專(zhuān)利名稱(chēng)：液滴影像法界面流變測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)試界面化學(xué)和界面流變性質(zhì)的測(cè)量裝置，具體為液滴影像法界面流變測(cè)試裝置，屬于檢測(cè)儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
作為光學(xué)法界面化學(xué)分析的一種方法，影像分析法界面化學(xué)分析技術(shù)在世界上有類(lèi)似技術(shù)，通常以^ung-lapalace方程擬合的形式出現(xiàn)；但由于算法和計(jì)算機(jī)發(fā)展影響很大，這些^ung-lapalace擬合或采用Bashforth-Adams查表法或簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)求解，或采用基于DS/DE或少數(shù)點(diǎn)(30°、45°、60°角度值)坐標(biāo)比值的klect plane快速界面張力測(cè)試的算法，或采用局部液滴曲率半徑經(jīng)驗(yàn)假設(shè)的簡(jiǎn)單影像分析法，均有明顯缺陷。作為一種界面張力計(jì)算方法，長(zhǎng)期以來(lái)^img-lapalace方程擬合技術(shù)在中國(guó)也得到了一定的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)的專(zhuān)利資料庫(kù)中提及了 Yoimg-lapalace擬合技術(shù)，基本有以下幾種情況1)專(zhuān)利中提及了 Yoimg-lapalace方程擬合，但專(zhuān)利描述點(diǎn)以及訴求的權(quán)利內(nèi)容為機(jī)械結(jié)構(gòu)或材料設(shè)計(jì)要求，而不是本專(zhuān)利提及的影像分析法或^img-lapalace方程擬合技術(shù)，這些專(zhuān)利包括一種測(cè)量中低溫熔體表面張力、密度和潤(rùn)濕性的裝置和方法(專(zhuān)利號(hào):200810115050. 9)，液態(tài)材料表面張力測(cè)定儀(專(zhuān)利號(hào)=200520010391. 1)，一種在線(xiàn)測(cè)量高溫熔體表面張力、接觸角和密度的裝置(專(zhuān)利號(hào)03121050.幻，一種控溫濕同步測(cè)量液滴溫度、表面張力、接觸角的裝置(專(zhuān)利號(hào)200910034768.X)，這些專(zhuān)利的共性體現(xiàn)為高溫條件、恒濕條件、高壓或真空條件下測(cè)試液體或熔液的表面張力、界面張力或接觸角等值的機(jī)械結(jié)構(gòu)或材料要求，在算法上僅簡(jiǎn)單提及Bashforth-Adams查表法、Young-Iapalace 方程擬合以及懸滴法(Pendant drop)、停滴法(Sessile drop)。2)專(zhuān)利未提及^ung-lapalace方程擬合技術(shù)，僅提及簡(jiǎn)單的如圓擬合、WH法或 θ /2法等最為簡(jiǎn)單的接觸角數(shù)值計(jì)算技術(shù)，專(zhuān)利訴求的權(quán)利要求內(nèi)容為界面張力或接觸角等界面化學(xué)性質(zhì)測(cè)試裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，這些專(zhuān)利包括專(zhuān)利號(hào)200610050811.8 和200620103753. 6為的基于高速圖像處理的液體表界面動(dòng)態(tài)特性測(cè)量分析儀，專(zhuān)利號(hào)為20101(^88857. X的一種靜態(tài)接觸角的自動(dòng)檢測(cè)方法，專(zhuān)利號(hào)為201010600278. 4的接觸角及表面能測(cè)量裝置，專(zhuān)利號(hào)為2007101^656. 7的測(cè)量接觸角裝置，專(zhuān)利號(hào)為 200710008521. 1的一種自潔玻璃接觸角的在線(xiàn)測(cè)量方法等。為了更好的測(cè)試動(dòng)態(tài)表面/界面張力值，分析液體的界面流變性質(zhì)，本發(fā)明人設(shè)計(jì)了一套測(cè)試裝置，并提供了基于步進(jìn)電機(jī)高精度進(jìn)樣器和壓電陶瓷雙驅(qū)動(dòng)的進(jìn)樣系統(tǒng)， 一方面可以有效的提高液滴的振蕩頻率，另一方面，可以更好的控制精液量，同時(shí)更可以通過(guò)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的振蕩曲線(xiàn)控制，振蕩曲線(xiàn)符合正弦、余弦、方波、鋸齒，實(shí)現(xiàn)高精度界面流變性質(zhì)，包括界面擴(kuò)張彈性和界面擴(kuò)張粘度的測(cè)值。
發(fā)明內(nèi)容[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足及問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了液滴影像法界面流變測(cè)試裝置，用于液滴影像法來(lái)測(cè)試界面流變性質(zhì)。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的液滴影像法界面流變測(cè)試裝置，其主要結(jié)構(gòu)包括固體樣品臺(tái)及其控制裝置、液體進(jìn)液裝置及其控制裝置、光學(xué)成像系統(tǒng)及其控制裝置，帶有二維水平調(diào)整功能的固體樣品臺(tái)裝到樣品臺(tái)控制X向、Y向、Z向上方，帶X、Y、Z向控制及水平調(diào)整功能的樣品臺(tái)部件裝到樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)控制平臺(tái)下連接桿上，連接桿與鏡頭安裝部件相連通，成像系統(tǒng)C⑶及光學(xué)鏡頭安裝于鏡頭俯仰調(diào)整架上，并連接到旋轉(zhuǎn)臺(tái)的連接桿的連通桿上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)固定在機(jī)箱架上；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、樣品臺(tái)、CCD及光學(xué)鏡頭均可以一起旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)表面用激光雕刻上角度刻度值，微量進(jìn)樣器固定在進(jìn)樣器進(jìn)液及吸液控制部件上，進(jìn)樣器控制部件與進(jìn)樣器X 向控制、Y向控制、Z向控制相組裝，并固定在機(jī)箱架上。所述的固體樣品臺(tái)，部分功能包括固體樣品臺(tái)可手動(dòng)或電機(jī)控制X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)、水平控制以及樣品臺(tái)表面的安裝孔設(shè)計(jì)；液體進(jìn)樣裝置為電機(jī)控制或手動(dòng)控制條件下的注射泵或蠕動(dòng)泵，且進(jìn)樣裝置手動(dòng)或電機(jī)控制X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)；光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)0. 7 4. 5連續(xù)或固定放大倍率的鏡頭、模擬或數(shù)字CXD或CMOS成像系統(tǒng)、LED可變亮度背景光或同軸光以及可手動(dòng)控制鏡頭俯仰角度的一維水平控制平臺(tái)；固體樣品臺(tái)部分與鏡頭部分連接在一起，并提供手動(dòng)或電機(jī)控制垂直旋轉(zhuǎn)功能。所述的液體進(jìn)樣裝置，主要由步進(jìn)電機(jī)、裝有夾具的精密機(jī)械平移臺(tái)、微量進(jìn)樣器、壓電泵或壓電陶瓷、針頭構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)連接裝有夾具的精密機(jī)械平移臺(tái)，夾具下端固定有微量進(jìn)樣器，微量進(jìn)樣器下端連接壓電泵或壓電陶瓷，壓電泵下端連接有針頭。通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)而控制精密位移平臺(tái)，通過(guò)位移平臺(tái)的夾具結(jié)構(gòu)，形成微量進(jìn)樣器向前進(jìn)液并達(dá)到預(yù)期液體量，通過(guò)軟件控制壓電泵或壓電陶瓷系統(tǒng)形成符合正弦、 余弦、方波、鋸齒變化振蕩變化，進(jìn)而使得針頭下方形成一個(gè)振蕩的液滴，為保證液滴形成的輪廓符合效果以及液滴能夠吸引在針頭。本實(shí)用新型可以利用液滴影像分析法測(cè)試界面化學(xué)及界面流變性質(zhì)，測(cè)值精度高、設(shè)計(jì)精密度高、操作簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工、石油石化、油墨、墨水、油漆、涂料、印刷、電力、電鍍、農(nóng)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)界面張力和表面張力、接觸角、界面流變等物性測(cè)值，具有較高的推廣價(jià)值。

圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型一液體進(jìn)樣裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖1中1-微量進(jìn)樣器；2-可調(diào)亮度LED背景光；3_進(jìn)樣器進(jìn)液吸液控制部件； 4-進(jìn)樣器X向位移控制；5-進(jìn)樣器Y向位移控制；6-進(jìn)樣器X向位移控制；7-整機(jī)四腳水平調(diào)整腳；8-樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)；9-樣品臺(tái)Z向位移控制；10-樣品臺(tái)X向位移控制；11-樣品臺(tái)Y向位移控制；12-樣品臺(tái)的水平調(diào)整機(jī)構(gòu)及樣品臺(tái)；13-CCD及光學(xué)鏡頭；14-鏡頭俯仰角度調(diào)整架。圖2中1-步進(jìn)電機(jī)；2-裝有夾具的精密機(jī)械平移臺(tái)；3-微量進(jìn)樣器；4-壓電泵或壓電陶瓷；5-針頭。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明和描述如圖1所示實(shí)施例，液滴影像法界面流變測(cè)試裝置，其主要結(jié)構(gòu)包括固體樣品臺(tái)及其控制裝置、液體進(jìn)液裝置及其控制裝置、光學(xué)成像系統(tǒng)及其控制裝置，帶有二維水平調(diào)整功能的固體樣品臺(tái)裝到樣品臺(tái)控制X向、Y向、Z向上方，帶X、Y、Z向控制及水平調(diào)整功能的樣品臺(tái)部件裝到樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)控制平臺(tái)下連接桿上，連接桿與鏡頭安裝部件相連通，成像系統(tǒng)CXD及光學(xué)鏡頭安裝于鏡頭俯仰調(diào)整架上，并連接到旋轉(zhuǎn)臺(tái)的連接桿的連通桿上， 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)固定在機(jī)箱架上；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、樣品臺(tái)、CCD及光學(xué)鏡頭均可以一起旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)表面用激光雕刻上角度刻度值，微量進(jìn)樣器固定在進(jìn)樣器進(jìn)液及吸液控制部件上，進(jìn)樣器控制部件與進(jìn)樣器X向控制、Y向控制、Z向控制相組裝，并固定在機(jī)箱架上。所述的固體樣品臺(tái)，部分功能包括固體樣品臺(tái)可手動(dòng)或電機(jī)控制X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)、水平控制以及樣品臺(tái)表面的安裝孔設(shè)計(jì)；液體進(jìn)樣裝置為電機(jī)控制或手動(dòng)控制條件下的注射泵或蠕動(dòng)泵，且進(jìn)樣裝置手動(dòng)或電機(jī)控制X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)；光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)0. 7 4. 5連續(xù)或固定放大倍率的鏡頭、模擬或數(shù)字CXD或CMOS成像系統(tǒng)、LED可變亮度背景光或同軸光以及可手動(dòng)控制鏡頭俯仰角度的一維水平控制平臺(tái)；固體樣品臺(tái)部分與鏡頭部分連接在一起，并提供手動(dòng)或電機(jī)控制垂直旋轉(zhuǎn)功能。如圖2所示實(shí)施例，液體進(jìn)樣裝置，主要由步進(jìn)電機(jī)、裝有夾具的精密機(jī)械平移臺(tái)、微量進(jìn)樣器、壓電泵或壓電陶瓷、針頭構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)連接裝有夾具的精密機(jī)械平移臺(tái)， 夾具下端固定有微量進(jìn)樣器，微量進(jìn)樣器下端連接壓電泵或壓電陶瓷，壓電泵下端連接有針頭。通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)而控制精密位移平臺(tái)，通過(guò)位移平臺(tái)的夾具結(jié)構(gòu)，形成微量進(jìn)樣器向前進(jìn)液并達(dá)到預(yù)期液體量，通過(guò)軟件控制壓電泵或壓電陶瓷系統(tǒng)形成符合正弦、 余弦、方波、鋸齒變化振蕩變化，進(jìn)而使得針頭下方形成一個(gè)振蕩的液滴，為保證液滴形成的輪廓符合效果以及液滴能夠吸引在針頭。本實(shí)用新型裝置利用影像分析法測(cè)試界面化學(xué)和界面流變性質(zhì)時(shí)，采用的測(cè)試方法為1、形成液滴并將液滴的圖像拍攝下來(lái)如圖1所示的測(cè)試裝置或類(lèi)似儀器，使用CCD成像系統(tǒng)取得液滴的圖像，并將圖像使用BMP或TIF格式保存下來(lái)供使用，具體操作步驟為(1)吸取液體將微量進(jìn)樣器固定在旋轉(zhuǎn)微量進(jìn)樣器吸、進(jìn)液控制部件，吸入液體相樣品；(2)放置被測(cè)固體相樣器至樣品臺(tái)，如果被測(cè)樣品為薄膜或纖維，則使用夾具將其固定、拉緊；(3)調(diào)整焦距控制進(jìn)樣器控制鈕X向位移控制部件以及Y向位移控制部件，觀測(cè)微量進(jìn)樣器針頭的成像效果，直至清晰為止，本操作通常只需進(jìn)行一次即可。(4)液滴轉(zhuǎn)移旋轉(zhuǎn)微量進(jìn)樣器控制部件，擠出一滴約l_5uL左右液體，如果被測(cè)固體樣品為超疏水材料，則更換微量進(jìn)樣器針頭為聚四氟乙烯或細(xì)針頭0. 3mm直徑；旋轉(zhuǎn)進(jìn)樣器位移控制Z向鈕，控制進(jìn)樣器向下移動(dòng)；液滴接觸到固體相樣品后，旋轉(zhuǎn)進(jìn)樣器位移控制Z向鈕，控制進(jìn)樣器向上移動(dòng)；液體會(huì)因固體表面的吸附力作用，轉(zhuǎn)移到固體相樣品表如果液滴形狀為懸滴法時(shí)，無(wú)需液滴轉(zhuǎn)移，直接將液滴滴出后保留在針頭即可，如果采用旋轉(zhuǎn)滴法時(shí)，液滴需裝入一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的離心管內(nèi)，控制高速電機(jī)形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)滴即可。(5)軟件控制CXD成像系統(tǒng)拍攝影像資料。2、形成振蕩滴用以測(cè)試界面流變性質(zhì)，具體實(shí)施方式
為(1)見(jiàn)圖2，懸滴法時(shí)，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)而控制精密位移平臺(tái)，通過(guò)位移平臺(tái)的夾具結(jié)構(gòu)，形成微量進(jìn)樣器向前進(jìn)液并達(dá)到預(yù)期液體量，通過(guò)軟件控制壓電泵或壓電陶瓷系統(tǒng)形成符合正弦、余弦、方波、鋸齒變化振蕩變化，進(jìn)而使得針頭下方形成一個(gè)振蕩的液滴，為保證液滴形成的輪廓符合效果以及液滴能夠吸引在針頭，盡量找得符合要求的針頭。(2)在旋轉(zhuǎn)滴法時(shí)，采用高響應(yīng)直流無(wú)刷電機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制裝置，通過(guò)增加或減少電面轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)符合正弦曲線(xiàn)振蕩電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制液滴振蕩的目的。將液滴圖像通過(guò)高速相機(jī)拍攝下來(lái)，再利用液滴影像分析法，求解得出面積與表面/界面張力的變化，進(jìn)而分析界面流變性質(zhì)。
權(quán)利要求1.液滴影像法界面流變測(cè)試裝置，其主要結(jié)構(gòu)包括固體樣品臺(tái)及其控制裝置、液體進(jìn)液裝置及其控制裝置、光學(xué)成像系統(tǒng)及其控制裝置，其特征在于，帶有二維水平調(diào)整功能的固體樣品臺(tái)裝到樣品臺(tái)控制X向、Y向、Z向上方，帶X、Y、Z向控制及水平調(diào)整功能的樣品臺(tái)部件裝到樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)控制平臺(tái)下連接桿上，連接桿與鏡頭安裝部件相連通，成像系統(tǒng)CXD 及光學(xué)鏡頭安裝于鏡頭俯仰調(diào)整架上，并連接到旋轉(zhuǎn)臺(tái)的連接桿的連通桿上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)固定在機(jī)箱架上；旋轉(zhuǎn)平臺(tái)表面用激光雕刻上角度刻度值，微量進(jìn)樣器固定在進(jìn)樣器進(jìn)液及吸液控制部件上，進(jìn)樣器控制部件與進(jìn)樣器X向控制、Y向控制、Z向控制相組裝，并固定在機(jī)箱架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴影像法界面流變測(cè)試裝置，其特征在于，所述的固體樣品臺(tái)，包括可手動(dòng)或電機(jī)控制X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)、水平控制以及樣品臺(tái)表面的安裝孔設(shè)計(jì)；液體進(jìn)樣裝置為電機(jī)控制或手動(dòng)控制條件下的注射泵或蠕動(dòng)泵，且進(jìn)樣裝置手動(dòng)或電機(jī)控制X、Y、Z三個(gè)方向移動(dòng)；光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)0. 7 4. 5連續(xù)或固定放大倍率的鏡頭、 模擬或數(shù)字CCD或CMOS成像系統(tǒng)、LED可變亮度背景光或同軸光以及可手動(dòng)控制鏡頭俯仰角度的一維水平控制平臺(tái)，固體樣品臺(tái)部分與鏡頭部分連接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液滴影像法界面流變測(cè)試裝置，其特征在于，所述的液體進(jìn)樣裝置，主要由步進(jìn)電機(jī)、裝有夾具的精密機(jī)械平移臺(tái)、微量進(jìn)樣器、壓電泵或壓電陶瓷、針頭構(gòu)成，步進(jìn)電機(jī)連接裝有夾具的精密機(jī)械平移臺(tái)，夾具下端固定有微量進(jìn)樣器，微量進(jìn)樣器下端連接壓電泵或壓電陶瓷，壓電泵下端連接有針頭。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種液滴影像法界面流變測(cè)試裝置，帶有二維水平調(diào)整功能的固體樣品臺(tái)裝到樣品臺(tái)控制X向、Y向、Z向上方，帶X、Y、Z向控制及水平調(diào)整功能的樣品臺(tái)部件裝到樣品臺(tái)旋轉(zhuǎn)控制平臺(tái)下連接桿上，微量進(jìn)樣裝置固定在進(jìn)樣器進(jìn)液及吸液控制部件上，液體進(jìn)樣裝置通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)而控制精密位移平臺(tái)，通過(guò)位移平臺(tái)的夾具結(jié)構(gòu)，形成微量進(jìn)樣器向前進(jìn)液并達(dá)到預(yù)期液體量，通過(guò)軟件控制壓電泵或壓電陶瓷系統(tǒng)形成符合正弦、余弦、方波、鋸齒變化振蕩變化，本實(shí)用新型測(cè)值精度高、設(shè)計(jì)精密度高、操作簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工、納米材料、化妝品、食品、醫(yī)藥等行業(yè)界面張力和表面張力、接觸角、界面流變等物性測(cè)值。
文檔編號(hào)G01N13/02GK202195997SQ201120310369
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
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