Способ определения капиллярной постоянной жидкости

 

Изобретение относится к технике измерения физических констант расплавов и растворов. Целью изобретения является повьшение точности измерения и упрощение способа путем исключения необходимости выращивания кристалла-зонда заданной формы. Способ включает формирование мениска и определение высоты мениска, сцедленного с поверхностью смачиваемого твердого тела известных формы и размеров, вычисление отношения характерного размера твердого тепа к высоте мениска , определение по таблицам безразмерного радиуса кривой трехфазной линии и вычисление капиллярной постоянной . Мениск формируют путем касания свободной поверхности жидкости твердым телом и последующим его подъемом до момента отрыва мениска от твердого тела. Высоту мениска Н„, оп (Л ределяют в момент отрыва жидкости от твердого тела, а вйчисле ше капиллярной постоянной производят по формуле , где Р- характерный размер рабочей части твердого тела; А коэффициент , зависящий от формы и размеров рабочей части твердого тела, Од 3 ил. to to 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (59 4 G 01 И 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ф(Ф «)1(И 11

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АИТСРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ фйЙЖ"- - (21) 3915167/31-25 (22) 25.06.85 (46) 30.10.86. Бюл. И 40 (71) Институт физики твердого тела

АН СССР (72) Г.А, Сатункин, Б.С. Редькин, В.Н. Курлов, С.Н. Россоленко и Ю.А. Туфлин (53) 532.64(088.8) (56) Shi .L;J. Не Ь.С. Ying С.F.

"Calculation of Shape and stability

of meniccuin in Czachra2sci grows

with tables to determince meniscus

hights maximum heights in capillary

constansts", Ultrasonics, l8.57, 1980.

Uelhoff W, Mike К., Berichte der

Kern for Schungsanlage, Julich, Р 1195, Nai 1975. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАПИЛЛЯРНОЙ

ПОСТОЯННОЙ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к технике измерения физических констант расплавов и растворов. Целью изобретения является повышение точности измере,.80„„1267223 А 1 ния и упрощение способа, путем исключения необходимости выращивания крис" талла-зонда заданной формы. Способ включает формирование мениска и определение высоты мениска, сцепленного с поверхностью смачиваемого твердого тела известных формы и размеров, вычисление отношения характерного размера твердого тела к высоте мениска, определение по таблицам безразмерного радиуса кривой трехфазной линии и вычисление капиллярной постоянной. Мениск формируют путем касания свободной поверхности жидкости твердым телом и последующим его подьемом до момента отрыва мениска от И твердого тела. Высоту мениска Н„, оп- g ределяют в момент отрыва жидкости от %У Ф твердого тела, а вйчисление капилляр- С ной постоянной производят по формуле а Г2А д, где 0 — характерный размер рабочей части твердого тела; А—

Вил коэффициент, зависящий от формы и размеров рабочей части твердого тела, 3 HJI

1267223

Изобретение относится к технике измерения физических констант расплавов и растворов, а именно величины капиллярной постоянной, по которой также может быть рассчитана величина 5 поверхностного натяжения исследуемой жидкости известной плотности. Эти. величины широко используются при анализе капиллярных явлений в различных областях науки и техники и, в част10 ности, требуются в расчетах, связанных с физикой кристаллизации из расплавов и растворов, а также при выборе технологических режимов выращивания кристаллов. л

Целью изобретения является повышение точности определения капиллярной постоянной и упрощение способа путем исключения необходимости выращива««ия кристалла-зонда заданной фор?О мы.

На фиг. 1 схематически показан электроконтактный датчик уровня; на фиг, 2 — различные положения рабочей

25 части зонда относительно свободной поверхности уровня жидкости и пилообразная кривая, соответствующая записанному на ленте самописца электрическому сигналу с многооборотного потенциометра электронного датчика уровня; на фиг ° 3 — кривая предельных высот менисков и рабочая часть зонда датчика уровня в крайнем верхнем положении перед отрывом мениска в безразмерных координатах. 35

Электронный датчик уровня содержит устройство 1 управления реверсирования электродвигателя 2, винт 3 привода перемещения зонда 4, многообо- . 40 ротный потенциометр 5, связанный с винтом 3, устройство компенсации 6 и усиления 7 электрического сигнала, поступающего на самописец 8. Электропроводящие тигель и щуп образуют 45 электрическую цепь, которая в момент касания щупом поверхности жидкости эамь«кается и размыкается в момент отрыва мениска от щупа, что вызывает реверсирование направления вращения электрического двигателя 2, связанного с ним винта 3 и тем самым меняет направление перемещения зонда электроконтактного датчика. При этом записанный на ленте самописца сигнал с многооборотного потенциометра 1« имеет пилообразную форму, крайним положениям которого соответствуют моменты касания расплава 9 и отрыва мениска !О от зонда (фиг. 2) Пре дельная высота. мениска определяе,c:ë геометрической формой, размерами рабочей части используемого щупа, а также величиной капиллярной постоянной. Для изготовления зонда используют материал, не взаимодействующий химически с исследуемой жидкостью и смачиваемый ею, рабочая часть которого может быть выполнена в форме сферического шарика или прямого круглого цилиндра с острыми кромками. Сферическая форма рабочей части зонда по-, зволяет избежать трудностей, связанных с сютировкой зонда относительно свободной поверхности жидкости.

На фиг. 3 предельной высоте поднятия мениска 11 соответствует точка

12 с координатами (, и на кривой 3 предельных высот, которая является общей для мениска 11 и сферической части зонда радиуса г. Каждой точке на кривой 13 предельных высот одно-значно соответствует безразмерные величины (, J, Q„„ =.) / и Р .

Для сферической рабочей части зонда известного радиуса r достаточНо эксий «иментально измерить с помощью датчика уровня величину предельной высоты Н„ и вычислить значение =Н„, /r. В случае полного смачивания исследуемой жидкостью поверхности зонда следует формула

g (, ) H1IIP„

3+ $-соя р.

Подставляя в формулу угол Р= Р. из интервала значений от 0 до 90, расчетным путем находят величину (P.)= t,/(. и сравнивают с табличными значениями («,,1). Найденная таким образом пара значений Ь., Р е или Po,, соответствующих известным 0з экспер««мента величинам Ц „,, r и «« позволяет рассчитать капиллярную постоянную — sin). r а= 2

Р

J o или эквивалентную

< sin P, g. а

3+1-cos p.

Расчеты упрощаются, если щуп датчика уровня имеет рабочую часть в форме прямого круглого цилиндра радиуса г, кромки которого можно считать идеально острыми. В этом случае

9 =. Г./ =г/Н„р и а= Г2г/Р.

Использованием электроконтактного датчика уровня с щупом, рабочая часть которого выполнена в форме прямого кругового цилиндра по предлагаемой методике при 1270 С измеряют величину капиллярной постоянной для элек- тропроводящего расплава ниобата лития. Используют платиновый щуп радиусом 2 мм. Найденная предельная высо та Отрыва мениска составляет Н о =

=3,193 мм. По рассчитанному значению „;-r/Í„, =0,626 находят из справоч ных таблиц значение безразмерного радиуса кривой трехфазной линии

=0,70..Далее рассчитывают капиллярную постоянную расплава LiNbO по формуле а= 12 г /, =4,01 мм. В серии эксперимен гов величина капиллярной постоянной для расплава LiNbO при

12?О С составила а=4,0+0,01 мм при использовании зонда, рабочая часть которого выполнена в форме прямого кругового цилиндра.

Используя электроконтактный датчик уровня с зондом, рабочая часть которого выполнена в форме шара, по предлагаемой методике при 1270 С измеряется величина капиллярной постоянной расплава LiNbO>. Шарик на зонде имеет диаметр 1,96 м. После

-измерения Н<р, которая составляет

1565 мм, находят расчетным путем

267223 4

g(P,) в интервале 0-90, сравнивая с табличными значениями. Находят пару значений )Ъ., P., соответствующих известным r и Н„ . Капиллярную постоянную рассчитывают по формуле г ч Б1пp,r а= ч2

)о

Серия .экспериментов показала, что для расплава LiNb0> при 1270 С а=

1О =4,0 0 01 мм. Найденная величина уточняет величину капиллярной постоянной ЫБЪО а=3,42 мм.

Формула изобретения

Способ определения капиллярной постоянной жидкости, заключающийся в измерении высоты мениска жйдкости, образованного при контакте жидкости

20 с зондом, и расчете капиллярной постоянной по высоте мениска и геометрическим размерам зонда, о т л и— ч а ю шийся тем, .что, с .целью повышения точности и упрощения спо"

25 соба путем исключения необходимости выращивания кристалла-зонда заданной формы, в качестве высоты мениска измеряют высоту. подъема зонда над поверхностью жидкости в момент отрыва

3() зОнда От жидкОсти °

1267223

IPuc. 2

9ие.3

Составитель А. Кощеев

Редактор Э. Слиган Техред;М.цоргентал Корректор И. Иаксимиюинец

Заказ 5755/38, Тираи 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. У @город, ул. Проектная, 4