一種最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝樣試管的制作方法

文檔序號:11047192
一種最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝樣試管的制造方法與工藝

本實用新型涉及一種最大氣泡法測定液體表面張力試驗的裝置。



背景技術:

在最大氣泡法測定液體表面張力試驗中,通過滴液漏斗緩慢滴液,在表面張力測定裝置的密封體系中形成負壓。由于毛細管上端口與大氣相通,因此隨著體系中壓力逐漸降低,大氣環境與表面張力測定裝置密封體系之間的壓差驅動空氣試圖從毛細管下端端面和表面張力實驗裝樣試管內試樣液面之間的接觸界面處逸出。而在接觸界面處一旦有氣泡形成,氣泡即要承受彎曲液面附加壓力的作用,并且伴隨氣泡的逐漸長大,氣泡曲率半徑逐漸減小。彎曲液面附加壓力的大小與氣泡曲率半徑大小成反比,因此伴隨毛細管下端端面和試樣液面之間接觸界面處逸出氣泡的逐漸長大、氣泡曲率半徑的逐漸減小,彎曲液面附加壓力逐漸增大,氣泡逸出所需大氣環境與表面張力測定裝置體系之間的壓差逐漸增大,而當逸出氣泡長大至曲率半徑恰好與毛細管半徑相等時,氣泡即會以球狀離開毛細管端面,此時與表面張力測量裝置相連的微差壓差計中相應出現最大壓差讀數(壓差的絕對值)。

氣泡離開毛細管端面進入表面張力測定裝置體系后,體系中的壓力增大,微差壓差計示數(壓差的絕對值)下降至某一值。但只要保持滴液漏斗持續緩慢滴液,在上一個氣泡逸出、微差壓差計示數降至某一值后,體系中的壓力會再次逐漸降低,一直到氣泡再次離開毛細管端面時,微差壓差計示數再一次出現最大值。如此這般,伴隨滴液漏斗的不斷滴液,毛細管端面和試樣液面接觸界面處會不斷的有氣泡長大、逸出,微差壓差計示數發生周而復始的變化??刂茰y量體系的溫度,并使用同一裝置(特別是要使用同一毛細管)分別測量基準試樣(一般可以使用純水)和待測定表面張力大小的試樣在相同測量溫度下對應氣泡剛好離開毛細管端面時的微差壓差計最大讀數值,查取相應溫度下基準試樣表面張力值,由基準試樣最大壓差和待測試樣最大壓差值,即可計算得到待測試樣在相應溫度下的表面張力值。

在上述表面張力測定過程中,需要確保毛細管下端端面恰好與表面張力測定裝置裝樣試管內試樣液面相切:如果試樣液面高度過低,毛細管端面未能與試樣液面接觸,在大氣環境與表面張力測定裝置體系之間產生壓差時,空氣會直接從毛細管下端口逸出而不會產生液泡;而如果試樣液面過高,以至于毛細管下端端面的一部分插入試樣液面以下時,氣泡試圖由毛細管端面和試樣液面接觸界面處逸出時不但需要克服彎曲液面附加壓力的作用,還需要克服毛細管下端端面與試樣液面之間高度差所對應的液體靜壓差的作用,使得對應氣泡逸出離開毛細管端面時微差壓差計最大壓差讀數值偏大,導致待測試樣表面張力測定值的誤差,而且液體靜壓差的作用也會導致氣泡逸出離開毛細管端面時難以保證為球狀,以至于滴液漏斗連續滴液、氣泡不斷逸出離開毛細管端面時,微差壓差計最大壓差讀數的重現性變差,導致待測試樣表面張力測定值的誤差。

在現有液體表面張力試驗裝置中,通常使用上部帶磨口或圓形口的試管作為裝樣試管,如圖2所示。

使用這種結構的裝樣試管進行液體表面張力測定試驗時,需要通過插毛細管口加入待測試樣并用滴管通過插毛細管口加入試樣或取出試樣調節裝樣試管內試樣液面高度,使得毛細管下端端面與試樣管內液面相切。但在調節裝樣試管內液面高度時,需要取走毛細管而無法在調節試樣液面高度的過程中觀測到毛細管端面相對于試樣液面的位置,每次加入試樣或取走試樣量會有一定的盲目性,因此需要經過多次嘗試后才能使得毛細管下端端面與試樣管內液面相切,試樣液面調節過程繁瑣。

為了能夠方便地調節液體表面張力試驗裝置裝樣試管中的液面高度,現有技術中也有人采用如圖3或圖4所示的裝樣試管中。

圖3所示液體表面張力試驗裝置裝樣試管的主要特征是裝樣試管下部有一活塞。使用時先將待測試樣由插毛細管口加入,加入試樣量要能夠保證插入毛細管后毛細管下端端面能夠在裝樣試管內待測試樣液面以下。插入毛細管后,逐漸開啟裝樣試管下端的活塞,緩慢放出裝樣試管中的試樣,試樣液面降低至一定高度時,毛細管下端端面恰好與試樣液面接觸,并且由于毛細管端面與試樣之間的潤濕效應,通過活塞緩慢放出裝樣試管中的試樣至試樣高度略低于毛細管下端端面時,試樣會微微凸起并保持與毛細管端面的接觸,以保證毛細管下端端面與試樣液面相切。

為了保證裝樣試管下部活塞使用靈活和良好的密封性,以免裝樣試管浸入恒溫浴槽內恒溫時浴槽中的水通過活塞滲入裝樣試管內污染待測試樣,通常需要在活塞處涂抹密封油脂。而涂抹在活塞上的油脂難免會與待測試樣接觸,而一旦有少量油脂溶入待測試樣,即會引起試樣表面張力的改變,導致試樣表面張力測量誤差。而如果溶入的油脂污染毛細管下端端面,則難以保證氣泡以規整的球狀從毛細管下端端面和試樣液面的接觸界面處逸出并離開毛細管端面,有時也會導致氣泡以連珠泡的形式逸出,導致最大壓差讀數的重現性變差,試樣表面張力測量產生誤差。顯然,上述帶有下部活塞的液體表面張力試驗裝置裝樣試管,并不是一種合理的結構。

圖4所示最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝置裝樣試管結構,其主要特征是裝樣試管下部有一彎管,通過彎管口部加入或取出試樣,以調節裝樣試管內待測試樣液面高度。

使用圖4所示下部帶彎管的裝樣試管進行液體表面張力測定試驗時,先經插毛細管口或彎管口部加入待測試樣至插入毛細管后裝樣試管內試樣液面高度與毛細管下端斷面基本相齊。視毛細管端面與試樣液面的相對高度,通過彎管口部用滴管向裝樣試管內加入或取出待測試樣調節裝樣試管內試樣液面高度,使得毛細管端面與試樣液面正好相切。

但這種帶彎管的裝樣試管也存在若干缺陷:使用這種結構的裝樣試管進行液體表面張力測定試驗時,雖經耐心的試樣液面高度調節至毛細管端面與試樣液面相切,但在測定前必須塞緊彎管口部的活塞,而在塞活塞的過程中彎管內的一部分試樣會被頂入試樣管主體內導致試樣液面高度的上升,毛細管下端端面無法保持和試樣液面相切而會有部分插入試樣液面內。另外,在塞入活塞時,很可能會在活塞和彎管口部的試樣液面之間有一小段空氣柱,而空氣的易膨脹特性,導致裝樣試管內部為負壓時,彎管口部的空氣膨脹,試樣液面下降,彎管內的試樣轉移至裝樣試管主體內,試樣液面抬升并超過毛細管下端端面,氣泡從毛細管下端逸出的最大壓差示數偏大,導致試樣表面張力測量值產生誤差。再者,由于表面張力大小與溫度有關,測量液體表面張力時需要對待測試樣加以恒溫控制,如果所用裝樣試管為單壁而不是可以通恒溫水以控制試樣溫度的帶恒溫水夾套試樣管,進行表面張力測量時,需要將試樣液面以下部位的試樣管主體連同下部彎管浸入恒溫浴槽水液面以下進行恒溫控制,但為了避免在塞入活塞后彎管口部活塞和試樣液面之間出現空氣柱,彎管口高度一般是略高于毛細管下端端面高度,將裝樣試管浸入恒溫浴槽中進行恒溫時,又需要將試樣液面,也就是毛細管下端端面以下部位浸入恒溫水液面以下,彎管口會非常接近恒溫水液面而容易被恒溫浴槽內的水污染,一旦進一步污染到裝樣試管內的試樣,液體表面張力測量結果就會產生誤差。因此,下部帶彎管的裝樣試管,也不是一種很好的液體表面張力試驗裝樣試管結構。



技術實現要素:

本實用新型的目的在于針對現有最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝樣試管試樣液面調節過程中存在的問題,提供一種可以方便地進行試樣液面高度調節的最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝樣試管結構。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的:一種最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝樣試管,試管包含插毛細管口、與壓差產生裝置和壓差測量裝置連接的支管和用于滴加或吸取試樣調節試管內液面高度的側管。

進一步地,加工試管所用材料為無機材料、金屬材料或有機材料,所述無機材料選自玻璃、石英、陶瓷,所述金屬材料選自銅、銅合金、不銹鋼,所述有機材料選自塑料、樹脂。

進一步地,側管傾斜角度可以是0~90°之間的任意角度。

進一步地,側管長度可以是任意尺寸,但需保證裝樣試管浸入恒溫浴槽內至試管內試樣液面在浴槽內水液面以下時,側管口仍能保持在浴槽水液面以上。

進一步地,側管與裝樣試管主體連接位置需保證試管內試樣液面高度調整至正好與所插入的毛細管下端端面相切時,側管與裝樣試管主體連接口整體或至少有一部分位于試管內試樣液面以上。

進一步地,試管插毛細管口和側管口內壁為磨砂狀或光潔表面狀。

進一步地,裝樣試管主體可以是單壁,也可以是內部通恒溫循環水的雙壁夾套結構。

本實用新型的有益效果是:本實用新型裝樣試管包含插毛細管口、與壓差產生裝置和壓差測量裝置連接的支管和用于滴加或吸取試樣調節試管內液面高度的側管。采用本實用新型提供的裝樣試管結構,可以方便地進行試樣液面高度調節,確保插入毛細管下端端面與裝樣試管內試樣液面相切,提高液體表面張力測定的準確性。

附圖說明

圖1為帶測管的最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝樣試管;

圖2為通過插毛細管口調節試樣液面高度的最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝樣試管;

圖3為下部帶活塞的最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝樣試管;

圖4為下部帶彎管的最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝樣試管;

圖5為應用本實用新型提供的單壁帶側管裝樣試管進行最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝置示意圖;

圖6為應用本實用新型提供的內部可以通恒溫循環水的雙壁夾套結構帶側管裝樣試管進行最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝置示意圖;

圖7為現有通過插毛細管口調節試樣液面高度的最大氣泡法測定液體表面張力試驗試驗裝置示意圖;

圖8為現有通過下部活塞調節試樣液面高度的最大氣泡法測定液體表面張力試驗試驗裝置示意圖;

圖9為現有通過下部彎管調節試樣液面高度的最大氣泡法測定液體表面張力試驗試驗裝置示意圖;

圖中,滴液漏斗1、燒杯2、微差壓差計3、毛細管4、裝樣試管5、恒溫浴槽6、側管7、恒溫水進口8、恒溫水出口9、支管10、插毛細管口11、彎管口部12。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。

如圖1所示,本實用新型提供的一種最大氣泡法測定液體表面張力試驗裝樣試管,包含插毛細管口11、與壓差產生裝置和壓差測量裝置連接的支管10和用于滴加或吸取試樣調節試管內液面高度的側管7。

進一步地,加工裝樣試管5所用材料為無機材料、金屬材料或有機材料,所述無機材料選自玻璃、石英、陶瓷,所述金屬材料選自銅、銅合金、不銹鋼,所述有機材料選自塑料、樹脂。

進一步地,側管7傾斜角度可以是0~90°之間的任意角度。

進一步地,側管7長度可以是任意尺寸,但需保證裝樣試管5浸入恒溫浴槽1內至試管內試樣液面在浴槽內水液面以下時,側管口仍能保持在浴槽水液面以上。

進一步地,側管7與裝樣試管5主體連接位置需保證試管內試樣液面高度調整至正好與所插入的毛細管4下端端面相切時,側管7與裝樣試管主體連接口整體或至少有一部分位于試管內試樣液面以上。

進一步地,試管插毛細管口和側管口內壁為磨砂狀或光潔表面狀。

進一步地,裝樣試管主體可以是單壁,也可以是內部通恒溫循環水的雙壁夾套結構。

如圖5所示,打開恒溫浴槽6和微差壓差計3電源。設置恒溫浴槽6控制溫度為表面張力測定試驗所需溫度。用去離子水仔細洗滌裝樣試管5內表面及毛細管4內、外表面。特別在洗滌毛細管4內表面時,用洗耳球吸、擠至少三次,將毛細管4內表面洗滌干凈。將毛細管4插入裝樣試管5并塞緊。經側管口加入去離子水至裝樣試管5內水液面與毛細管4下端端面基本齊。使毛細管4為垂直狀態,視毛細管4下端端面與裝樣試管5內水液面的相對位置,用滴管穿過側管7往裝樣試管5內加入去離子水或者吸取去離子水調節毛細管4下端端面恰好與水液面相切。按圖5所示,通過軟管將裝樣試管5與滴液漏斗1和微差壓差計3相連。在滴液漏斗1中加入水,塞緊活塞。用試管夾夾住裝樣試管主體部位,將裝樣試管5浸入恒溫浴槽6的恒溫水中,裝有配制好的待測溶液試樣的容量瓶掛恒溫浴槽內預熱。調整裝樣試管5的高度和左右、前后傾斜角,使得裝樣試管5內水液面位置在恒溫浴槽6水液面以下,毛細管4為垂直狀態。在側管口為敞開狀態下,進行微差壓差計3置零操作,塞緊測管口活塞。

待恒溫浴槽6達到試驗所需控制溫度并經另外10分鐘以上恒溫后,可以認為裝樣試管5內的去離子水已經達到試驗所需控制溫度。緩慢開啟滴液漏斗1活塞,滴液漏斗1開始滴液,微差壓差計3示數(絕對值)逐漸增大,并在增大至某一值時,毛細管4下端有氣泡逸出,同時微差壓差計3示數退回到某一值。調節滴液漏斗活塞開啟程度以控制滴液速度,使得微差壓差計3示數逐漸增大過程中每次改變值不超過10Pa。觀測毛細管4端面是否每次一個有規律的出泡,經一定時間連續滴液,微差壓差計3最大壓差示數具有很好的重現性(連續兩次最大壓差示數相差在1%以內)后,讀取并記錄3個連續出現的最大壓差示數。

由于表面張力的作用,在彎曲液面內外存在一個壓力差,稱為曲面附加壓力。曲面附加壓力的方向指向曲率半徑中心,大小與液體表面張力σ、彎曲液面曲率半徑R之間的關系稱為Laplace方程:

Δp=2σ/R

在最大氣泡法測定液體表面張力試驗過程中,伴隨滴液漏斗的滴液,測量體系內部壓力逐漸降低,相對于大氣壓力形成負壓。毛細管上端與大氣相通,因此在這一壓差的驅動下,毛細管下端開始有氣泡形成并逐漸長大。如果毛細管下端恰好與試樣液面相切,毛細管下端端面形成的氣泡只需要承受彎曲液面曲面附加壓力的作用。

毛細管下端端面剛開始形成氣泡時,曲面幾乎是平的,曲率半徑R很大。而伴隨滴液漏斗不斷滴液,大氣壓力與測量體系內部的壓差不斷變大,氣泡逐漸長大,曲率半徑R逐漸變小,等到氣泡逐漸長大、曲率半徑R逐漸變小至恰好與毛細管半徑r相等時,氣泡隨之離開毛細管端面進入測量體系內,內部壓力略有回升,因此在氣泡剛好離開毛細管下端端面時,微差壓差計示數(壓差的絕對值)出現最大值。

由基準試樣(一般為去離子水)測量得到的多次平行試驗最大壓差的平均值Δp基準,并由文獻查得試驗溫度下基準試樣表面張力的理論值σ基準,則有:

Δp基準=2σ基準/r

其中,r為試驗所用毛細管半徑。

同前述基準試樣(去離子水)測量過程但改用待測表面張力試樣,使用同一毛細管經多次平行試驗測量得到對應試樣的最大壓差的平均值Δp試樣,則有:

Δp試樣=2σ試樣/r

由此即可計算得到試驗溫度下待測試樣表面張力σ試樣值:

σ試樣=σ基準×Δp試樣/Δp基準。

再多了解一些
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