液體表面張力測量儀和測量方法
2023-10-11 06:44:19 1
液體表面張力測量儀和測量方法
【專利摘要】本發明提供一種液體表面張力測量儀和測量方法，所述液體表面張力測量儀包括氣泡發生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元和顯示器，所述氣泡發生單元、所述壓力感應單元、所述溫度檢測單元分別與所述顯示器連接，所述氣泡發生單元和所述壓力感應單元連接。本發明通過單片機控制微泵的氣體進出流量，從而控制毛細管在液體表面的出泡大小和頻率，避免額定功率的氣泵或玻璃裝置帶來的儀器或人為誤差，提高了測量的精密度，且操作簡單，便於教學實驗操作；通過通信埠與計算機連接，便於電子化教學實驗，還可以在計算機上顯示不同氣體流量條件下、不同溫度條件下或不同液體條件下的氣泡壓力變化曲線、液體表面張力值，並在計算機中保存數據。
【專利說明】液體表面張力測量儀和測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種張力測量裝置和方法，特別是涉及一種液體表面張力測量儀和測
量方法。
【背景技術】
[0002]表面張力是液體的基本物化性質之一，是研究有關表面現象和表面活性劑性能的重要參數。通常測定表面張力有多種方法，目前實驗室及物理化學教科書中，通常採用最大氣泡壓力法。由於最大氣泡壓力法實驗器材易得，操作方法相對易於學生理解表面張力的原理，因而長期以來是物理化學教學實驗的常見內容。
[0003]目前，市面上的最大氣泡法液體表面張力測量儀大致可分為兩類:以玻璃為主的傳統測量裝置和一體化設計的電子測量儀。
[0004]傳統測量裝置多用於教學實驗。由於外觀老套、搭建繁瑣，玻璃易碎、密封性差等原因，容易產生系統或人為誤差，精密度較低。傳統測量裝置不具備相應軟硬體，無法與電腦進行數據通信，不能進行在線操作。
[0005]一體化設計的電子測量儀的精密度高於傳統測量裝置，基本配有與電腦連接的埠或軟體。其缺陷在於價格昂貴，且無法調控氣泡大小和頻率，不便於教學實驗操作。因此這一類儀器大多會在企業或研究所中使用，難以廣泛應用於教學實驗中。
【發明內容】
[0006]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種液體表面張力測量儀和測量方法，用於解決現有技術中傳統測量液體表面張力裝置存在精密度低、難以適配電子化教學的缺陷，而一體化電子測量儀存在價格昂貴、不便於教學實驗操作缺陷的問題。
[0007]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種液體表面張力測量儀，包括氣泡發生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元和顯示器。所述氣泡發生單元、所述壓力感應單元、所述溫度檢測單元分別與所述顯示器連接，所述氣泡發生單元和所述壓力感應單元連接。所述氣泡發生單元包括毛細管、微泵和第一電子驅動控制器，用於向液體表面輸出氣體產生氣泡。所述微泵上設有進氣口、出氣口和連接頭。所述毛細管的一端通過所述出氣口與所述微泵連接、另一端與液體表面相切。所述微泵通過所述連接頭與所述第一電子驅動控制器連接。所述第一電子驅動控制器與所述顯示器連接。所述壓力感應單元包括壓力傳感器和第二電子驅動控制器，用於檢測所述氣泡產生的壓力。所述毛細管、所述出氣口和所述壓力傳感器通過三通管相互連接。所述第二電子驅動控制器與所述壓力傳感器、所述顯示器連接。所述溫度檢測單元包括溫度檢測器和溫度傳感棒，用於檢測液體的溫度。所述溫度傳感棒一端與所述溫度檢測器連接，另一端深入液體內部。所述溫度檢測器與所述顯示器連接，檢測到液體溫度值後發送至顯示器。
[0008]優選地，所述毛細管的管口直徑為0.5-lmm。
[0009]優選地，所述第一電子驅動控制器包括第一單片機和第二單片機；所述第一單片機與所述微泵連接，用於控制所述微泵的氣體進出流量；所述第二單片機與所述第一單片機、所述顯示器連接，用於控制所述第一單片機的輸出電壓和電流頻率，並將輸出電壓和電流頻率值發送至所述顯示器。
[0010]優選地，所述第一電子驅動控制器還包括與所述第二單片機、所述顯示器連接的第三單片機，用於根據所述輸出電壓和電流頻率以及所述微泵的額定參數計算出所述微泵的氣體流量值，將所述氣體流量值發送至所述顯示器。
[0011]優選地，所述液體表面張力測量儀還包括與所述第二單片機連接，用於設定所述輸出電壓和電流頻率的按鍵。
[0012]優選地，所述第二電子驅動控制器包括第四單片機，所述第四單片機與所述壓力傳感器、所述顯示器連接，用於處理所述壓力傳感器輸出的壓力信號，得到氣泡壓力值，並將所述氣泡壓力值發送至所述顯示器。
[0013]優選地，所述液體表面張力測量儀還包括與所述氣泡發生單元、所述溫度檢測單元、所述壓力感應單元、所述顯示器通信連接，用於連接計算機的通信埠。
[0014]本發明還提供一種利用所述液體表面張力測量儀測量液體表面張力的方法，包括:所述液體表面張力測量儀通電後，所述溫度檢測器通過所述溫度傳感棒檢測到液體的溫度，將液體溫度值發送至顯示器，顯示器顯示所述液體溫度值；所述第一電子驅動控制器通過控制向所述微泵輸出的電壓和電流頻率來調節所述微泵向所述毛細管輸出氣體的流量，並將電壓和電流頻率值發送至顯示器，顯示器顯示所述電壓和電流頻率值；毛細管向液體表面輸出氣體，形成氣泡，通過所述三通管與所述毛細管連接的所述壓力傳感器檢測到壓力，向所述第二電子驅動控制器輸出壓力信號；所述第二電子驅動控制器處理所述壓力信號，得到氣泡壓力值，並將所述氣泡壓力值發送至顯示器，顯示器顯示所述氣泡壓力值。
[0015]優選地，所述輸出氣體的流量不超過所述微泵在所選介質時的最大流量和背壓。
[0016]優選地，通過所述可調節恆溫水浴鍋調節液體溫度後，或置換所述用於測量的液體後，或調節所述電壓和電流頻率後，重複權利要求8所述方法的各步驟，得到不同溫度、不同測量液體或不同電壓和電流頻率條件下的測量結果。
[0017]如上所述，本發明液體表面張力測量儀和測量方法，具有以下有益效果:通過單片機控制微泵的氣體進出流量，從而控制毛細管在液體表面的出泡大小和頻率，避免額定功率的氣泵或玻璃裝置帶來的儀器或人為誤差，提高了測量的精密度，且操作簡單，便於教學實驗操作；通過通信埠與計算機連接，便於電子化教學實驗，還可以在計算機上顯示不同氣體流量條件下、不同溫度條件下或不同液體條件下的氣泡壓力變化曲線、液體表面張力值，並在計算機上保存數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1顯示為本發明液體表面張力測量儀的結構示意圖。
[0019]圖2顯示為本發明液體表面張力測量儀的內部結構示意圖。
[0020]圖3顯示為本發明液體表面張力測量儀氣泡發生單元中微泵的結構示意圖。
[0021]圖4顯示為本發明第二實施例液體表面張力測量儀的正面示意圖。
[0022]圖5顯示為本發明第二實施例液體表面張力測量儀的背面示意圖。
[0023]圖6顯示為本發明液體表面張力測量方法的流程圖。[0024]圖7顯示為本發明第一實施例液體表面張力測量方法的流程圖。
[0025]圖8顯示為本發明第二實施例液體表面張力測量方法的流程圖。
[0026]元件標號說明
[0027]I液體表面張力測量儀
[0028]11氣泡發生單元
[0029]13壓力感應單元
[0030]15溫度檢測單元
[0031]17顯示器
[0032]19通信接口
[0033]111第一電子驅動控制器
[0034]113微泵
[0035]115毛細管
[0036]131壓力傳感器
[0037]133第二電子驅動控制器
[0038]151溫度檢測器
[0039]153溫度傳感棒
[0040]1111第一單片機
[0041]1113第二單片機
[0042]1131進氣口
[0043]1133出氣口
[0044]1135連接頭
[0045] 1331第四單片機
【具體實施方式】
[0046]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不衝突的情況下，以下實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
[0047]請參閱圖1-圖5。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等的用語，亦僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。
[0048]實施例一
[0049]圖1為本發明液體表面張力測量儀的結構示意圖。圖2為本發明液體表面張力測量儀的內部結構示意圖。[0050]如圖1-圖2所示，本發明提供一種液體表面張力測量儀，在本實施例中，液體表面張力測量儀I包括氣泡發生單元11、壓力感應單元13、溫度檢測單元15和顯示器17。
[0051]氣泡發生單元11，與壓力感應單元13、顯示器17連接。具體地，氣泡發生單元11包括第一電子驅動控制器111、微泵113和毛細管115。圖3為微泵結構不意圖，如圖3所示，微泵113上設有進氣口 1131、出氣口 1133和連接頭1135，毛細管115的一端通過出氣口1133與微泵113連接、另一端與液體表面相切，第一電子驅動控制器111通過連接頭1135與微泵113連接。第一電子驅動控制器111包括第一單片機1111和第二單片機1113 ;第一單片機1111與微泵113連接，用於控制微泵113的氣體進出流量；第二單片機1113與第一單片機1111、顯示器17連接，用於控制第一單片機1111的輸出電壓和電流頻率，並將輸出電壓和電流頻率值發送至顯示器17。
[0052]壓力感應單元13，與顯示器17連接。具體地，壓力感應單元13包括壓力傳感器131和第二電子驅動控制器133。毛細管115、出氣口 1133和壓力傳感器131通過三通管相互連接，第二電子驅動控制器133與壓力傳感器131連接。第二電子驅動控制器133包括第四單片機1331，第四單片機1331與壓力傳感器131、顯示器17連接，用於處理壓力傳感器131輸出的壓力信號，得到氣泡壓力值，並將所述氣泡壓力值發送至顯示器17。
[0053]溫度檢測單元15，與顯示器17連接。具體地，溫度檢測單元15包括溫度檢測器151和溫度傳感棒153。溫度傳感棒153 —端與溫度檢測器151連接，另一端深入液體內部。溫度檢測器151與顯示器17連接，檢測到液體溫度值後發送至顯示器17。
[0054]顯示器17，用於顯示第二單片機1113發送的所述輸出電壓和電流頻率、第四單片機1331發送的所述氣泡壓力值、溫度檢測器151發送的液體溫度值。
[0055]優選地，毛細管115的管口直徑為0.5-lmm。
[0056]優選地，第一電子驅動控制器111還包括與第一單片機1111、顯示器17連接的第三單片機(未在圖中示出)，用於根據第二單片機1113對微泵113輸出的電壓和電流頻率以及微泵113的額定參數計算出微泵113的氣體流量值，並將所述氣體流量值發送至顯示器17。
[0057]圖7為本實施例液體表面張力測量方法的流程圖。
[0058]如圖7所示，本發明提供一種液體表面張力測量方法。將裝有用於測量的液體的容器放入已設定溫度的可調節恆溫水浴鍋內，毛細管115的下端與容器內液體表面相切，溫度傳感棒153深入液體內部。所述液體表面張力測量方法包括:
[0059]液體表面張力測量儀I通電後，溫度檢測器151通過溫度傳感棒153檢測到液體的溫度，將液體溫度值發送至顯示器17，顯示器17顯示所述液體溫度值。
[0060]第一電子驅動控制器111通過控制向微泵113輸出的電壓和電流頻率來調節微泵113向毛細管115輸出氣體的流量，並將電壓和電流頻率值發送至顯示器17，顯示器17顯示所述電壓和電流頻率值。具體地，第二單片機1113控制第一單片機1111向微泵113輸出的電壓和電流頻率，並將電壓和電流頻率值發送至顯示器17顯示。
[0061]毛細管115向液體表面輸出氣體，形成氣泡，通過所述三通管與毛細管115連接的壓力傳感器131檢測到壓力，向第二電子驅動控制器133輸出壓力信號。
[0062]第二電子驅動控制器133處理所述壓力信號，得到氣泡壓力值，並將所述氣泡壓力值發送至顯示器17，顯示器17顯示所述氣泡壓力值。具體地，第四單片機1331處理壓力傳感器131輸出的壓力信號，得到氣泡壓力值，並將所述氣泡壓力值發送至顯示器17。
[0063]通過所述可調節恆溫水浴鍋調節液體溫度後，或置換所述用於測量的液體後，或調節所述電壓和電流頻率後，重複上述方法的各步驟，得到不同溫度、不同測量液體或不同電壓和電流頻率條件下的測量結果。
[0064]優選地，所述輸出氣體的流量不超過所述微泵在所選介質時的最大流量和背壓。
[0065]優選地，第二單片機1113控制第一單片機1111向微泵113輸出的電壓和電流頻率後，第三單片機從第二單片機1113獲取所述電壓和電流頻率，根據所述電壓和電流頻率以及微泵113的額定參數計算出微泵113的氣體流量值，並將所述氣體流量值發送至顯示器17，顯示器17顯示所述氣體流量值。
[0066]實施例二
[0067]圖4為本實施例液體表面張力測量儀的正面示意圖，圖5為本實施例液體表面張力測量儀的背面示意圖。
[0068]如圖1-圖5所示，本發明提供一種液體表面張力測量儀，在本實施例中，液體表面張力測量儀I包括氣泡發生單元11、壓力感應單元13、溫度檢測單元15、顯示器17和通信接口 19。所述氣泡發生單元11、壓力感應單元13、溫度檢測單元15、顯示器17如同實施例一中所述氣泡發生單元11、壓力感應單元13、溫度檢測單元15、顯示器17。
[0069]通信接口 19，與氣泡發生單元11、壓力感應單元13、溫度檢測單元15、顯示器17通信連接，用於連接計算機。具體地，液體表面張力測量儀I通過通信接口 19連接計算機後，第二單片機1113通過通信接口 19將所述電壓和電流頻率發送至計算機、第四單片機1331通過通信接口 19將所述氣泡壓力值發送至計算機、溫度檢測器151通過通信接口 19將所述液體溫度值發送至計算機。在包含所述第三單片機的優選方案中，所述第三單片機將所述氣體流量值通過通信接口 19發送至計算機。在計算機上可以記錄並顯示不同氣體流量條件下、不同溫度條件下或不同液體條件下的氣泡壓力變化曲線，進行電子化教學實驗。
[0070]圖8為本實施例液體表面張力測量方法的流程圖。
[0071]如圖8所示，本發明提供一種液體表面張力測量方法。將裝有用於測量的液體的容器放入已設定溫度的可調節恆溫水浴鍋內，毛細管115的下端和溫度傳感棒153的下端分別與容器內液體表面相切。所述液體表面張力測量方法包括:
[0072]液體表面張力測量儀I通電後，溫度檢測器151通過溫度傳感棒153檢測到液體的溫度，將液體溫度值發送至顯示器17，顯示器17顯示所述液體溫度值。溫度檢測器151通過通信接口 19將所述液體溫度值發送至計算機，計算機存儲所述液體溫度值。
[0073]第一電子驅動控制器111通過控制向微泵113輸出的電壓和電流頻率來調節微泵113向毛細管115輸出氣體的流量，並將電壓和電流頻率值發送至顯示器17，顯示器17顯示所述電壓和電流頻率值。具體地，第二單片機1113控制第一單片機1111向微泵113輸出的電壓和電流頻率，並將電壓和電流頻率值發送至顯示器17顯示。第二單片機1113通過通信接口 19將所述電壓和電流頻率值發送至計算機，計算機存儲所述電壓和電流頻率值。
[0074]毛細管115向液體表面輸出氣體，形成氣泡，通過所述三通管與毛細管115連接的壓力傳感器131檢測到壓力，向第二電子驅動控制器133輸出壓力信號。
[0075]第二電子驅動控制器133處理所述壓力信號，得到氣泡壓力值，並將所述氣泡壓力值發送至顯示器17，顯示器17顯示所述氣泡壓力值。具體地，第四單片機1331處理壓力傳感器131輸出的壓力信號，得到氣泡壓力值，並將所述氣泡壓力值發送至顯示器17。第四單片機1331通過通信接口 19將所述氣泡壓力值發送至計算機，計算機存儲所述氣泡壓力值。
[0076]通過所述可調節恆溫水浴鍋調節液體溫度後，或置換所述用於測量的液體後，或調節所述電壓和電流頻率後，重複上述方法的各步驟，得到不同溫度、不同測量液體或不同電壓和電流頻率條件下的測量結果。計算機顯示不同溫度、不同測量液體或不同電壓和電流頻率條件下的氣泡壓力變化曲線，通過計算機計算處理，將氣泡壓力值轉換為液體表面張力值。
[0077]優選地，所述輸出氣體的流量不超過所述微泵在所選介質時的最大流量和背壓。
[0078]優選地，第二單片機1113控制第一單片機1111向微泵113輸出的電壓和電流頻率後，第三單片機從第二單片機1113獲取所述電壓和電流頻率，根據所述電壓和電流頻率以及微泵113的額定參數計算出微泵113的氣體流量值，並將所述氣體流量值發送至顯示器17，顯示器17顯示所述氣體流量值。第三單片機通過通信接口 19將所述氣體流量值發送至計算機，計算機存儲所述氣體流量值。
[0079]綜上所述，本發明通過單片機控制微泵的氣體進出流量，從而控制毛細管在液體表面的出泡大小和頻率，滿足最大氣泡法測量液體表面張力，避免額定功率的氣泵或玻璃裝置帶來的儀器或人為誤差，提高了測量的精密度，且操作簡單，便於教學實驗操作；通過通信埠與計算機連接，便於電子化教學實驗，還可以在計算機上顯示不同氣體流量條件下、不同溫度條件下或不同液體條件下的氣泡壓力變化曲線，並在計算機上保存數據。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0080]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種液體表面張力測量儀，其特徵在於:所述液體表面張力測量儀包括氣泡發生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元和顯示器，所述氣泡發生單元、所述壓力感應單元、所述溫度檢測單元分別與所述顯示器連接，所述氣泡發生單元和所述壓力感應單元連接； 所述氣泡發生單元包括毛細管、微泵和第一電子驅動控制器，用於向液體表面輸出氣體產生氣泡；所述微泵上設有進氣口、出氣口和連接頭，所述毛細管的一端通過所述出氣口與所述微泵連接、另一端與液體表面相切，所述微泵通過所述連接頭與所述第一電子驅動控制器連接，所述第一電子驅動控制器與所述顯示器連接； 所述壓力感應單元包括壓力傳感器和第二電子驅動控制器，用於檢測所述氣泡產生的壓力；所述毛細管、所述出氣口和所述壓力傳感器通過三通管相互連接，所述第二電子驅動控制器與所述壓力傳感器、所述顯示器連接； 所述溫度檢測單元包括溫度檢測器和溫度傳感棒，用於檢測液體的溫度；所述溫度傳感棒一端與所述溫度檢測器連接，另一端深入液體內部；所述溫度檢測器與所述顯示器連接。
2.根據權利要求1所述的液體表面張力測量儀，其特徵在於:所述毛細管的管口直徑為 0.5~1mmη
3.根據權利要求1所 述的液體表面張力測量儀，其特徵在於:所述第一電子驅動控制器包括第一單片機和第二單片機；所述第一單片機與所述微泵連接，用於控制所述微泵的氣體進出流量；所述第二單片機與所述第一單片機、所述顯示器連接，用於控制所述第一單片機的輸出電壓和電流頻率，並將輸出電壓和電流頻率值發送至所述顯示器。
4.根據權利要求3所述的液體表面張力測量儀，其特徵在於:所述第一電子驅動控制器還包括與所述第二單片機、所述顯示器連接的第三單片機，用於根據所述輸出電壓和電流頻率以及所述微泵的額定參數計算出所述微泵的氣體流量值，將所述氣體流量值發送至所述顯示器。
5.根據權利要求3所述的液體表面張力測量儀，其特徵在於:所述液體表面張力測量儀還包括與所述第二單片機連接，用於設定所述輸出電壓和電流頻率的按鍵。
6.根據權利要求1所述的液體表面張力測量儀，其特徵在於:所述第二電子驅動控制器包括第四單片機，所述第四單片機與所述壓力傳感器、所述顯示器連接，用於處理所述壓力傳感器輸出的壓力信號，得到氣泡壓力值，並將所述氣泡壓力值發送至所述顯示器。
7.根據權利要求1所述的液體表面張力測量儀，其特徵在於:所述液體表面張力測量儀還包括與所述氣泡發生單元、所述溫度檢測單元、所述壓力感應單元、所述顯示器通信連接，用於連接計算機的通信埠。
8.一種利用權利要求1-7任一所述液體表面張力測量儀測量液體表面張力的方法，其特徵在於，所述方法包括: 所述液體表面張力測量儀通電後，所述溫度檢測器通過所述溫度傳感棒檢測到液體的溫度，將液體溫度值發送至顯示器，顯示器顯示所述液體溫度值； 所述第一電子驅動控制器通過控制向所述微泵輸出的電壓和電流頻率來調節所述微泵向所述毛細管輸出氣體的流量，並將電壓和電流頻率值發送至顯示器，顯示器顯示所述電壓和電流頻率值； 毛細管向液體表面輸出氣體，形成氣泡，通過所述三通管與所述毛細管連接的所述壓力傳感器檢測到壓力，向所述第二電子驅動控制器輸出壓力信號； 所述第二電子驅動控制器處理所述壓力信號，得到氣泡壓力值，並將所述氣泡壓力值發送至顯示器，顯示器顯示所述氣泡壓力值。
9.根據權利要求8所述的利用液體表面張力測量儀測量液體表面張力的方法，其特徵在於:通過所述可調節恆溫水浴鍋調節液體溫度後，或置換所述用於測量的液體後，或調節所述電壓和電流頻率後，重複權利要求8所述方法的各步驟，得到不同溫度、不同測量液體或不同電壓和電流頻 率條件下的測量結果。
【文檔編號】G01N13/02GK103940705SQ201410097955
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月17日 優先權日:2014年3月17日
【發明者】王健英, 楊霖, 魏似婕, 張彪 申請人:上海中醫藥大學