專利名稱：白金板法測試液-氣表面張力和液-液界面張力的儀器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及到一種檢測用儀器，具體地說，是一種白金板法測試液-氣表面 張力和液-液界面張力的儀器。
背景技術：
液/液界面張力、液/氣表面張力以及固/液接觸角值等基本指標是表征物質物 理化學性質的基本參數，目前應用較廣的測試方法包括稱重法以及光學圖像分析法。在稱重法表面/界面張力儀中，目前應用最多的為du Nouy Ringmethod(白金環(huán) 法)的表面張力儀，白金板法原理為稱重法表面/界面張力儀的另一種，雖然在國外的教科 書中提及Wilhelmy Slidemethod(經典wilhelmy法)方法以及國內教科書中提及了吊板 法，國內外相應廠家有生產相應方法(經典wilhelmy法)的產品，但是，經典wilhelmy法 以及國內外采用該方法的儀器均沒有浮力修正、接觸角修正等，功能簡單，測值誤差大，無 法測試液-液界面張力，應用局限性非常大。
發(fā)明內容為了解決現有技術中的不足，本實用新型提供了一種白金板法測試液-氣表面張 力和液_液界面張力的儀器，可以測試液_氣表面張力和液_液界面張力，并提升液_氣表 面張力及液_液界面張力測值的精度，操作簡單，能夠實現浮力修正、接觸角修正等功能， 應用范圍廣泛。本實用新型的目的是通過如下的方案來實現的白金板法測試液_氣表面張力和液_液界面張力的儀器，其主要結構包括稱重 傳感器，連接桿，位移平臺及位移傳感器，位移平臺支架，白金板，溫度控制系統及溫度傳感 器，樣品皿，樣品臺，電機系統，后蓋，機箱，電源及控制部件，電路板；溫度控制系統由樣品 池和外循環(huán)恒溫水槽構成，后蓋內用螺絲固定有位移平臺支架和電機系統，位移平臺支架 上固定有位移平臺，位移平臺上固定有位移傳感器，機箱內固定有稱重傳感器，稱重傳感器 上方安裝有水平調整泡，稱重傳感器下方連接有連接桿，連接桿下端掛接白金板，樣品臺用 螺絲固定在位移平臺上，樣品皿放置于樣品池內，樣品池放置于位移平臺上，溫度傳感器置 于樣品池下側并緊貼樣品皿，被測樣品盛放于樣品皿內，位移傳感器、稱重傳感器通過數據 線與電路板相連，電路板連接有電源及控制部件。所述的白金板，采用白金(鉬金、PT)材料制成，優(yōu)選地，其長度符合18_28mm，厚度 符合0. 1-0. 2mm，高度符合0. 7-1. 5mm或更高，其表面經過噴砂、鹽酸浸泡等浸潤性提高處理。所述的溫度控制系統，為外循環(huán)恒溫水槽和樣品池，以外循環(huán)恒溫水槽作為溫控 源，外循環(huán)恒溫水槽用硅橡膠管連接至溫度控制樣品池上的水循環(huán)口，樣品池用固定螺絲 與樣品臺相連并固定，溫度傳感器位于樣品池下側并緊貼樣品皿，溫度傳感器通過數據線 連接至電路板；所述的溫度控制系統，也可采用電熱方式制成的腔體或采用半導體致冷片制成的腔體等作為溫控源。所述的稱重傳感器，采用分析天平或扭力絲稱重傳感器，優(yōu)選為分析天平，其通過 數據線與電路板相連，掛上白金板后，在測值以前作歸零處理，其上方安裝有水平調整泡， 水平調整泡用來調整稱重傳感器以及儀器的水平。所述的溫度傳感器，為PT100或半導體溫度芯片，其通過數據線與電路板相連。所述的位移平臺，采用高精度交叉導軌光學平臺或蝸輪蝸桿升降平臺，其上設置 有位移傳感器，位移傳感器采用光柵或編碼器，位移平臺用數據線與電源及控制部件相連， 位移傳感器用數據線與電路板相連，位移平臺的升降由電機系統提供能量，并受軟件控制 實現位移平臺的升、降、停，所述的電機系統采用步進電機或伺服直流電機系統。所述的電路板，其上設置有單片機，單片機內植入有軟件，采用PID控制程序，所 述的軟件可以對所測的值進行浮力修正、密度修正、接觸角修正、零位修正、單位換算，可以 導出數據為EXCEL文檔，實現測值的高效率，而且具有數據庫管理、預潤濕處理功能、預置 值處理等功能。利用本實用新型的儀器來測試液_氣表面張力和液_液界面張力的原理為根據 受力分析以及young方程，白金板浸入液-氣表面或液-液界面時，白金板的受力情況為 (1)向下的重力；(2)向上的浮力；(3)向下的液-氣表面張力或液-液界面張力；其計算公 式為P = mg+L γ · cos θ -sh P g平衡力=白金板的重力+表面張力總和_白金板受到的浮力其中m為白金板的重量，g為重力(9.8N/Kg)，L為白金板的周長，γ為液體的表 面張力，θ為液體與白金板間的接觸角，S為白金板橫切面面積，h為白金板浸入的深度，P 為液體的密度。根據上述原理，本實用新型用來測試表面/界面張力的方法為1、采用白金(鉬金、PT)材料制成的白金片，且其特征為長度符合18_28mm，厚度符 合0. 1-0. 2mm,高度符合0. 7-1. 5mm或更高；所述白金片的表面經過噴砂、鹽酸浸泡等浸潤 性提高處理，從而求得上式的θ值以及L值。2、在計算θ值時，在測試軟件中，根據液_氣表面張力與液-液界面張力的不同， 采用不同的接觸角修正、密度修正、浮力修正和零位修正方式。3、采用分析天平或扭力絲稱重傳感器，掛上白金板后，在測值以前作歸零/去皮 處理，從而求得上述公式的mg值，同時，在軟件中根據液-氣表面張力與液_液界面張力的 不同，采用不同的零位修正方式。4、采用基于彈性系數、浸入深度、浮力估算(表面張力增量值)等浮力修正方式， 控制位移平臺(樣品臺)的升、降、停三個不同動作，實現修正浮力的目的。5、采用分析天平或扭力絲測得平衡值，并進而在修正接觸角、浮力、密度、零位等 因子后，計算得出液_氣表面張力值或液_液界面張力值。由于采用了以上的技術方案，本實用新型可全面提升液_氣表面張力以及液_液 界面張力測值的精度，實現浮力修正、接觸角修正等功能，且操作簡單，應用面廣泛，可廣泛 應用于精細化工、石油石化、油墨、墨水、油漆、涂料、印刷、電力、電鍍、農藥、納米材料、紡織 品、清洗劑、助化劑、化妝品、食品、醫(yī)藥等行業(yè)，具有較高的推廣價值。
圖1為本實用新型一實施例正面結構示意圖；圖2為本實用新型一實施例側面透視結構示意圖；圖3為本實用新型的白金板受力正視示意圖。圖中1_稱重傳感器，2-連接桿，3-白金板，4-樣品皿，5-位移平臺，6-后蓋，7-溫 度傳感器，8-樣品臺，9-被測樣品，10-氣體或低密度相液體，11-水循環(huán)口，12-溫度控制樣 品池，13-水平調整泡，14-機箱，15-位移平臺支架，16-位移傳感器，17-電路板，18-電源 及控制部件。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進一步進行詳細描述見圖1，圖2，白金板法測試液-氣表面張力和液-液界面張力的儀器，其主要結構 包括稱重傳感器，連接桿，位移平臺及位移傳感器，位移平臺支架，白金板，溫度控制系統 及溫度傳感器，樣品皿，樣品臺，電機系統，后蓋，機箱，電源及控制部件，電路板；溫度控制 系統由樣品池和外循環(huán)恒溫水槽構成，后蓋內用螺絲固定有位移平臺支架和電機系統，位 移平臺支架上固定有位移平臺，位移平臺上固定有位移傳感器，機箱內固定有稱重傳感器， 稱重傳感器上方安裝有水平調整泡，用于調整稱重傳感器以及儀器的水平，稱重傳感器下 方連接有連接桿，連接桿下端掛接白金板，樣品臺用螺絲固定在位移平臺上，樣品皿放置于 樣品池內，樣品池放置于位移平臺上，溫度傳感器置于樣品池下側并緊貼樣品皿，被測樣品 盛放于樣品皿內，位移傳感器、稱重傳感器通過數據線與電路板相連，電路板連接有電源及 控制部件。進一步地，所述的白金板采用白金(鉬金、PT)材料制成，優(yōu)選地，其長度符合 18-28mm,厚度符合0. 1-0. 2mm,高度符合0. 7-1. 5mm或更高，其表面經過噴砂、鹽酸浸泡等 浸潤性提高處理。進一步地，所述的溫度控制系統為外循環(huán)恒溫水槽和樣品池，以外循環(huán)恒溫水槽 作為溫控源，外循環(huán)恒溫水槽用硅橡膠管連接至溫度控制樣品池上的水循環(huán)口，樣品池用 固定螺絲與樣品臺相連并固定，溫度傳感器位于樣品池下側并緊貼樣品皿，溫度傳感器通 過數據線連接至電路板；所述的溫度控制系統，也可采用電熱方式制成的腔體或采用半導 體致冷片制成的腔體等作為溫控源。進一步地，所述的稱重傳感器，采用分析天平或扭力絲稱重傳感器，優(yōu)選為分析天 平，其通過數據線與電路板相連，掛上白金板后，在測值以前作歸零處理。進一步地，所述的溫度傳感器，為PT100或半導體溫度芯片，其通過數據線與電路 板相連。進一步地，所述的位移平臺采用高精度交叉導軌光學平臺或蝸輪蝸桿升降平臺， 其上設置有位移傳感器，位移傳感器采用光柵或編碼器，位移平臺用數據線與電源及控制 部件相連，位移傳感器用數據線與電路板相連，位移平臺的升降由電機系統提供能量，并受 軟件控制實現位移平臺的升、降、停，所述的電機系統采用步進電機或伺服直流電機系統。進一步地，所述的電路板上設置有單片機，單片機內植入有軟件，采用PID控制程序，所述的軟件可以對所測的值進行浮力修正、密度修正、接觸角修正、零位修正、單位換 算，可以導出數據為EXCEL文檔，實現測值的高效率，而且具有數據庫管理、預潤濕處理功 能、預置值處理等功能。見圖3，本實用新型的儀器來測試液-氣表面張力和液-液界面張力的原理為根 據受力分析以及young方程，白金板浸入液-氣表面或液_液界面時，白金板的受力情況 為⑴向下的重力；⑵向上的浮力；(3)向下的液-氣表面張力或液-液界面張力；其計 算公式為P = mg+L γ · cos θ -sh P g平衡力=白金板的重力+表面張力總和_白金板受到的浮力其中m為白金板的重量，g為重力(9. 8N/Kg)，L為白金板的周長，、為液體的表 面張力，θ為液體與白金板間的接觸角，S為白金板橫切面面積，h為白金板浸入的深度，P 為液體的密度。本實用新型采用如下的方案來實現白金板法測試表面/界面張力值1、采用白金(鉬金、PT)材料制成的白金片，且其特征為長度符合18_28mm，厚度符 合0. 1-0. 2mm,高度符合0. 7-1. 5mm或更高；所述白金片的表面經過噴砂、鹽酸浸泡等浸潤 性提高處理，從而求得上式的θ值以及L值。2、在計算θ值時，在測試軟件中，根據液_氣表面張力與液_液界面張力的不同， 采用不同的接觸角修正、密度修正、浮力修正和零位修正方式。3、采用分析天平或扭力絲稱重傳感器，掛上白金板后，在測值以前作歸零/去皮 處理，從而求得上述公式的mg值，同時，在軟件中根據液-氣表面張力與液_液界面張力的 不同，采用不同的零位修正方式。4、采用基于彈性系數、浸入深度、浮力估算(表面張力增量值)等浮力修正方式， 控制位移平臺(樣品臺)的升、降、停三個不同動作，實現修正浮力的目的。5、采用分析天平或扭力絲測得平衡值，并進而在修正接觸角、浮力、密度、零位等 因子后，計算得出液_氣表面張力值或液_液界面張力值。利用本實用新型儀器來測試液_氣表面張力值的實現方式為將被測液體放置于洗凈的樣品皿中，打開儀器，將白金板清洗干凈后掛在稱重傳 感器下方的連接桿上，根據白金板法原理，設置測值所采用的浮力修正以及液體密度值，通 過軟件控制位移平臺控制樣品臺上升，此時被測樣品也連同上升，當達到設置的浮力修正 模式條件后，軟件控制位移平臺停止運動，稱重傳感器動態(tài)感測此時的平衡值，軟件讀取相 應的數據，如平衡力值、浮力修正值、密度值，計算并實時顯示此時的液_氣表面張力值。利用本實用新型儀器來測試液_液界面張力的實現方式為將被測樣的高密度液體相放入樣品皿中，再倒入低密度相液體，將白金板清洗干 凈后掛稱重傳器下方的連接桿上，測試前，白金板位于氣體或低密度相液體中，通過軟件實 現預潤濕功能，即軟件自動控制樣品臺上升、接觸到被測樣品與空氣表面層時按一定條件 停止位移平臺、等一段時間后樣品臺自動下降并停開液-液表面層；讀取此時稱重傳感器 的殘留值；將讀取到的殘留值輸入軟件相應的零位修正值處；在軟件相應接觸角修正功能 處輸入相應的接觸角修正值，也可用軟件控制采用白金板法測試接觸角值；根據白金板法 原理，設置完成測值所需的浮力修正、密度修正等值；通過軟件控制位移平臺控制樣品臺上升，此時被測樣品也連同上升，當達到設置的浮力修正模式條件后，軟件控制位移平臺停止 運動；稱重傳感器動態(tài)感測此時的平衡值，軟件讀取相應的數據，如平衡力值、浮力修正值、 密度值、接觸角修正值、零位修正值，計算并實時顯示此時的液-液表面張力值。
權利要求白金板法測試液 氣表面張力和液 液界面張力的儀器，其特征在于，主要結構包括稱重傳感器，連接桿，位移平臺及位移傳感器，位移平臺支架，白金板，溫度控制系統及溫度傳感器，樣品皿，樣品臺，電機系統，后蓋，機箱，電源及控制部件，電路板；溫度控制系統由樣品池和外循環(huán)恒溫水槽構成，后蓋內用螺絲固定有位移平臺支架和電機系統，位移平臺支架上固定有位移平臺，位移平臺上固定有位移傳感器，機箱內固定有稱重傳感器，稱重傳感器上方安裝有水平調整泡，稱重傳感器下方連接有連接桿，連接桿下端掛接白金板，樣品臺用螺絲固定在位移平臺上，樣品皿放置于樣品池內，樣品池放置于位移平臺上，溫度傳感器置于樣品池下側并緊貼樣品皿，被測樣品盛放于樣品皿內，位移傳感器、稱重傳感器通過數據線與電路板相連，電路板連接有電源及控制部件。
2.根據權利要求1所述的白金板法測試液_氣表面張力和液_液界面張力的儀器，其 特征在于，所述的白金板長度符合18-28mm，厚度符合0. 1-0. 2mm，高度符合0. 7-1. 5mm或更 尚ο
3.根據權利要求1所述的白金板法測試液_氣表面張力和液_液界面張力的儀器，其 特征在于，所述的溫度控制系統為外循環(huán)恒溫水槽和樣品池，以外循環(huán)恒溫水槽作為溫控 源，外循環(huán)恒溫水槽用硅橡膠管連接至溫度控制樣品池上的水循環(huán)口，樣品池用固定螺絲 與樣品臺相連并固定，溫度傳感器位于樣品池下側并緊貼樣品皿，溫度傳感器通過數據線 連接至電路板；所述的溫度控制系統，也采用電熱方式制成的腔體或采用半導體致冷片制 成的腔體作為溫控源。
4.根據權利要求1所述的白金板法測試液-氣表面張力和液-液界面張力的儀器，其 特征在于，所述的稱重傳感器，采用分析天平或扭力絲稱重傳感器，其通過數據線與電路板 相連。
5.根據權利要求1所述的白金板法測試液_氣表面張力和液_液界面張力的儀器，其 特征在于，所述的溫度傳感器，為PT100或半導體溫度芯片，其通過數據線與電路板相連。
6.根據權利要求1所述的白金板法測試液_氣表面張力和液_液界面張力的儀器，其 特征在于，所述的位移平臺采用高精度交叉導軌光學平臺或蝸輪蝸桿升降平臺，其上設置 有位移傳感器，位移傳感器采用光柵或編碼器，位移平臺用數據線與電源及控制部件相連， 位移傳感器用數據線與電路板相連。
7.根據權利要求1所述的白金板法測試液-氣表面張力和液-液界面張力的儀器，其 特征在于，所述的電路板上設置有單片機，單片機內植入有軟件，采用PID控制程序。
專利摘要本實用新型公開了一種白金板法測試液-氣表面張力和液-液界面張力的儀器，屬于檢測用儀器領域，其溫度控制系統由樣品池和外循環(huán)恒溫水槽構成，位移平臺支架上固定有位移平臺，位移平臺上固定有位移傳感器，機箱內固定有稱重傳感器，稱重傳感器下方連接有連接桿，連接桿下端掛接白金板，樣品臺用螺絲固定在位移平臺上，樣品皿放置于樣品池內，樣品池放置于位移平臺上，溫度傳感器置于樣品池下側并緊貼樣品皿，被測樣品盛放于樣品皿內，位移傳感器、稱重傳感器通過數據線與電路板相連，電路板連接有電源及控制部件，電路板上植入有軟件，本實用新型可全面提升液-氣表面張力以及液-液界面張力測值的精度，且操作簡單，應用面廣泛。
文檔編號G01N13/02GK201707279SQ20102015990
公開日2011年1月12日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權日2010年4月15日
發(fā)明者施建輝, 李媛媛, 賈兆君 申請人:上海梭倫信息科技有限公司