旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，可調(diào)整高度的儀器支撐腳安裝于機(jī)架下端，電氣控制箱安裝于機(jī)架下方，電氣控制箱連接有光源亮度調(diào)整鈕，機(jī)架上方一端固定有具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺，另一端固定有具有軸承的從動機(jī)構(gòu)，具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺和具有軸承的從動機(jī)構(gòu)間設(shè)置有傳動支架，具有軸承的從動機(jī)構(gòu)上內(nèi)側(cè)于傳動支架上一端固定有具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺，傳動支架上的另一端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)腔體，電氣控制箱連接有控制箱接口，高速電機(jī)與旋轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器直接聯(lián)結(jié)；本實(shí)用新型操作方便、控制準(zhǔn)確，可以為化工、材料、電子、石油等行業(yè)進(jìn)行相關(guān)分析提供一個更為有效的測試工具。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種界面化學(xué)分析儀器，具體為旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種用于形成旋轉(zhuǎn)液滴并分析界面張力值的測試裝置，旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀的相應(yīng)的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)高的水平，旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀是一種復(fù)雜的綜合機(jī)電結(jié)構(gòu)，包括了高速離心機(jī)械結(jié)構(gòu)、高速電機(jī)控制、顯微成像系統(tǒng)及其控制結(jié)構(gòu)、溫度控制系統(tǒng)等。從現(xiàn)成的專利、文獻(xiàn)和實(shí)際商用的儀器來看，無論從技術(shù)水平還是實(shí)際應(yīng)用的方便性、精確性來看，或因其技術(shù)點(diǎn)單一而無法協(xié)調(diào)整機(jī)運(yùn)行或因使用技術(shù)落后而無法滿足高性能的要求或因其技術(shù)設(shè)計(jì)缺陷無法應(yīng)用于實(shí)際復(fù)雜的測試應(yīng)用，均存在明顯不足。
[0003]在美國專利:US4250741 ((PRECISION SPINNING DROP INTERFACIALTENS IOMETER)), L.Edward Scriven等人提出了一個高精度旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀。其創(chuàng)新點(diǎn)包括設(shè)計(jì)了一個注入加縮空氣的軸承系統(tǒng)以降低軸承轉(zhuǎn)動而導(dǎo)致的溫升以及提高整個轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)軸通過一個傳動軸與一個皮帶輪電機(jī)系統(tǒng)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)高速離心形成旋轉(zhuǎn)液滴的目的；一個內(nèi)徑0.19cm、外徑0.65cm的樣品一端密封固定在轉(zhuǎn)軸傳動桿上,另一端采用硅像膠密封；樣品管外側(cè)提供一個腔體用以通過溫控空氣，控制樣品管的溫度，但未提及溫度讀取方式；轉(zhuǎn)速讀取采用簡單的光柵傳感器(Threshold Coupler:Model H13B2,Photon-Coupled Interruptor Module),并使用一個空槽讀取轉(zhuǎn)速；通過皮速3:1比例，實(shí)現(xiàn)低轉(zhuǎn)速電機(jī)達(dá)到高轉(zhuǎn)速目的；電機(jī)采用空載最高轉(zhuǎn)速5000RPM的E586電機(jī)，扭矩力20οζ-1n ;顯微系統(tǒng)米用了顯微鏡(Model I 10A, Gaertner Scientific Corp., Chicago,111.)，精度0.0001cm(約Ium精度)。計(jì)算方法采用經(jīng)典的Vonnegut公式。從如上描述我們可以得出結(jié)論為，由于采用皮帶輪轉(zhuǎn)換且采用簡單的轉(zhuǎn)速控制方式，無論在能效、控制精度以及壽命上，均達(dá)不到長期使用的要求；由于采用顯微系統(tǒng)，在測試時，人為因素影響較大；由于樣品管為固定的方式，清洗工作非常困難，非常容易受二次污染影響，測值精度很低；樣品管密封方式為簡單的蓋子密封結(jié)構(gòu)，很容易漏氣；等等。
[0004]1995年，中國專利:ZL93246109.3《自動旋軸界面張力測定儀》提出了一個簡單的旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀的結(jié)構(gòu)，并創(chuàng)新性提出了一種采用電腦捕獲旋轉(zhuǎn)滴圖像并進(jìn)而計(jì)算的構(gòu)想，但未提及詳細(xì)的計(jì)算辦法以及機(jī)械聯(lián)結(jié)關(guān)系結(jié)構(gòu)圖，其目的僅僅是實(shí)現(xiàn)替代人眼觀測的不方便性有準(zhǔn)確度差的問題。1996年，中國專利:ZL95216525.2《旋轉(zhuǎn)液滴法液體界面張力測定儀》對旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了進(jìn)一步的明確，提出了一個用于控制顯微系統(tǒng)的上下和左右移動，以觀察形成于不同位置的液滴形狀；同時，提出了一個基于皮帶輪轉(zhuǎn)換的電機(jī)轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，與如上提及的美國專利US 4250741和商業(yè)化的儀器比較類似，無任何新穎創(chuàng)新性；在算法上，其同樣采用了簡單的Vonnegut公式。2004年，中國專利ZL200420092449.7《流體表界面張力測量用離心管》中提出了一套使用在旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀中的樣品管的結(jié)構(gòu)。在中國專利ZL200920213958.3《旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀用石英玻璃樣品管及其固定裝置》中，本專利的同一發(fā)明人-上海梭倫信息科技有限公司對這套樣品管的缺陷進(jìn)行了評述，并提出了一套更為有效、方便使用的樣品管。在中國專利ZL201010149101.7《一種界面張力測試裝置》，華東理工大學(xué)同樣又提出了一個類似的樣品管結(jié)構(gòu)，與ZL200420092449.7近似，實(shí)際使用效果并不會理想。
[0005]綜合而言，現(xiàn)有的文獻(xiàn)和專利、商業(yè)化的儀器均停留在一個較低的水平，與現(xiàn)成的科學(xué)水平的發(fā)展不相適應(yīng)，這些不足包括:(I)在電機(jī)傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，仍以采用皮帶傳動機(jī)構(gòu)為主；(2)溫控模式通常以控制加熱源而不是控制樣品所在環(huán)境的溫度為主；(3)樣品管通常當(dāng)作了主動軸而沒有任何保護(hù)，從而導(dǎo)致樣品管易爆裂；且樣品管通常僅是一端開口，不易清洗，測值誤差大；樣品管尺寸單一(如美國專利)，無法滿足復(fù)雜的測試要求；
(4)通常沒有或只有最簡單的液滴水平控制結(jié)構(gòu)，無法實(shí)現(xiàn)高精度控制液滴水平，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)減少液滴移動的目的；(5)沒有形成一個整體的測試裝置，協(xié)調(diào)完成旋轉(zhuǎn)滴條件的界面張力測值；等等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題及不足，本實(shí)用新型提供了一種旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，提高操作方便性、控制準(zhǔn)確性方面，起到了非常明顯的作用，可以為化工、材料、電子、石油等行業(yè)進(jìn)行相關(guān)分析提供一個更為有效的測試工具。
[0007]本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下具體實(shí)施方案:
[0008]旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，包括:機(jī)架，高速旋轉(zhuǎn)腔體，高速電機(jī)，聯(lián)軸器，軸承支架，高速軸承，旋轉(zhuǎn)軸，自密封樣品管，軸承支架安裝底板，帶加熱棒的散熱片，觀察窗，攝像機(jī)，鏡頭，具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架，具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺，具有步進(jìn)電機(jī)或手動控制的Y向光學(xué)調(diào)整平臺，具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺，具有軸承的從動機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)腔體，防護(hù)蓋，具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺，-傳動支架結(jié)構(gòu)，電氣控制箱，可調(diào)整高度的儀器支撐腳；
[0009]高速電機(jī)2與旋轉(zhuǎn)軸6通過聯(lián)軸器3直接聯(lián)結(jié)，樣品管7置于旋轉(zhuǎn)軸中，樣品管兩端開口且具有密封塞子，形成自密封結(jié)構(gòu)，溫度傳感器安裝到樣品管所在位置的空氣中，旋轉(zhuǎn)軸是中空兩側(cè)有缺口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以攪動空氣，設(shè)計(jì)了半導(dǎo)體制冷片安裝到腔體上側(cè)，用于制冷，實(shí)現(xiàn)降低溫升的目的；
[0010]可調(diào)整高度的儀器支撐腳26安裝于機(jī)架(圖中未標(biāo)識)下端，電氣控制箱24安裝于機(jī)架下方，電氣控制箱24連接有光源亮度調(diào)整鈕25，機(jī)架上方一端固定有具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺22，另一端固定有具有軸承的從動機(jī)構(gòu)19，具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺22和具有軸承的從動機(jī)構(gòu)19間設(shè)置有傳動支架23，具有軸承的從動機(jī)構(gòu)19上內(nèi)側(cè)于傳動支架23上一端固定有具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺18，傳動支架23上的另一端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)腔體，電氣控制箱24連接有控制箱接口 I。
[0011]旋轉(zhuǎn)腔體20上設(shè)置一防護(hù)蓋21，旋轉(zhuǎn)腔體20下端為軸承支架安裝底板9，高速電機(jī)2與旋轉(zhuǎn)軸6通過聯(lián)軸器3直接聯(lián)結(jié)；高速電機(jī)2安裝到電機(jī)支架上(未圖示)，旋轉(zhuǎn)軸6兩端分別安裝于兩個高速軸承5內(nèi)，高速軸承5安裝于兩個軸承支架4上，軸承支架4安裝于旋轉(zhuǎn)腔體20上的軸承支架安裝底板9上，與高速電機(jī)2連接的供電及編碼器系統(tǒng)(未圖示)連接到電氣控制箱24 (未標(biāo)識)后通過RS232或USB2.0接口與計(jì)算機(jī)連接，通過編寫軟件，控制電機(jī)和讀取電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。
[0012]樣品管7通過兩端固定密封塞自密封后，固定在一端有頂針結(jié)構(gòu)另一端有螺紋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)傳動軸6中，樣品管7通過壓帽8固定在旋轉(zhuǎn)軸6內(nèi)，實(shí)現(xiàn)樣品管可拔插的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0013]旋轉(zhuǎn)腔體20的靠近攝像機(jī)12側(cè)提供一個石英玻璃制成的觀察窗11，另一側(cè)提供一個具有柔光效果的LED背景光源(未圖示)，以利于拍攝旋轉(zhuǎn)液滴的圖像。
[0014]旋轉(zhuǎn)腔體20的內(nèi)部底面裝有一個帶有加熱棒的散熱片10、腔體上面板裝有一個帶散熱風(fēng)扇(向往散熱)的半導(dǎo)體制冷片(未標(biāo)識)，溫度傳感器(未標(biāo)識)裝在旋轉(zhuǎn)腔體的內(nèi)部空氣中(位于觀察窗戶下側(cè)方位置)，如需要實(shí)現(xiàn)低于室溫或消除空氣攪動或軸承溫升而導(dǎo)致的溫升，通過給半導(dǎo)體制冷片供電，讓制冷片給腔體內(nèi)降溫，通過旋轉(zhuǎn)軸6攪動旋轉(zhuǎn)腔體的內(nèi)部的空氣，使溫度降低下來；與此同時，通過計(jì)算機(jī)的USB2.0或RS232通訊接口控制一個連接到帶有加熱棒的散熱片10的溫度控制系統(tǒng)(未圖示)，實(shí)現(xiàn)將溫度控制到目標(biāo)值，如制冷最大制冷量可以使得腔體的溫度達(dá)到_5°C，而如果目標(biāo)溫度是20°C，那么只要加熱功率高于制冷功能，加熱系統(tǒng)即可通過加熱，讓同時制冷和加熱的系統(tǒng)達(dá)到20°C，當(dāng)用戶僅需要加熱高于室溫以上5°C時，制冷系統(tǒng)可關(guān)閉使用。
[0015]設(shè)計(jì)一套用于拍攝旋轉(zhuǎn)液滴圖像的成像系統(tǒng)及其控制結(jié)構(gòu)，具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺18上連接具有步進(jìn)電機(jī)或手動控制的Y向光學(xué)調(diào)整平臺17，具有步進(jìn)電機(jī)或手動控制的Y向光學(xué)調(diào)整平臺17上方為具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺16，具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺16上方為具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架15，具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架15上連接攝像機(jī)12，攝像機(jī)12上設(shè)置有鏡頭13。
[0016]鏡頭13倍率為0.7-4.5X，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)12的速度達(dá)到25幀/秒以上，優(yōu)選80幀/秒以上，具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架上15安裝到具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺16上，并進(jìn)而與一個X (17) Y (18)兩維移動的相聯(lián)結(jié)；如上結(jié)構(gòu)通過墊塊(未圖示)聯(lián)結(jié)合，固定到旋轉(zhuǎn)滴界面張力測試裝置的傳動支架結(jié)構(gòu)23底材板上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整鏡頭相對于樣品管水平、成像位置、尋找液滴、拍攝液滴圖像的目的。
[0017]設(shè)計(jì)一套用于控制液滴水平的機(jī)械結(jié)構(gòu)，將固定有旋轉(zhuǎn)腔體20和成像系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)(如上8所述)的傳動支架結(jié)構(gòu)底板一側(cè)與具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺22相聯(lián)結(jié)，另一側(cè)與具有軸承的從動機(jī)構(gòu)19相聯(lián)結(jié)，并將如上機(jī)構(gòu)固定到一個鋁合金制成的安裝基座上(未圖示)，通過轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺22上的旋轉(zhuǎn)控制鈕(手動或步進(jìn)電機(jī)控制)，從而有效地控制液滴水平，使得測試過程長時間、連續(xù)測值成為可能。
[0018]設(shè)計(jì)一套裝載被測試樣(液-氣、液-液或液-液-固體系)的樣品管結(jié)構(gòu)，包括:(I)由石英玻璃制成的兩端開口樣品管，尺寸包括內(nèi)2mm、4mm、6mm三種規(guī)格；(2)兩端密封結(jié)構(gòu)；(3)在轉(zhuǎn)軸內(nèi)裝有彈簧的頂針結(jié)構(gòu)；(4)壓帽，從而實(shí)現(xiàn)自密封目的。同時，為測試高于100°C以上樣品實(shí)現(xiàn)可能。(在密封情況下，加熱會導(dǎo)致樣品管內(nèi)液體的壓力增大，從而降低沸點(diǎn))。
[0019]編制一個軟件，通過軟件自動計(jì)算得出界面張力和接觸角值；同時，軟件中通過RS232通訊協(xié)議或USB2.0通訊協(xié)議，控制成像系統(tǒng)中的運(yùn)動電機(jī)、高速直流電機(jī)以及攝像系統(tǒng)的圖像捕捉，從而實(shí)現(xiàn)界面張力和接觸角測值的全自動化。
[0020]綜合而言，通過如上測試裝置和測試方法的設(shè)計(jì)，沒有以往所有算法中提及的假設(shè)橢圓或球的假設(shè)，不是簡單的幾何運(yùn)算而是真正結(jié)合液滴的形狀輪廓擬合求解，從而將現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)液滴時的測量技術(shù)提高到了一個新的水平，也全面提升了旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀的整機(jī)優(yōu)化水平和全自動化程度，對于石油石化、化工、新材料、涂料、聚合物分析、生物等行業(yè)的應(yīng)用，具有非常高的推廣價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1:本專利所述的旋轉(zhuǎn)滴界面張力和接觸角測試裝置俯視圖；
[0022]圖1中:1_控制箱接口，連接到計(jì)算機(jī)；2_高速電機(jī)；3_聯(lián)軸器；4_軸承支架2個；5-高速軸承2個；6-旋轉(zhuǎn)軸；7-自密封樣品管；8-壓帽；9_軸承支架安裝底板；10-帶加熱棒的散熱片；11_觀察窗；12-攝像機(jī)；13_鏡頭。
[0023]圖2:本專利所述的旋轉(zhuǎn)滴界面張力和接觸角測試裝置正視圖；
[0024]圖2中:15_具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架；16_具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺；17_具有步進(jìn)電機(jī)或手動控制的Y向光學(xué)調(diào)整平臺；18_具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺；19_具有軸承的從動機(jī)構(gòu)；20_旋轉(zhuǎn)腔體；21_防護(hù)蓋；22_具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺；23_傳動支架結(jié)構(gòu)；24_電氣控制箱；25_光源亮度調(diào)整鈕；26-可調(diào)整高度的儀器支撐腳。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步進(jìn)行描述。
[0026]為了實(shí)現(xiàn)在取消皮帶輪轉(zhuǎn)換的條件下達(dá)到15，000RPM轉(zhuǎn)速、高精度控制樣品溫度并有效消除軸承和空氣攪動帶來的溫升、樣品管自密封且易清洗、方便而精確的獲取旋轉(zhuǎn)液滴的圖像、快捷而精準(zhǔn)地測試旋轉(zhuǎn)液滴的界面張力和接觸角值，本專利構(gòu)建了如下的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，提出了利用旋轉(zhuǎn)液滴輪廓分析技術(shù)測試得到界面張力和接觸角值的一套裝置。
[0027]如圖1、圖2所示實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，包括:機(jī)架，高速旋轉(zhuǎn)腔體，高速電機(jī)，聯(lián)軸器，軸承支架，高速軸承，旋轉(zhuǎn)軸，自密封樣品管，軸承支架安裝底板，帶加熱棒的散熱片，觀察窗，攝像機(jī)，鏡頭，具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架，具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺，具有步進(jìn)電機(jī)或手動控制的Y向光學(xué)調(diào)整平臺，具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺，具有軸承的從動機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)腔體，防護(hù)蓋，具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺，-傳動支架結(jié)構(gòu)，電氣控制箱，可調(diào)整高度的儀器支撐腳；
[0028]高速電機(jī)2與旋轉(zhuǎn)軸6通過聯(lián)軸器3直接聯(lián)結(jié)，樣品管7置于旋轉(zhuǎn)軸中，樣品管兩端開口且具有密封塞子，形成自密封結(jié)構(gòu)，溫度傳感器安裝到樣品管所在位置的空氣中，旋轉(zhuǎn)軸是中空兩側(cè)有缺口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以攪動空氣，設(shè)計(jì)了半導(dǎo)體制冷片安裝到腔體上側(cè)，用于制冷，實(shí)現(xiàn)降低溫升的目的；
[0029]可調(diào)整高度的儀器支撐腳26安裝于機(jī)架(圖中未標(biāo)識)下端，電氣控制箱24安裝于機(jī)架下方，電氣控制箱24連接有光源亮度調(diào)整鈕25，機(jī)架上方一端固定有具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺22，另一端固定有具有軸承的從動機(jī)構(gòu)19，具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺22和具有軸承的從動機(jī)構(gòu)19間設(shè)置有傳動支架23，具有軸承的從動機(jī)構(gòu)19上內(nèi)側(cè)于傳動支架23上一端固定有具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺18，傳動支架23上的另一端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)腔體，電氣控制箱24連接有控制箱接口 I。
[0030]旋轉(zhuǎn)腔體20上設(shè)置一防護(hù)蓋21，旋轉(zhuǎn)腔體20下端為軸承支架安裝底板9，高速電機(jī)2與旋轉(zhuǎn)軸6通過聯(lián)軸器3直接聯(lián)結(jié)；高速電機(jī)2安裝到電機(jī)支架上(未圖示)，旋轉(zhuǎn)軸6兩端分別安裝于兩個高速軸承5內(nèi)，高速軸承5安裝于兩個軸承支架4上，軸承支架4安裝于旋轉(zhuǎn)腔體20上的軸承支架安裝底板9上，與高速電機(jī)2連接的供電及編碼器系統(tǒng)(未圖示)連接到電氣控制箱24 (未標(biāo)識)后通過RS232或USB2.0接口與計(jì)算機(jī)連接，通過編寫軟件，控制電機(jī)和讀取電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。
[0031]樣品管7通過兩端固定密封塞自密封后，固定在一端有頂針結(jié)構(gòu)另一端有螺紋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)傳動軸6中，樣品管7通過壓帽8固定在旋轉(zhuǎn)軸6內(nèi)，實(shí)現(xiàn)樣品管可拔插的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0032]旋轉(zhuǎn)腔體20的靠近攝像機(jī)12側(cè)提供一個石英玻璃制成的觀察窗11，另一側(cè)提供一個具有柔光效果的LED背景光源(未圖示)，以利于拍攝旋轉(zhuǎn)液滴的圖像。
[0033]旋轉(zhuǎn)腔體20的內(nèi)部底面裝有一個帶有加熱棒的散熱片10、腔體上面板裝有一個帶散熱風(fēng)扇(向往散熱)的半導(dǎo)體制冷片(未標(biāo)識)，溫度傳感器(未標(biāo)識)裝在旋轉(zhuǎn)腔體的內(nèi)部空氣中(位于觀察窗戶下側(cè)方位置)，如需要實(shí)現(xiàn)低于室溫或消除空氣攪動或軸承溫升而導(dǎo)致的溫升，通過給半導(dǎo)體制冷片供電，讓制冷片給腔體內(nèi)降溫，通過旋轉(zhuǎn)軸6攪動旋轉(zhuǎn)腔體的內(nèi)部的空氣，使溫度降低下來；與此同時，通過計(jì)算機(jī)的USB2.0或RS232通訊接口控制一個連接到帶有加熱棒的散熱片10的溫度控制系統(tǒng)(未圖示)，實(shí)現(xiàn)將溫度控制到目標(biāo)值，如制冷最大制冷量可以使得腔體的溫度達(dá)到_5°C，而如果目標(biāo)溫度是20°C，那么只要加熱功率高于制冷功能，加熱系統(tǒng)即可通過加熱，讓同時制冷和加熱的系統(tǒng)達(dá)到20°C，當(dāng)用戶僅需要加熱高于室溫以上5°C時，制冷系統(tǒng)可關(guān)閉使用。
[0034]設(shè)計(jì)一套用于拍攝旋轉(zhuǎn)液滴圖像的成像系統(tǒng)及其控制結(jié)構(gòu)，具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺18上連接具有步進(jìn)電機(jī)或手動控制的Y向光學(xué)調(diào)整平臺17，具有步進(jìn)電機(jī)或手動控制的Y向光學(xué)調(diào)整平臺17上方為具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺16，具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺16上方為具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架15，具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架15上連接攝像機(jī)12，攝像機(jī)12上設(shè)置有鏡頭13。
[0035]鏡頭13倍率為0.7-4.5X，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)12的速度達(dá)到25幀/秒以上，優(yōu)選80幀/秒以上，具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架上15安裝到具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺16上，并進(jìn)而與一個X (17) Y (18)兩維移動的相聯(lián)結(jié)；如上結(jié)構(gòu)通過墊塊(未圖示)聯(lián)結(jié)合，固定到旋轉(zhuǎn)滴界面張力測試裝置的傳動支架結(jié)構(gòu)23底材板上，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)整鏡頭相對于樣品管水平、成像位置、尋找液滴、拍攝液滴圖像的目的。
[0036]設(shè)計(jì)一套用于控制液滴水平的機(jī)械結(jié)構(gòu)，將固定有旋轉(zhuǎn)腔體20和成像系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)(如上8所述)的傳動支架結(jié)構(gòu)23底板一側(cè)與具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺22相聯(lián)結(jié)，另一側(cè)與具有軸承的從動機(jī)構(gòu)19相聯(lián)結(jié)，并將如上機(jī)構(gòu)固定到一個鋁合金制成的安裝基座上(未圖示)，通過轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺22上的旋轉(zhuǎn)控制鈕(手動或步進(jìn)電機(jī)控制)，從而有效地控制液滴水平，使得測試過程長時間、連續(xù)測值成為可能。
[0037]設(shè)計(jì)一套裝載被測試樣(液-氣、液-液或液-液-固體系)的樣品管結(jié)構(gòu)，包括:(I)由石英玻璃制成的兩端開口樣品管，尺寸包括內(nèi)2mm、4mm、6mm三種規(guī)格；(2)兩端密封結(jié)構(gòu)；(3)在轉(zhuǎn)軸內(nèi)裝有彈簧的頂針結(jié)構(gòu)；(4)壓帽，從而實(shí)現(xiàn)自密封目的。同時，為測試高于100°C以上樣品實(shí)現(xiàn)可能。(在密封情況下，加熱會導(dǎo)致樣品管內(nèi)液體的壓力增大，從而降低沸點(diǎn))。
[0038]編制一個軟件，通過軟件自動計(jì)算得出界面張力和接觸角值；同時，軟件中通過RS232通訊協(xié)議或USB2.0通訊協(xié)議，控制成像系統(tǒng)中的運(yùn)動電機(jī)、高速直流電機(jī)以及攝像系統(tǒng)的圖像捕捉，從而實(shí)現(xiàn)界面張力和接觸角測值的全自動化。
[0039]本實(shí)用新型全面提升了旋轉(zhuǎn)滴界面張力儀的整機(jī)優(yōu)化水平和全自動化程度，對于石油石化、化工、新材料、涂料、聚合物分析、生物等行業(yè)的應(yīng)用，具有非常高的推廣價值。
【權(quán)利要求】
1.旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，包括:機(jī)架，高速旋轉(zhuǎn)腔體，高速電機(jī)，聯(lián)軸器，軸承支架，高速軸承，旋轉(zhuǎn)軸，自密封樣品管，軸承支架安裝底板，帶加熱棒的散熱片，觀察窗，攝像機(jī)，鏡頭，具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架，具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺，具有步進(jìn)電機(jī)或手動控制的Y向光學(xué)調(diào)整平臺，具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺，具有軸承的從動機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)腔體，防護(hù)蓋，具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺，傳動支架結(jié)構(gòu)，電氣控制箱，可調(diào)整高度的儀器支撐腳；其特征在于，可調(diào)整高度的儀器支撐腳安裝于機(jī)架下端，電氣控制箱安裝于機(jī)架下方，電氣控制箱連接有光源亮度調(diào)整鈕，機(jī)架上方一端固定有具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺，另一端固定有具有軸承的從動機(jī)構(gòu)，具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺和具有軸承的從動機(jī)構(gòu)間設(shè)置有傳動支架，具有軸承的從動機(jī)構(gòu)上內(nèi)側(cè)于傳動支架上一端固定有具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺，傳動支架上的另一端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)腔體，電氣控制箱連接有控制箱接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)腔體上設(shè)置一防護(hù)蓋，旋轉(zhuǎn)腔體下端為軸承支架安裝底板，高速電機(jī)與旋轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器直接聯(lián)結(jié)，高速電機(jī)安裝到電機(jī)支架上，旋轉(zhuǎn)軸兩端分別安裝于兩個高速軸承內(nèi)，高速軸承安裝于兩個軸承支架上，軸承支架安裝于旋轉(zhuǎn)腔體上的軸承支架安裝底板上，與高速電機(jī)連接的供電及編碼器系統(tǒng)連接到電氣控制箱后通過RS232或USB2.0接口與計(jì)算機(jī)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，其特征在于，樣品管固定在一端有頂針結(jié)構(gòu)另一端有螺紋結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)傳動軸中，樣品管通過壓帽固定在旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)腔體的靠近攝像機(jī)側(cè)提供一個石英玻璃制成的觀察窗，另一側(cè)提供一個具有柔光效果的LED背景光源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，其特征在于，旋轉(zhuǎn)腔體的內(nèi)部底面裝有一個帶有加熱棒的散熱片、腔體上面板裝有一個帶散熱風(fēng)扇的半導(dǎo)體制冷片，溫度傳感器裝在旋轉(zhuǎn)腔體的內(nèi)部空氣中，位于觀察窗戶下側(cè)方位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，其特征在于，具有電機(jī)控制的X向光學(xué)調(diào)整平臺上連接具有步進(jìn)電機(jī)或手動控制的Y向光學(xué)調(diào)整平臺，具有步進(jìn)電機(jī)或手動控制的Y向光學(xué)調(diào)整平臺上方為具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺，具有微分頭控制的Z向光學(xué)調(diào)整平臺上方為具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架，具有微分頭控制的一維水平調(diào)整架上連接攝像機(jī)，攝像機(jī)上設(shè)置有鏡頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，其特征在于，所述鏡頭倍率為0.7-4.5X。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)滴輪廓擬合分析界面張力和接觸角的測試裝置，其特征在于，傳動支架結(jié)構(gòu)底板一側(cè)與具有蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)的主動旋轉(zhuǎn)光學(xué)調(diào)整平臺相聯(lián)結(jié)，另一側(cè)與具有軸承的從動機(jī)構(gòu)相聯(lián)結(jié)。
【文檔編號】G01N13/02GK203672751SQ201320792154
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】施建輝 申請人:上海梭倫信息科技有限公司