Способ определения краевого угла смачивания

 

ССЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,.SU„„1265549 д 1 (5D 4 С 01 N 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 387585 7/24-25 (22) 09.04.85 (46) 23.10.86. Бюл. В 39 (71) Переславский филиал Всесоюзного государственного научно-исследовательского и проектного института химико-фотографической промышленности (72) А.Н.Магунов (53) 621.386.08(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 830194,,кл. С 01 N 13/02, 1981.

Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М.: Химия, 1979, с; 52-53. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть применено для анализа свойств поверхности твердого тела, для изучения растекания и испарения жидкостей, смачивающих поверхность.

Для измерения краевого угла используется отражение от поверхности капли лазерного луча, распространяющегося касательно к твердой поверхности, на которой находится капля. Вследствие кривизны поверхности капли отраженный луч падает на экран в виде линии. Цель изобретения — повышение точности и сокращение времени измерения. На экране наблюдают построение нормали к поверхности в виде ярко светящейся линии, наклон которой определяет величину краевого угла.

Способ позволяет измерять углы смаЮ О чивания в диапазоне 0 <0 90 с погрешностью не более 1Х. Время, необходимое для измерения, не превышает 1 - 2 с.

1 1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам измерения углов смачивания плоских поверхностей каплями и пленками жидкости, и может быть применено для анализа свойств поверхности твердого тела, для изучения растекания и испарения жидкостей, смачивающих поверхность.

Целью изобретения является повы:шение точности и сокращение времени измерений путем исключения необходимости построения касательной на изображении капли.

Способ основан на известном законе геометрической оптики: отраженный, от поверхности луч лежит в плоскости падения, т.е.. в плоскости, образованной двумя прямыми линиями: направлением распространения падающего лазерного луча и нормально к поверхности ,.капли в .точке падения луча. Проекция плоскости падения на экран, перпендикулярный падающему лучу, является непосредственно наблюдаемой вследствие отражения луча от поверхности капли и выглядит ярко светящейся линией. Краевой угол равен углу между вертикалью и резким нижним краем

-наблюдаемой на экране линии. При измерении краевого угла для тонких пленок значение угла находят путем несложного расчета по измеренной высоте отраженного на экран луча.

Выражения для координат Х (по горизонтали) и Y (по вертикали) точки падения отраженного луча на экран:

Х=Усоа Ч: t g d.;

Y=atg (180 -2arctg(tgd.:sin9):

< . =90-8 где @ — краевой угол смачивания; Р— угол поворота радиуса капли, проведенного в точку падения луча, отсчитанный от прямой, лежащей в плоскости основания капли и перпендикулярной лучу; а - расстояние от капли до экрана (размерами капли r можно пренебречь, если re(a) .

Исключив Ч из выражений для Х и Y получиМ .

1 Y

Y:X=tgd.: 1-tg ot".tg (90"- -агсtg-) . а

Выбрав расстояние а достаточно большим, можно получить подкоренное выражение мало отличающимся от 1, Y тогда — =t g, т.е. тангенс наблюдаеY мого на экране угла, равный вЂ, дейФормула изобретения

Способ определения краевого угла смачивания, заключающийся в нанесении капли жидкости на поверхность, освещении капли и измерении геомет55 рического параметра оптической картины, формируемой при этом на экране, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокраще265549 2 ствительно совпадает с tgd.„ где

o o д =90 — 9

Для того, чтобы ошибка в измерении угла не превышала 1X, подкоренное выражение должно быть не ме tee

0,98, Для углов 9 =20 — 90 это выY полняется при — =0,1. При фиксироо ванных Y и а для углов В <20 ошибка

1О увеличивается. Считывание угла при малых Y не всегда удобно, практически Y выбирается равным 4-5 см. Повысить точность при сохранении Y можно, увеличивая расстояние а от капли до

15 экрана, но более высокую точность обеспечивает видоизменение измерения: в случае малых углов смачивания необходимо испольэовать отражение лу1 Y ча при М=90, когда О =- arctg-, Этим

20 2 а способом можно измерять с высокой точностью углы от 20 до долей градуса, т.е. углы, образуемые не только по каплям жидкости, но и смачиваю25 щими пленками.

П р и м,е р. Каплю воды наносят на стеклянную пластинку. Пластинка перемещается в горизонтальной плоскости до касания лазерным лучом осно-ЗО вания капли. Используется лазер ЛГ- /8. с длиной волны генерации =6328 А.

Лазерный луч должен быть выставлен горизонтально и падать в начало координат угломерной шкалы, нанесен35 ной на матовый экран. При падении луча на основание. капли на экране возникает светящаяся полоска, резкий нижний край которой отклонен от вертикали на угол, равный краевому углу

40 смачивания стекла водой. По угломерной шкале считывается результат:

8=36,0 . Высота угломерной шкалы в точке считывания равна 3 см. Расстояние от капли до экрана 40 см.

45 Y 3 1

Поскольку — = -- — ошибка опредеа 40 10 ления угла не превышает 1Х. Таким образом8 =36,0 +0,4

3 1265549

4 ния времени измерения, ерения каплю освеща- измеряют угол отклонения от вертикаизлучения а ли прямой, совпадающей с нижним крают пучком лазерного излучения, в качестве геометрического параметра ем светящейся полоски на экране,.

Составитель А.Кощеев

Редактор В.Иванова Техред M.Õîäâíè÷ Корректор, M Пожо

Заказ 5651/35 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская. наб., д. А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,