一種基于液滴體積測量液體的表/界面張力的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及液體的表面張力或界面張力的測量領(lǐng)域，具體是一種通過測量液 滴脫落時(shí)的體積來確定液/氣-表面張力或液/液-界面張力的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 液體在氣相或真空中的表面張力和二個(gè)不相溶液相之間的界面張力緣由液體分 子間的靜相互吸引力，它不但是一個(gè)基本的物理參數(shù)，而且在許多工業(yè)生產(chǎn)過程中和對產(chǎn) 品質(zhì)量檢測起著關(guān)鍵的作用，例如生產(chǎn)表面活性劑，噴墨打印機(jī)的油墨制造，表面張力的控 制對產(chǎn)品質(zhì)量都至關(guān)重要。
[0003] 目前對液體表/界面測量方法有諸多裝置及其方法，但都還停留在實(shí)驗(yàn)室人工操 作完成，要在工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量控制還存在許多不足。如CN201210566160. 3 提出一種基于軸對稱液滴輪廓曲線和體積的液體表面張力測量方法，該方法雖然采用攝制 液滴圖像，但仍然是人為選定一個(gè)測量點(diǎn)，在這個(gè)選定測量點(diǎn)上人為測定相關(guān)的幾何參數(shù)， 不僅工作麻煩，測量速度慢，更重要的是由于人為選定測量點(diǎn)和人為測定測量點(diǎn)的幾何參 數(shù)，必然導(dǎo)致人為誤差，測量結(jié)果誤差都在5%以上，這種方法不能在工業(yè)生產(chǎn)過程中對產(chǎn) 品質(zhì)量提供控制參數(shù)，也不可能對液體表/界面張力實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型提供一種基于液滴體積測量液體的表/界面張力的裝置，達(dá)到快速、 準(zhǔn)確測定并實(shí)時(shí)顯示被測液體表/界面張力，使該裝置能在許多工業(yè)生產(chǎn)過程中對產(chǎn)品質(zhì) 量提供控制參數(shù)。
[0005] 本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)方案是：
[0006] -種基于液滴體積測量液體的表/界面張力的裝置，包括加液單元、毛細(xì)管、背景 光源、攝像單元以及控制攝像單元和加液單元工作的計(jì)算機(jī)單元，其特征是所述加液單元 至少設(shè)一計(jì)量注射器和連接第一計(jì)量注射器與所述毛細(xì)管之間的第一管路，所述毛細(xì)管的 出口端設(shè)于氣相或與待測液體不相溶液相的光路方向全透光的第一容器中；所述攝像單元 對準(zhǔn)毛細(xì)管端口為基準(zhǔn)位置設(shè)定液滴脫離的檢測圖像區(qū)域，所述計(jì)算機(jī)單元通過攝像單元 記載相鄰液滴脫離毛細(xì)管端口時(shí)的體積差計(jì)算液體的表/界面張力。
[0007] 所述加液單元還包括由第二管路與第一計(jì)量注射器的進(jìn)液端相接的第二容器組 成的第一加液單元，所述第二容器內(nèi)盛裝有待測液體，待所述第一計(jì)量注射器內(nèi)的待測液 體耗盡時(shí)或需要更換待測液體時(shí)，通過第二管路將第二容器內(nèi)的待測液體或更新的待測液 體輸送至第一計(jì)量注射器內(nèi)。
[0008] 所述加液單元進(jìn)一步包括由第三管路與第二計(jì)量注射器進(jìn)液端口相連的第三容 器組成的第二加液單元，第二計(jì)量注射器的出液端經(jīng)由第四管路與第二容器相接，所述第 三容器內(nèi)盛裝有待測液體的溶劑或母液，在所述計(jì)算機(jī)單元控制下通過所述第二加液單元 的分配閥門往第二容器注入待測液體的溶劑或母液。
[0009] 所述加液單元進(jìn)一步包括由第五管路與第三計(jì)量注射器進(jìn)液端相連的第四容器 組成的第三加液單元，第三計(jì)量注射器出液端經(jīng)由第六管路與第一容器相接，所述第四容 器內(nèi)盛裝有液相溶劑或其他溶液，在所述計(jì)算機(jī)單元控制下通過所述第六管路往第一容器 注入液相的溶劑或其他溶液。
[0010] 前面所述的裝置也可以在通常的光學(xué)視頻接觸角或/和懸滴法表/界面張力測量 儀器已有的組件的基礎(chǔ)上，通過替加必要的、缺少的部件，建立起來。
[0011] 本實(shí)用新型的有益效果是：由計(jì)算機(jī)單元控制加液單元和攝像單元工作，通過對 監(jiān)測圖像區(qū)域像素灰度值的劇烈變化的檢測確定液滴脫離的時(shí)間點(diǎn)，計(jì)算出當(dāng)前脫離液滴 的體積，進(jìn)而計(jì)算出待測液體的表/界面張力。測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，測量方法操作容易，抗 干擾能力強(qiáng)，能在實(shí)時(shí)顯示測量值，測量精度高，由液滴脫離的時(shí)間點(diǎn)的不確定性引入的測 量誤差為0. 05%，可用于監(jiān)測液體表/界面張力隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，以及用于確定表面活性 劑溶液的臨界膠束濃度值。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一提供的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一中從一個(gè)水/空氣-液滴脫落前、后獲得的連續(xù)圖像， 其中相鄰圖像的間隔時(shí)間為30ms，從左到右、從上到下分別為B廣C廣D i表示。
[0014] 圖3是液滴脫落檢測的圖像區(qū)域內(nèi)像素灰度平均值在水/空氣-液滴形成、成長 和脫落過程中的變化圖。
[0015] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例一測量得到的水在空氣中的表面張力值隨單個(gè)液滴的 變化(波動(dòng)）圖。
[0016] 圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例二中從一個(gè)水/食用油-液滴脫落前、后獲得的連續(xù)圖 像，其中相鄰圖像的間隔時(shí)間為67ms，從左到右、從上到下分別為A 2- B 2- C 2- D 2表示。
[0017] 圖6是液滴脫落檢測的圖像區(qū)域內(nèi)像素灰度平均值在水/食用油-液滴形成、成 長和脫落過程中的變化圖。
[0018] 圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例三提供的測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，其可用于全自動(dòng)測量 臨界膠束濃度（CMC)。
[0019] 圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例四提供的測量裝置的毛細(xì)管端口朝上結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖9是本實(shí)用新型的計(jì)算機(jī)單元對加液單元和攝像單元的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但實(shí)施例不是對本實(shí)用新型保 護(hù)范圍的限制。
[0022] 實(shí)施例一、水/空氣表面張力的測量
[0023] 如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的基于液滴體積測量液體的表/界面張力的 裝置包括第一加液單元9,經(jīng)由第一管路10與第一加液單元9的出液端相接的毛細(xì)管1，背 景光源4和攝像單元6,以及用以控制攝像單元6和第一加液單元9工作的計(jì)算機(jī)單元13， 其中所述毛細(xì)管1的端口浸沒于氣相或與待測液體不相溶的液相中，所述背景光源4的發(fā) 光點(diǎn)與毛細(xì)管1的端口處于攝像單元6的鏡頭5的水平光軸上。其中，第一加液單元9由 馬達(dá)驅(qū)動(dòng)且配備有精密計(jì)量注射器3(0. 1-10.0 ml)，可通過控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)單元13控制 其運(yùn)轉(zhuǎn)和運(yùn)轉(zhuǎn)速度，并可以讀取其當(dāng)前的體積位置。在玻璃注射器內(nèi)裝入待測的液體樣品 (單組份液體或溶液)。
[0024] 此外，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的第一加液單元9還包括經(jīng)由第二管路20與第一計(jì) 量注射器3的進(jìn)液端相接的第二容器11，所述第二容器11內(nèi)盛裝有待測液體，其中所述氣 相或液相位于對背景光源4發(fā)出的光路方向全透明的第一容器8內(nèi)。具體地，在毛細(xì)管1 端口的下方放置接納脫落液滴的第一容器8,為了減少空氣流動(dòng)對液滴2穩(wěn)定性的影響，同 時(shí)減少液滴液體在液滴形成、測量等待過程中揮發(fā)，最好把毛細(xì)管1端口伸入到第一容器8 內(nèi)，并加適當(dāng)?shù)纳w子盡量密封。進(jìn)一步地，所述第一容器8由調(diào)節(jié)臺(tái)7承載，所述調(diào)節(jié)臺(tái)7置 于儀器平臺(tái)上，其中第一和第二容器及第一加液單元外圍必要時(shí)可以均設(shè)溫控夾套