基於液滴輪廓曲線四測量點的液體界面張力的測量方法
2023-05-11 15:41:36 1
專利名稱：基於液滴輪廓曲線四測量點的液體界面張力的測量方法
技術領域：
本發明涉及液體性能測試技術領域，特指一種通過測量軸對稱液滴輪廓曲線上與選定的四個測量點相關的幾何參數和計算相關的液體體積從而實現液體界面張力測量的方法，其適用於對小體積量液體的界面張力的測量，尤其適用於液滴輪廓曲線出現局部殘缺情況下的液體界面張力的測量。
背景技術：
液體界面張力在化工、醫學、材料、生物等領域扮演著重要的角色，決定著多種與液體相關的過程如農藥噴霧、織物洗滌、金屬溶體微觀成形等過程的實現。對液體表面張力的測量是實現其應用的基礎。目前，作為測量液體界面張力的一種典型方法，滴外形法由於具有所需液滴體積小、適用於極端環境如高溫高壓環境等優點而受到廣泛關注[A.W. Adamson andA.P. Gast, Physical Chemistry of Surfaces(Wiley, New York, 1997), p.362.] 該方法需要模擬計算出與實驗液滴輪廓曲線吻合的理論輪廓曲線並從模擬過程所採用的參數中推導出液體的界面張力[M. Hoorfar and A. ff. Neumann, Adv. Colloid Interf.Sc1. 121，25 (2006)]，測試方法不夠直接，而且由於涉及到求解微分方程，不利於一般專業技術人員的掌握。針對這些問題，我們提出「基於軸對稱液滴輪廓曲線和重量的液體界面張力測量方法」和「基於軸對稱液滴輪廓曲線和體積的液體表面張力測量方法」，能夠實現液體界面張力的直接測量。但這兩種方法所採用的液滴輪廓曲線在頂點處的曲率半徑是通過近似計算得到的，所以該方法的測試精度受到限制；同時，由於這兩種方法依賴於液滴輪廓曲線頂點的存在(需要測量給定位置到液滴輪廓曲線頂點間的距離)，所以僅具有有限的適用範圍。為彌補這兩種方法的不足，我們提出「基於液滴輪廓曲線兩測量點的液體表面張力的測量方法」。這種方法不依賴於液滴輪廓曲線頂點及其曲率半徑，但要求在液滴輪廓曲線上選定的兩測量點要在同一豎直線上，這同樣限制了測試方法的適用範圍。為改進這種方法，拓展液體界面張力直接 測量方法的應用範圍，我們提出「基於液滴輪廓曲線三測量點的液體表面張力的測量方法」，這種方法能夠用於液滴輪廓曲線與輔助測試平臺表面(或軸對稱輔助支承表面)形成的接觸角小於90度的情況，而且可處理具有少量輪廓曲線不清晰的情況，但該方法要求三測量點間的液滴輪廓曲線不能缺失，這使得該方法僅能在一段連續的輪廓曲線上實現，若液滴輪廓曲線由於測試的原因而發生多個局部點缺失的情況，如附
圖1所示，其中(a)為座滴法的情況，(b)為懸滴法的情況，液滴輪廓曲線I不僅在與輔助測試平臺2表面(或軸對稱輔助支承表面2)的接觸點附近和液滴輪廓曲線頂點附近出現不連續，液滴輪廓曲線在其高度方向的中部還出現缺陷，三測量點方法在這種情況並不適用。而且，該方法並不能利用液滴輪廓曲線的多段連續輪廓，使所測量的數據僅來自於局部的液滴輪廓曲線，容易引起較大的測量誤差。為此，本發明提出通過在液滴輪廓曲線上設置兩對連續的測量點並對與四個測量點相關的幾何參數和液體體積進行測量和計算來實現液體界面張力的測量的方法，解決三測量點方法中的問題，實現範圍更廣的液體界面張力的測量。
發明內容
本發明的目的是提供一種通過測量軸對稱液滴輪廓曲線上與選定的四個測量點相關的幾何參數和相關的液體體積來實現液體界面張力直接測量的方法，實現廣泛微量液體以及高溫高壓等嚴峻環境下的液體界面張力的測量，尤其適用於液滴輪廓曲線有少量缺失情況下的液體的界面張力測量。本發明按下述技術方案實現—種基於液滴輪廓曲線四測量點和體積的液體界面張力的測量方法，是採用圖像採集設備(如接觸角測量儀、CCD)攝製液滴在輔助測試平臺上表面上鋪展的圖片(座滴法)或液滴懸掛於水平放置的軸對稱輔助支承表面下的圖片(懸滴法)，對圖片進行處理提取液滴輪廓曲線；在液滴輪廓曲線上選取四個測量點，測量出液滴輪廓曲線上與選定的四個測量點相關的幾何參數；根據液滴輪廓曲線計算出與四個測量點相關的液體體積；將測量的幾何參數和液滴體積代入本專利提供的計算公式即可直接計算出液體的界面張力。上述方法中，測量的液滴輪廓曲線的幾何參數是以四個測量點為基準的幾何參數，包括第一測量點與第二測量點之間的豎直距離H1、第二測量點與第三測量點之間的豎直距離H2、第三測量點與第四測量點之間的豎直距離H3、過第一測量點的水平線與液滴輪廓曲線的交點與該測量點之間的距離2Γι、過第二測量點的水平線與液滴輪廓曲線的交點與該測量點之間的距離2r2、過第三測量點的水平線與液滴輪廓曲線的交點與該測量點之間的距離2r3、過第四測量點的水平線與液滴輪廓曲線的交點與該測量點之間的距離2r4、液滴輪廓曲線在第一測量點處的切線與水平線之間的夾角Θ1、液滴輪廓曲線在第二測量點處的切線與水平線之間的夾角Θ 2、液滴輪廓曲線在第三測量點處的切線與水平線之間的夾角θ3和液滴輪廓曲線在第四測量點處的切線與水平線之間的夾角θ4這幾個簡單幾何參數。上述方法中，與測量點相關的液體體積為兩相鄰測量點形成的水平面之間所包圍
的液體體積，通過公式
權利要求
1.一種基於液滴輪廓曲線四測量點的液體界面張力的測量方法，是採用圖像採集設備攝製液滴在輔助測試平臺上表面上鋪展的圖片或液滴懸掛於水平放置的軸對稱輔助支承表面下的圖片，對圖片進行處理提取液滴輪廓曲線；在液滴輪廓曲線上選取四個測量點，測量相鄰測量點間的豎直距離、每個測量點處過測量點的水平線與液滴輪廓曲線的交點間的距離、每個測量點處的液滴輪廓曲線的切線與水平線之間的夾角；根據液滴輪廓曲線計算出與四個測量點相關的液體體積；根據下述公式計算出液體的界面張力 當液滴輪廓曲線提取於液滴在輔助測試平臺上表面上鋪展的圖片時，界面張力計算公式是:
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述與測量點相關的液體體積，為每組的兩個測量點形成的水平面之間所包圍的液體體積，通過公式a A進行計算，其中V為所求體積，h為圖像每個像素的真實高度，i為所計算的像素層，i = O為下測量點所在的像素層，F = N為上測量點的像素層，Γ 為第i像素層上的液滴輪廓曲線的半徑。
全文摘要
本發明涉及一種基於液滴輪廓曲線四測量點的液體界面張力的測量方法，該方法是採用圖像採集設備攝製液滴在輔助測試平臺上表面上鋪展的圖片或液滴懸掛於水平放置的軸對稱輔助支承表面下的圖片，對圖片進行處理提取液滴輪廓曲線；在液滴輪廓曲線上選取四個測量點，測量相鄰測量點間的豎直距離、每個測量點處過測量點的水平線與液滴輪廓曲線的交點間的距離、每個測量點處的液滴輪廓曲線的切線與水平線之間的夾角；根據液滴輪廓曲線計算出與四個測量點相關的液體體積；根據公式計算出液體的界面張力。本發明不需要液滴輪廓曲線具有連續性，能夠充分利用液滴輪廓曲線的多段連續輪廓曲線段以實現液體界面張力的測量，測量點的選取方法具有更多的選擇。
文檔編號G01N13/02GK103063548SQ20121056609
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者李健 申請人:江蘇大學