Способ определения поверхностного натяжения (варианты) и устройство для его осуществления (варианты)

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения поверхностного натяжения жидкостей. Способ измерения поверхностного натяжения заключается в том, что предмет с плоской горизонтальной нижней поверхностью или расположенная в горизонтальной плоскости рамка приводится с помощью ручного или электрического микролифта в соприкосновение с жидкостью, а затем производится подъем предмета или рамки до отрыва от жидкости, при этом замеряется максимальное усилие отрыва или максимальное расстояние от поверхности жидкости, при котором происходит отрыв. Техническим результатом является повышение точности определения поверхностного натяжения и быстроты получения результатов, а также расширение арсенала технических средств данного назначения. 5 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения поверхностного натяжения жидкостей.

Известны способы и устройства для измерения поверхностного натяжения, см., например, пат. № RU 2024842, в котором устройство для измерения поверхностного натяжения содержит рамку с нитью из электропроводной резины. Однако характеристики электропроводной резины нестабильны, а при измерении на электропроводящей жидкости ток утечки через последнюю значительно влияет на точность измерения.

Известно устройство для измерения поверхностного натяжения по патенту на полезную модель №130079, в котором используется емкость с подвижным и неподвижным барьерами и набор вертикальных пластин. Однако устройство сложно, громоздко, вычисления производятся по сложной формуле, что влияет на точность измерений, т.к. чем больше в системе элементов, и чем больше параметров в формуле вычисления, тем больше возможная ошибка вследствие накопления погрешностей.

Известно устройство для измерения поверхностного натяжения по патенту № RU 2022243, в котором измерение поверхностного натяжения лэнгмюровской пленки осуществляется с помощью весов Вильгельми с вертикальной пластиной, для чего используется соленоид, конденсатор и электронная схема (прототип). Однако образование лэнгмюровской пленки капризно, что влияет на точность измерений.

Задача и технический результат изобретения - повышение точности определения поверхностного натяжения и быстроты получения результатов, а также - расширение арсенала технических средств данного назначения.

СПОСОБ 1. В обоих вариантах способа используется отрыв предмета от поверхности исследуемой жидкости.

Способ измерения поверхностного натяжения заключается в том, что предмет с плоской горизонтальной нижней поверхностью (далее «предмет») или расположенная в горизонтальной плоскости рамка приводится с помощью ручного или электрического микролифта (устройство для медленного поднятия и опускания чего-либо) в соприкосновение с жидкостью, а затем производится подъем предмета или рамки до отрыва от жидкости, и при этом замеряется максимальное усилие отрыва.

СПОСОБ 2. Способ измерения поверхностного натяжения заключается в том, что предмет с плоской горизонтальной нижней поверхностью или расположенная в горизонтальной плоскости рамка приводится с помощью ручного или электрического микролифта в соприкосновение с жидкостью, а затем производится подъем предмета или рамки до отрыва от жидкости, и при этом замеряется максимальное расстояние от поверхности жидкости, при котором происходит отрыв.

Осуществление обоих способов будет показано ниже в разделе «устройства для осуществления способа».

В качестве предмета в обоих способах может использоваться любой предмет с ровной плоской нижней поверхностью, но чтобы избежать искажения мениска жидкости на углах, не рекомендуется использовать угловатые тела, например, куб. Лучше использовать круглый цилиндр с плоским нижним торцом. А в качестве рамки можно использовать круглое проволочное кольцо или вертикально висящий отрезок круглой трубы. С целью уменьшения требуемого предела измерений устройства измерения усилия и с целью уменьшения трения в сочленениях предмет или рамка должны быть минимального веса.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 1 (ВАРИАНТ 1). Устройство содержит кювету для жидкости, над которой неподвижно закреплен ручной или электрический микролифт, соединенный через динамометр с упомянутым предметом или с рамкой.

Для уменьшения требуемого предела измерения динамометра и для уменьшения трения в сочленениях предмет или рамка могут быть частично уравновешены с помощью одного или двух двуплечих рычагов с противовесами на концах. Для уменьшения трения при повороте двуплечие рычаги могут быть закреплены на призмах с возможностью качания. А для уменьшения трения в шарнирах тяги от двуплечих рычагов следует сделать бесшарнирными, то есть гибкими, например, из кевларовых или других высокомодульных нитей.

ПРИМЕР 1. На фиг. 1 упрощенно показано устройство по способу 1. Оно состоит из кюветы для жидкости 1, над которой жестко закреплен микролифт 2 с ручным приводом, например, винтовой (с мелким шагом резьбы). Через динамометр 3 микролифт соединен с предметом 4, в качестве которого использован круглый цилиндр, который для уменьшения веса выполнен пустотелым.

Динамометр желательно применить с круглой шкалой и подвижным лимбом.

Устройство работоспособно уже в таком виде, но для уменьшения требуемого предела измерений, и, следовательно, для повышения точности измерения малых усилий, устройство может содержать два двуплечих рычага 5, расположенных на призмах 6, имеющих на концах грузы противовесы 7, и соединенных с предметом 4 гибкими нитями (показаны пунктиром).

Работает устройство так: перед началом работ в висящем положении груза 4 на уровне поверхности жидкости на динамометре 3 подвижный лимб устанавливают в положение «ноль». Затем микролифтом 2 предмет 4 опускается до соприкосновения с поверхностью жидкости (для соблюдения постоянства уровня жидкости в кювете желательно иметь переливной патрубок). А после предмет 4 медленно поднимается микролифтом 2 до отрыва предмета от поверхности жидкости. Все это время ведется непрерывное считывание показаний с динамометра 3, и запоминается максимальное усилие.

Для первого из партии серийных устройств производится несколько (чем больше, тем выше будет точность устройства) измерений с разными жидкостями, поверхностное натяжение которых априори известно. После чего следует экстраполировать полученную корреляцию «усилие на динамометре / коэффициент поверхностного натяжения», и проградуировать лимб в единицах поверхностного натяжения. Тогда в момент отрыва предмета от жидкости по лимбу сразу можно считать коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости.

Данный вариант устройства не нуждается в электропитании и может быть применен непосредственно в пожаро-взрывоопасных помещениях.

Следует отметить, что станина устройства должна быть достаточно массивной и жесткой, и она должна надежно крепиться к полу или к стене. Это необходимо для того, чтобы случайные усилия, например, от вращения рукой микролифта, не вносили колебаний в равновесие жидкости и предмета. Из сказанного следует, что для удобства измерений желательно применить реверсивный электрический микролифт.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 1 (ВАРИАНТ 2). Устройство содержит кювету для жидкости, над которой неподвижно закреплен соленоид, подвижный сердечник которого соединен с упомянутым предметом или с рамкой.

Для уменьшения требуемого предела измерения динамометра и для уменьшения трения в сочленениях предмет или рамка могут быть частично уравновешены с помощью одного или двух двуплечих рычагов с противовесами на концах.

ПРИМЕР 2. На фиг. 2 показан второй вариант устройства для осуществления способа 1. Устройство состоит из кюветы для жидкости 1, над которой неподвижно закреплен соленоид из обмотки 8 и подвижного сердечника 9. Сердечник 9 соединен с рамкой 10, в качестве которой использован отрезок круглой трубы.

Устройство работоспособно уже в таком виде, но для уменьшения требуемого предела измерений, и, следовательно, для повышения точности измерения малых усилий, устройство может содержать два двуплечих рычага 5, расположенных на призмах 6, имеющих на концах грузы противовесы 7, и соединенных с сердечником 9 гибкими нитями (показаны пунктиром).

Устройство без противовесов работает так: жидкость всегда наливается точно до одного и того же уровня (с помощью переливного патрубка), и заранее в положении рамки, соответствующему касанию поверхности жидкости, проводится измерение тока удержания соленоида. Это значение тока принимается как «нулевое», и в дальнейшем корреляция поверхностного натяжения и тока определяется по разнице фактического тока отрыва и «нулевого» тока. Положение сердечника соленоида в «нулевом» положении желательно выбирать промежуточным между полным выходом его из обмотки вниз, и полным вхождением его в середину обмотки. Рекомендуемое значение - вхождение сердечника на 35-50% его длины. В этом положении увеличение тока будет сопровождаться примерно пропорциональным увеличением высоты поднятия сердечника.

Устройство с противовесами предварительно следует привести в положение безразличного равновесия, для чего следует изменять вес противовесов. Устройство с противовесами работает по двум подвариантам в зависимости от тока электропитания.

При питании постоянным током его постепенно увеличивают вплоть до отрыва рамки 10. В этот момент ток кратковременно уменьшается и затем снова принимает последнее значение. По значению тока в момент отрыва определяют корреляцию его с коэффициентом поверхностного натяжения.

Как и в примере 1, для первого из партии серийных устройств производится несколько измерений с разными жидкостями, поверхностное натяжение которых априори известно. После чего следует экстраполировать полученную корреляцию «ток / коэффициент поверхностного натяжения», и проградуировать амперметр в единицах поверхностного натяжения. Или же, если амперметр цифровой, составить график или таблицу, по которой в зависимости от тока определяют коэффициент поверхностного натяжения. Возможна компьютерная обработка значений тока с выдачей коэффициента поверхностного натяжения в цифровом виде.

При питании переменным током его постепенно увеличивают вплоть до отрыва рамки 10. В этот момент ток резко уменьшается вследствие движения сердечника и вследствие увеличения индуктивности соленоида. По значению тока в момент отрыва определяют корреляцию его с коэффициентом поверхностного натяжения.

Этот подвариант наиболее пригоден для автоматического измерения коэффициента поверхностного натяжения, т.к. позволяет обойтись без участия человека, но при этом необходим процессор, который по скачкообразному уменьшению тока определял бы момент отрыва рамки.

В автоматическом подварианте необходимо дополнительное приспособление для вывода подвижной системы из положения безразличного равновесия. Таким приспособлением может быть плоская пружина 11, упирающаяся в рамку при выходе ее вверх за возможные пределы измерения. Работает она так: перед измерением процессор подает кратковременный небольшой импульс тока на обмотку соленоида, от этого сердечник и вся подвижная система дергается вверх, рамка упирается в пружину 11 и движется в обратном направлении - вниз до соприкосновения с поверхностью жидкости. Далее производится измерение.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 2. Устройство содержит кювету для жидкости, над которой неподвижно закреплен ручной или электрический микролифт, соединенный с упомянутым предметом или с рамкой, причем микролифт имеет шкалу для измерения расстояния от поверхности жидкости или имеется соединенное с предметом или с рамкой устройство измерения расстояния от поверхности жидкости, например, линейка с нониусом, или датчик для дистанционного измерения этого расстояния, например, переменный резистор, соленоид с подвижным сердечником, конденсатор переменной емкости (как в аналоге пат. №2022243).

ПРИМЕР 3. На фиг. 3 упрощенно показано устройство для осуществления способа 2. Оно состоит из кюветы для жидкости 1, над которой неподвижно закреплено устройство для измерения высоты над уровнем жидкости в виде стандартного микрометра 12, винт которого приводится в движение реверсивным электрическим микролифтом 13. На подвижной части микрометра закреплен предмет 4.

Работает устройство так: микролифтом 13 предмет 4 опускается до соприкосновения с жидкостью. Замеряется значение на микрометре, которое считается «нулевым». Затем предмет поднимается до отрыва от жидкости, и замеряется показание микрометра. Разность показаний микрометра в определенной качественной пропорции будет коррелировать с коэффициентом поверхностного натяжения. Затем, как и в примерах 1, 2, методом интерполяции по значениям априори известных коэффициентов поверхностного натяжения производится тарирование шкалы микрометра. Или, что проще, составляется график или таблица «расстояние отрыва/коэффициент поверхностного натяжения».

1. Способ измерения поверхностного натяжения, заключающийся в том, что предмет с плоской горизонтальной нижней поверхностью или расположенная в горизонтальной плоскости рамка приводится с помощью ручного или электрического микролифта в соприкосновение с жидкостью, а затем производится подъем предмета или рамки до отрыва от жидкости, и при этом замеряется максимальное усилие отрыва.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве предмета используется круглый цилиндр с плоским нижним торцом, а в качестве рамки используется круглое проволочное кольцо или отрезок круглой трубы.

3. Способ измерения поверхностного натяжения, заключающийся в том, что предмет с плоской горизонтальной нижней поверхностью или расположенная в горизонтальной плоскости рамка приводится с помощью ручного или электрического микролифта в соприкосновение с жидкостью, а затем производится подъем предмета или рамки до отрыва от жидкости, и при этом замеряется максимальное расстояние от поверхности жидкости, при котором происходит отрыв.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве предмета используется круглый цилиндр с плоским нижним торцом, а в качестве рамки используется круглое проволочное кольцо или отрезок круглой трубы.

5. Устройство измерения поверхностного натяжения для осуществления способа по п. 1, отличающееся тем, что содержит кювету для жидкости, над которой неподвижно закреплен ручной или электрически микролифт, соединенный через динамометр с упомянутым предметом или с рамкой.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что предмет или рамка частично уравновешены с помощью одного или двух двуплечих рычагов с противовесами на концах.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что тяги от двуплечих рычагов выполнены бесшарнирными, то есть гибкими, например, из кевларовых или других высокомодульных нитей.

8. Устройство измерения поверхностного натяжения для осуществления способа по п. 1, отличающееся тем, что содержит кювету для жидкости, над которой неподвижно закреплен соленоид, подвижный сердечник которого соединен с упомянутым предметом или с рамкой.

9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что предмет или рамка частично уравновешены с помощью одного или двух двуплечих рычагов с противовесами на концах.

10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что на станине устройства имеется плоская пружина 11, упирающаяся в рамку при выходе ее вверх за возможные пределы измерения.

11. Устройство измерения поверхностного натяжения для осуществления способа по п. 3, отличающееся тем, что содержит кювету для жидкости, над которой неподвижно закреплен ручной или электрический микролифт, соединенный с предметом или с рамкой, причем микролифт имеет шкалу для измерения расстояния от поверхности жидкости или имеется соединенное с предметом или с рамкой устройство измерения расстояния от поверхности жидкости, например линейка с нониусом, или датчик для дистанционного измерения этого расстояния, включающий переменный резистор, соленоид с подвижным сердечником, конденсатор переменной емкости.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам измерения межфазного натяжения между двумя флюидами. В соответствии с предлагаемым способом измерения межфазного натяжения между двумя флюидами заполняют первым флюидом рентгенопрозрачную термоустойчивую ячейку, соединенную с устройством для формирования капли второго флюида посредством расположенной в ячейке полой иглы, выполняют рентгеновскую съемку ячейки, заполненной первым флюидом, и запоминают результат съемки как фоновое изображение.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для измерения поверхностного натяжения и оценки влияния реагентов на процесс флотации. Устройство для оценки флотационной активности реагентов, находящихся в групповом химическом составе, содержит виброустойчивое основание, на котором расположена ванна, накрытая неподвижным барьером, с расположенными на нем концевыми выключателями, и подвижным барьером, жестко соединенным с кареткой, на котором закреплен измерительный элемент, при этом введен модуль управления подвижным барьером, модуль фильтрации, буфер входных данных, центральный модуль управления, модуль вычисления релаксационных кривых, оперативное запоминающее устройство выходных данных, модуль индикации, причем вход модуля управления подвижным барьером соединен с четвертым выходом центрального модуля управления, выход модуля фильтрации соединен с входом буфера входных данных, первый вход центрального модуля управления соединен с первым выходом буфера входных данных, второй выход буфера входных данных соединен с первым входом модуля вычисления релаксационных кривых, второй выход модуля вычисления релаксационных кривых соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства выходных данных, второй вход центрального модуля управления соединен с первым выходом модуля вычисления релаксационных кривых, первый выход центрального модуля управления соединен со вторым входом модуля вычисления релаксационных кривых, первый выход центрального модуля управления соединен со вторым входом модуля вычисления релаксационных кривых, первый вход модуля индикации соединен с третьим выходом модуля вычисления релаксационных кривых, третий выход центрального модуля управления соединен с третьим входом модуля индикации, выход оперативного запоминающего устройства выходных данных соединен со вторым входом модуля индикации, второй выход центрального модуля управления соединен со вторым входом оперативного запоминающего устройства выходных данных.

Изобретение относится к области поверхностных явлений в жидкости и может использоваться в измерительной технике для определения коэффициента поверхностного натяжения исследуемой жидкости. С целью определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом экспресс-анализа формируют одинаковой высоты каплю 14 эталонной жидкости 10 и каплю 15 близкой по химическому составу исследуемой жидкости 11 со сферическими поверхностями на горизонтальном верхнем срезе 13 капилляров 4 (фиг.

Изобретение относится к области поверхностных явлений в жидкости и может использоваться в измерительной технике для определения коэффициента поверхностного натяжения исследуемой жидкости путем сравнительного анализа с коэффициентом поверхностного натяжения близкой по химическому составу эталонной жидкости.
Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для диагностики ХСН, а также контроля эффективности ее лечения. Способ ранней диагностики развития хронической сердечной недостаточности путем центрифугирования пробы крови пациента и дальнейшего исследования и анализа полученных результатов заключается в том, что измеряют значение динамического поверхностного натяжения сыворотки крови при времени адсорбции 100 с, а также величину ее равновесного поверхностного натяжения при времени адсорбции 2500 с, если значение первого показателя 44,3 мН/м или меньше, а второго - 38,3 мН/м или менее диагностируют развитие хронической сердечной недостаточности на ранних стадиях.

Изобретение относится к аналитической химии, и может быть использовано в контрольно-измерительной технике для определения критической концентрации мицеллообразования (ККМ) поверхностно-активных веществ (ПАВ) в воде. Способ определения критической концентрации мицеллообразования поверхностно-активных веществ включает измерение физического параметра раствора поверхностно-активного вещества, находящегося в зависимости от концентрации поверхностно-активного вещества, при этом измеряют диаметр колец интерференционной картины, находящейся в зависимости от концентрации поверхностно-активного вещества в растворе, интерференционную картину получают на экране при отражении пучка лазера от углубления, сформированного действием магнитного поля неодимового магнита, в слое раствора поверхностно-активного вещества.

Изобретение относится к способу борьбы с пылью. Способ включает получение потока жидкости на водной основе, содержащий одну или несколько из следующих типов воды: водопроводную воду, воду из скважины, воду из пруда, речную воду, сточную воду, оборотную воду из промышленного процесса, получение потока водной дисперсии путем подачи поверхностно-активной композиции в поток жидкости на водной основе, перемешивание потока водной дисперсии, с образованием пылеподавителя, измерение поверхностного натяжения пылеподавителя с помощью тензометра, передачу результатов измерений поверхностного натяжения в контроллер, регулирование образования потока водной дисперсии согласно результатам измерений, переданным в контроллер, и распыление аэрозоли пылеподавителя на поверхность добываемого продукта, при этом распыленный аэрозоль имеет средний размер капель от около 0,1 мкм до около 100 мкм.

Изобретение относится к области физико-химических исследований и может быть использовано для измерения и контроля характеристик поверхности жидкостей, в частности водных растворов химической и биологической природы, в различных технологических процессах, медицинской диагностике и биофизических исследованиях.

Группа изобретений относится к измерительной технике, в частности, для контроля комплекса физико-механических свойств магнитной жидкости и может найти применение в разных областях промышленности. Способ контроля физико-механических свойств магнитной жидкости посредством смещения и колебания ее столбика в магнитном поле заключается в удержании магнитным полем в прозрачной полости столбика магнитной жидкости, сообщающейся с U-образной полостью, заполненной дистиллированной водой, и последующей фиксации колебаний посредством индикатора вибрации в виде катушки индуктивности с передачей сигнала через усилитель на осциллограф и смещение ее при контроле уровня дистиллированной воды в U-образной полости.

Группа изобретений относится к медицине и касается способа оценки стабильности композиции на основе белка, включающей белок, пептид и/или производное белка и буфер, по отношению к смазывающему веществу смазанного контейнера, который предназначен для хранения указанной композиции, включающего а) оценку уменьшения с течением времени межфазного натяжения между буфером и смазывающим веществом, б) оценку уменьшения с течением времени межфазного натяжения между композицией на основе белка и смазывающим веществом, в) определение по меньшей мере одного компонента композиции на основе белка, взаимодействующего со смазывающим веществом, посредством сравнения уменьшения, оцененного на стадии б), с уменьшением, оцененным на стадии а), г) на основании указанного определения по меньшей мере одного компонента, взаимодействующего со смазывающим веществом, определение риска нестабильности, связанного с буфером или белком, пептидом и/или производным белка, композиции на основе белка.

Изобретение относится к неразрушающим методам измерения, а именно к области экспресс-измерений загрязнённости поверхности подложек микроэлектроники. Технический результат – оперативный производственный контроль чистоты поверхности подложек микроэлектроники за счет анализа формы капли жидкости, нанесенной на поверхность подложки. Технический результат достигается тем, что в способе измерения загрязненности поверхности подложек микроэлектроники, включающем нанесение капли на поверхность подложки, на основе анализа осесимметричной формы капли находят по ее профилю величину угла смачиваемости, согласно изобретению, определяют величину шероховатости контролируемой подложки по следующей зависимости, устанавливающей связь между параметрами капли и величиной загрязнения подложки: , где h - высота капли на поверхности, мм; α – угол смачиваемости, град; l – диаметр капли, мм; – коэффициент является отношением шероховатости загрязненной подложки (RaЗП) к шероховатости атомно-гладкой подложки (RaАГП), затем из найденной величины шероховатости подложки RaАГП вычитают величину шероховатости атомно-гладкой подложки RaЗП, принятой за эталонную, получают величину загрязненности поверхности подложки. 1 табл.
Наверх