Способ определения поверхностного натяжения жидкости и устройство для его осуществления

 

Использование: измерительная техника , способы и устройства для измерения поверхностного натяжения по методу максимального давления в пузырьке. Измерения ведут в жидкости при нарастающем отрицательном давлении в ней. Устройство включает U-образный манометр, в одно колено которого (закрытое) введен капилляр с калиброванным отверстием, полость которого сообщается с калиброванным отверстием , полость которого сообщается с пространством над жидкостью во втором колене. Устройство для создания в рабочем колене отрицательного давления в жидкости обеспечивает перемещение уровня жидкости в другом колене. Этот уровень измеряют в момент проскока пузырька. Для предотвращения отслоения растянутой жидкости от стенок они выполнены из смачивающегося жидкостью материала, предусмотрено вытеснение остатков газа из рабочего колена в соединительную трубку нерез узкий зазор. По максимальной величине расстояния между нижним срезом капилляра и уровнем жидкости в другом колене манометра определяют максимальное капиллярное давление и поверхностное натяжение. 2 с. и 1 з.п.ф-лы. 2 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 13/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) IcEC9@}Qg

МПН7:"»: Т,.- " :. "; ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4863440/25 (22) 14.05.90 (46) 23.06,93. Бюл, М 23 (75) IO,Í. Иващенко (56) Авторское свидетельство СССР

М 557298, кл. G 01 N 13/02. 1975.

Пугачевич П.П. Элементарная теория расчета усовершенствованных газовых приборов для измерения поверхностного натяжения. Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии. — Киев: Изд. АН УССР, 1963. с. 422-432. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: измерительная техника, способы и устройства для измерения поверхностного натяжения по методу максимального давления в пузырьке. Измерения ведут в жидкости при нарастающем отрицательном давлении в ней. Устройство

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам и устройствам для измерения поверхностного натяжения по методу максимального давления в пузырьке.

Целью данного изобретения является исключение продаеливающего газа и, следовательно, возможных его влияний на измеряемое свойство, то есть расширение области применимости метода максимального давления в пузырьке на измерения поверхностного натяжения жидкости на границе с ее насыщенным паром.

Для измерений на границе с насыщенным паром применяются иные методы, основанные на других типах капиллярных поверхностей, обладающие теми или иными

Я.. М 1823922 АЗ включает U-образный манометр, в одно колено ко орого (закрытое) введен капилляр с калиброванным отверстием, полость которого сообщается с калиброванным отверстием, полость которого сообщается с пространством над жидкостью ео втором колене. Устройство для создания е рабочем колене отрицательного давления в жидкости обеспечивает перемещение уровня жидкости в другом колене, Этот уровень измеряют е момент проскока пузырька. Для предотвращения отслоения растянутой жидкости от стенок они выполнены из смачивающегося жидкостью материала, предусмотрено вытеснение остатков газа из рабочего колена в соединительную трубку через узкий зазор. По максимальной величине расстояния между нижним срезом капилляра и уровнем жидкости в другом колене манометра определяют максимальное капиллярное давление и поверхностное натяжение. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил, недостатками. Например, метод максимального давления в капле практически неприменим в случае смачивания жидкостью материала прибора.

Прямые аналоги предложенного способа отсутствуют.

Прототипом устройства по сходству большинства признаков является прибор, описанный на стр. 425 в статье П.П. Пугачееичэ "Элементарная теория расчета усовершенствованных газовых приборов для измерения поверхностного натяжения, в кн.: Поверхностные явления в расплавах и процессах порошковой металлургии. Изд.

АН УССР, Киев, 1963, с. 422-435.

В нем заложена идея использования в качестве рвзервуара для жидкости одного

1823922

55 из колен U-образного манометра, заполненного этой жидкостью. Для работы беэ газа требуются изменения, начиная с отсутствия газа.

Главная цель нашего способа достигается на принципе, вытекающем иэ четкого разграничения понятий "пузырек газа в жидкости" и "пузырек вакуума в жидкости".

В первом случае внутрь пузырька направлено капиллярное давление Лапласа, обусловленное наличием поверхностного натяжения и кривизны поверхности. Лапласовское давление уравновешивается давлением сжатого в пузырьке газа. Во втором случае уравновешивающая лапласовское давление сила обычно отсутствует, пузырек неустойчив и захлопывается. Уравновешивающую силу можно обеспечить, если в жидкости создать растянутое состояние, то есть отрицательное давление, что мы и берем, как принцип решения задачи, 3а нулевое давление следует взять давление непосредственно под плоской поверхностью жидкости при отсутствии давления газа над ней. Давление насыщенного пара обычно исключается, если сообщаются полость пузырька и пространство над мениском сравнения. Различие давлений пара, обусловленное разной кривизной менисков, при равновесных их уровнях, уравновешивается весом столба пара с высотой отвечающей разности уровней менисков.

Этим различием также можно пренебречь или учесть его.

Изобретение иллюстрируется рисунками. На фиг.1 показана схема основного варианта устройства; на фиг.2 — изменение в верхней части того же устройства. Здесь 1— рабочее колено манометра. 2 — соединительная трубка, 3 — насадок с пузырьком на калиброванном отверстии, 4 — колено сравнения, 5 — устройство для подачи в манометр и отбора части жидкости, например в виде сильфона, На фиг.2 буквой А обозначен узкий зазор, до которого при помощи устройства 5 поднимают уровень жидкости, чтобы вытеснить в трубку 2 возможный остаточный гаэ, после чего уровень жидкости удерживается на уровне зазора А капиллярными силами. Жидкость на фиг.2 не показана. l la фиг.1 жидкость показана после того как она, будучи поднятой устройством 5, полностью заполнила колено 1, кроме отчасти полости насадка 3. а затем медленно опускаемая с помощью устройства 5 достигла состояния предшествующего проскоку пузырька. В этом состоянии в колене 4 она занимает наиболее низкое положение, при котором измеряют расстояние Н. После проскока пузырька жидкость в колене 1 опа5

50 дает, а в колене 4 поднимается. Вычисление капиллярной постоянной ведут по радиусу калиброванного отверстия насадка г и отрезку Н известным для метода максимального давления в пузырьке способом. Из капиллярной постоянной, при известных разности плотностей жидкости и ее пара и местном значении ускорения силы тяжести. вычисляют поверхностное натяжение.

Главная цель способа, — устранение продавливающего газа, — достигается тем, что образование и рост пузырька на калиброванном отверстии насадка ведут в растянутой жидкости при медленном увеличении по абсолютной величине ее отрицательного давления на уровне отверстия насадка и измеряют это давление любым датчиком при достижении максимума капиллярного давления. т,е. в момент проскока пузырька.

Конкретный вариант способа. сочетаемый с использованием конкретного устройства, состоит в том, что отрицательное давление создают в рабочем колене О-образного манометра, куда вертикально введен насадок (полость которого соединена с пространством над жидкостью в колене сравнения), причем (закрытое) рабочее колено заполняют жидкостью полностью (кроме отчасти полости насадка), либо до сужения, способного удерживать столб жидкости капиллярными силами, медленно отбирают жидкость иэ нижней части манометра, тем понижая ее уровень в колене сравнения и увеличивая по абсолютной веглчине отрицательное давление в рабочем голене и измеряют давление на уровне калиброванного отверстия насадка Ъ момент проскока пузырька по уровню жидкости в колене сравнения относительно уровня калиброванного отверстия насадка.

Вспомогательные цели связаны с условиями обеспечения создания растянутого состояния жидкости, борьбе с помехами и т,п, Устройся во для измерения поверхностного натяжения включает U-образный манометр, содержащий исследуемую жидкость, вертикально и герметично введенный в рабочее колено насадок с цилиндрической или сужающейся вниз полостью и заостренными на торце стенками, образующими калиброванное отверстие, причем полость насадка сообщается с пространством над жидкостью в колене сравнения манометра, отличающееся тем, чго оно дополнительно снабжено устройством подачи жидкости в нижнюю часть манометра и отбора ее оттуда, а стенки, контактирующие с жидкостью, где она может быть под отрицательным давлением, выполнены из смачивающегося

1823922 жидкостью материала, чем предотвращается отслоение жидкости от стенок.

Следует отметить, что определенную помеху представляет полость-карман вокруг насадка. При заполнении рабочего коле- 5 на эта полость отсекается жидкостью, а ее содержимое сжимается. Если там есть примесь остаточного газа, то он может воспрепятствоват эахлопыванию полости.

Поэтому объем полости-кармана вокруг на- 10 садка выбран минимальным, допускаемым технологией. Остаточный газ из полостикармана может быть вытеснен в соединительную трубку в варианте устройства, показанном на фиг.2, где полость сообщает- 15 ся с трубкой 2 через настолько узкий зазор

А. что силы капиллярного поднятия могут удерживать жидкость "зацепившуюся" в этом зазоре.

Формула изобретения 20

1,Способ определения поверхностного натяжения жидкости методом максимального давления, заключающийся в формировании пузырька на нижнем срезе капилляра с калиброванным отверстие..-л, расположен- 25 ного в рабочем колене U-образного манометра, заполнении рабочего кол на с капилляром исследуемой жидкостью. понижении о нем уровня жидкости, измерении расстояния между уровнем жидкости в ко- 30 лене сравнения манометра и нижним срезом капилляра и определении максимального капиллярного давления в жидкости на уровне среза капилляра и по нему поверхностного натяжения жидкости, 35 отличающийся тем, что. с целью повышения точности и достоверности определения поверхностного натяжения эа счет исключения физико-химического влияния продавливающего газа на свойства исследуемой жидкости, исследуемую жидкость перед заполнением манометра обеэгаживают, а обьем манометра над жидкостью после заполнения откачивают до вакуума и герметизируют, уровень жидкости в коленах манометра понижают, создавая в ней отрицательное давление, а максимальное капиллярное давление на уровне нижнего среза капилляра определяют в момент, предшествующий проскоку пузырька, по максимальной величине расстояния между уровнем жидкости в колене сравнения манометра и нижним срезом капилляра.

2,Устройство для определения поверхностного натяжения жидкостей, включающее U-образный манометр, в рабочем колеI:å которого вертикально и герметичíо размещен капилляр с калиброванным отверстием, соединяющий рабочее колено и колено сравнения манометра, о т л и ч а ющ е е с я тем, что манометр соединен со средствэм для создания жидкости манометра отрицательного давления, капилляр выполнен с заостренными на нижнем торце стенками, а колена манометра и капилляр выполнены из смачивающихся исследуемой жидкостью материалов.

З.Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что капилляр размещен в рабочем колене с зазором, выполненным капиллярным и соединяющим рабочее гэлено с коленом сравнения манометра.

1823922

4М2

Составитель Ю. Иващенко

Техред М, Моргентал Корректор M. Кешеля

Редактор О. Стенина

Заказ 2195 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101