to the block of moment of decline signal, while the internal cavity of the movable plunger is communicated on the one hand with the cavity of the cylindrical chamber and on the other with the cavity of the additional chamber.

2. The device according to claim 1, of which is, so that, in order to increase the information content by

g providing measurements at different rates of formation of a drop, an additional fluid chamber is installed with the possibility of its vertical movement and fixation.

25