基於實時測量及數據擬合的液體表面張力係數的測量方法與流程

2023-05-27 22:05:36 2

本發明涉及測量檢測領域，尤其涉及基於實時測量及數據擬合的液體表面張力係數的測量方法。

背景技術：

液體的表面張力係數是表徵液體性質的一個重要參數，在工農業生產、醫學、物理、化學等領域有著重要的應用。拉脫法是測量液體表面張力係數常用的方法之一。其優點在於：用秤量儀器直接測量液體的表面張力，測量方法直觀，概念清楚。不足之處在於：通過測量液膜破裂瞬間的拉力極限值來計算液體的表面張力係數，對實驗操作者的實驗操作技能以及測量拉力儀器的穩定性和數據存儲能力有較高的要求，這就使得測量結果容易出現較大誤差，不利於該方法的普及。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供簡便、準確、無需增加設備投入的基於實時測量及數據擬合的液體表面張力係數的測量方法。

本發明採用的技術方案是：

基於實時測量及數據擬合的液體表面張力係數的測量方法，液體盛放於盛液槽內，盛液槽的上端開口，盛液槽內設有一用於帶動盛液槽內液體的液膜拉伸的π形框，π形框的上端連接有測量拉伸過程中拉力f的力傳感器，π形框的上方設有觀察π形框兩側明顯的暗帶的測微目鏡，盛液槽設於升降旋鈕上，升降旋鈕外側套設在轉動皮帶的一端內，轉動皮帶的另一端連接轉動傳感器；測量方法包括以下步驟：

1）、依照拉脫法進行液膜拉伸時，選取平行光垂直液面照射，

2）、通過力傳感器實時測量拉伸過程中拉力f隨時間的變化情況；

3）、通過轉動傳感器實時測量液膜高度h隨時間的變化情況；

4）、通過測微目鏡觀察π形框兩側明顯的暗帶，

5）、測量液膜底部單側寬度d；

6）、利用液膜底部單側寬度d和液膜高度h得到液面傾角θ隨時間的變化關係；

7）、對拉力f和液面傾角θ及π形框寬度l進行線性擬合得到斜率值，所得斜率值即為待測液體的表面張力係數大小。

進一步地，所述力傳感器的測量範圍為0~0.098n，靈敏度為3.0000v/n,解析度為0.03mn。

進一步地，所述轉動傳感器的角度解析度為0.09°，位置解析度為0.002m。

本發明採用以上技術方案，基於拉脫法的液膜拉伸過程中，其底部單側寬度d沒有變化，而液膜高度h隨著拉力f的增加而發生變化，選取平行光垂直液面照射，通過力傳感器（測量範圍為0~0.098n，靈敏度為3.0000v/n,解析度為0.03mn）實時測量拉伸過程中拉力f隨時間的變化情況；通過轉動傳感器（角度解析度為0.09°，位置解析度為0.002m）實時測量液膜高度h隨時間的變化情況。通過測微目鏡觀察π形框兩側明顯的暗帶測量液膜底部單側寬度d；利用液膜底部單側寬度d和液膜高度h得到液面傾角θ隨時間的變化關係。對拉力f和液面傾角θ及π形框寬度l進行線性擬合，所得斜率值即為待測液體的表面張力係數大小。測得純水的表面張力係數為73.21×10-3n/m，百分誤差為0.63％。

本發明保留原有拉脫法優點的前提下，避免了需要測量拉力極限值的問題，有效降低了對實驗操作技能的要求，大大提高了測量精度。

附圖說明

以下結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步詳細說明；

圖1為本發明基於實時測量及數據擬合的液體表面張力係數的測量方法的測量裝置的結構示意圖；

圖2為本發明基於實時測量及數據擬合的液體表面張力係數的測量方法的液膜拉伸示意圖；

圖3為本發明基於實時測量及數據擬合的液體表面張力係數的測量方法的液膜高度h、拉力大小f隨時間t的變化示意圖；

圖4為本發明基於實時測量及數據擬合的液體表面張力係數的測量方法的拉力f與變量2lcosθ的關係曲線圖。

具體實施方式

如圖1-4之一所示，本發明公開了基於實時測量及數據擬合的液體表面張力係數的測量方法，液體盛放於盛液槽1內，盛液槽1的上端開口，盛液槽1內設有一用於帶動盛液槽1內液體2的液膜21拉伸的π形框3，π形框3的上端連接有測量拉伸過程中拉力f的力傳感器4，π形框3的上方設有觀察π形框3兩側明顯的暗帶的測微目鏡5，盛液槽1設於升降旋鈕6上，升降旋鈕6外側套設在轉動皮帶7的一端內，轉動皮帶7的另一端連接轉動傳感器8；測量方法包括以下步驟：

1）、依照拉脫法進行液膜21拉伸時，選取平行光垂直液面照射，

2）、通過力傳感器4實時測量拉伸過程中拉力f隨時間的變化情況；

3）、通過轉動傳感器8實時測量液膜21高度h隨時間的變化情況；

4）、通過測微目鏡5觀察π形框3兩側明顯的暗帶，

5）、測量液膜21底部單側寬度d；

6）、利用液膜21底部單側寬度d和液膜21高度h得到液面傾角θ隨時間的變化關係；

7）、對拉力f和液面傾角θ及π形框3寬度l進行線性擬合得到斜率值，所得斜率值即為待測液體2的表面張力係數大小。

進一步地，所述力傳感器4的測量範圍為0~0.098n，靈敏度為3.0000v/n,解析度為0.03mn。

進一步地，所述轉動傳感器8的角度解析度為0.09°，位置解析度為0.002m。

本發明採用以上技術方案，基於拉脫法的液膜21拉伸過程中，其底部單側寬度d沒有變化，而液膜21高度h隨著拉力f的增加而發生變化，選取平行光垂直液面照射，通過力傳感器4（測量範圍為0~0.098n，靈敏度為3.0000v/n,解析度為0.03mn）實時測量拉伸過程中拉力f隨時間的變化情況；通過轉動傳感器8（角度解析度為0.09°，位置解析度為0.002m）實時測量液膜21高度h隨時間的變化情況；通過測微目鏡5觀察π形框3兩側明顯的暗帶測量液膜21底部單側寬度d。利用液膜21底部單側寬度d和液膜21高度h得到液面傾角θ隨時間的變化關係。對拉力f和液面傾角θ及π形框3寬度l進行線性擬合，所得斜率值即為待測液體2的表面張力係數大小。依據本發明的方法測得純水的表面張力係數為73.21×10-3n/m，百分誤差為0.63％。

本發明保留原有拉脫法優點的前提下，避免了需要測量拉力極限值的問題，有效降低了對實驗操作技能的要求，大大提高了測量精度。