表面張力計

表面張力計

表面張力計是一種專業用於測量液體表面張力值的專業測量儀器,包括氣泡發生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元和顯示器。通過單片機控制微泵的氣體進出流量,避免額定功率的氣泵或玻璃裝置帶來的儀器或人為誤差,提高了測量的精密度,且操作簡單。

結構

表面張力計的結構 表面張力計的結構

表面張力計包括氣泡發生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元以及顯示器,如右圖,氣泡發生單元、壓力感應單元、溫度檢測單元分別與顯示器相連線,氣泡發生單元與壓力感應單元連線。

氣泡發生單元包括毛細管、微泵和第一電子驅動控制器,用於向液體表面輸出氣體產生氣泡;微泵上設有進氣口、出氣口和連線頭,毛細管的一端通過出氣口與微泵連線,第一驅動控制器與顯示器相連;

壓力感應單元包括壓力感測器和第二電子驅動控制器,用於檢測氣泡產生的壓力;毛細管、出氣口和壓力感測器通過三通相互連線,第二電子驅動器與壓力感測器。顯示器連線;

溫度檢測單元包括溫度檢測器和溫度感測棒,用於檢測液體的溫度;溫度感測棒一端與溫度檢測器連線,另一端深入液體內部;溫度檢測器與顯示器連線。

測量原理

表面張力

液體表面張力有著一種互相吸引的傾向,當液體與水氣面(氣體)互相接觸時,而兩者之間產生的面,便是所知道的“界面”。一個非常貼切的例子是:一滴水自空氣中落下所形成的球形狀態,是因為表面張力使它表面最小化而成的體積。

表面張力產生的原因是液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層,叫做表面層,表面層里的分子比液體內部稀疏,分子間的距離比液體內部大一些,分子間的相互作用表現為引力。如同要把彈簧拉開些,彈簧反而表現具有收縮的趨勢。正是因為這種張力的存在,有些小昆蟲才能無拘無束地在水面上行走自如。分子在液體表面揮發出很強的吸引力,互相吸引在鄰近的分子,這種合力在每一單位長度的表面任何交點成垂直線,便是所述的表面張力,它是以Dynes/cm為測量單位。

最大氣泡壓力法

最大氣泡壓力法,氣泡在壓力下出自不同直徑的兩支玻璃管口,在液體裡最大壓力差產生的氣泡直接與表面張力是成正比例的。表面活性劑內含的活性分子的表面張力變化便需要用最大氣泡壓力法去測量。氣泡形成時,根據速度的改變所得到的數據,便可作為研究表面活性劑的活躍分子擴散時間,即是動態表面張力測量方法。

表面活性劑的活躍分子,動態是它的特徵,表面張力高,界面擴展時間便減少,限制了表面活性劑分子移往界面,因此便發現液體的測量尺度可以是動態表面張力或表面擴散時間。而表面活性劑亦顯示了它的3個特徵,即表面張力測量的同時可研究表面活性劑濃度功能,動態表面張力和界面擴散時間。

表面張力計可以從表面活性劑的動態曲線的任何點做開始間歇或連續測量,而連續測量的功能是基於表面張力的控制參數。在慢速度的氣泡下,表面張力擴散時間大約等於氣泡速度,當氣泡速度增加時,表面擴散時間與氣泡速度即成反比例的減少。如果氣泡速度很快增加,氣泡便會連線一起,形成振盪射流式(測量動態表面張力),示波器的相關軟體程式可以準確檢驗(核實)氣泡分離和準確讀出快速氣泡的擴散時間。

特點

表面張力計 表面張力計

表面張力計具有以下特點:

(1)液體表面張力隨溫度增加而減少,反之亦然,溫度探頭是位於出氣孔附近,因此溫度讀數誤差為0.1攝氏度;

(2)表面張力計完全是電腦作業系統,包括軟體編程,顯示,儲存,圖表曲線,數據收集等。電腦化功能,儲存實時表面張力測試數據,及即時顯示監控測試數據,每一個氣泡從孔口形成,即時作出單獨表面張力測量,及輸出平均表面張力測試值。如果處理測試程式有改變,表面張力測試儀會追蹤改變程式及讀數。表面張力計可用作簡單測試,品質控制測量,或用作綜合及複雜測量;

(3)不需要有技術及有經驗技術員操作,儀器校準完全靠兩種標準液體及已知的表面張力數據,電腦程式會自動計算及儲存需要的校準曲線,每個校準程式都是順序在電腦完成的;

(4)表面張力計的設計是以仿效示波器及顯示氣泡在壓力衍生下的波形,可查證、核實氣泡在高速形成下,是不會串連的,更可準確認證氣泡速度與擴散時間。

套用

表面張力計的套用極為廣泛,主要用於以下方面:

(1)線上表面張力測試,用於過程分柝與控制,可達致產品均質最佳化及減低損耗,整體來說是降低生產成本、質量監控。

(2)臨界膠速表面活性劑濃度相對表面張力,可以很快由測繪標圖而確定。

(3)一些常用的清潔劑的表面活性劑非常活躍,表面張力測試可研究清潔劑的方子,從而最佳化它的功能。

(4)很多墨水、塗料都含有活躍的表面活性劑,當在套用過程中,會直接影響質量。通過高速的公式、化學方子預測比較,可更準確的加強套用性能。

(5)可用於測試氣霧劑的噴霧方子、化學公式的比較,主要是衡量表面活性分子的擴散時間。

(6)儀器的模擬輸出包括微分壓力感測器訊息,會收集得表面活性分子由環繞的流體至空氣/液體界面的表面擴散準確的測量值及它的移動訊息。

(7)測量半導體工業的電鍍液槽里電鍍液的表面張力,可以準確決定電鍍液的濃度及添加劑的套用份量。

操作步驟

打開儀器:接通表面張力儀電源,並按動“開/關”鍵,預熱30分鐘。

滿量程校正

在第一次使用或用一段時間後可對張力儀進行滿量程校正:

(1)將吊鉤和白金板都掛好;

(2)去“皮重”操作,可顯示“0.0”(或“0.00”);

(3)按“校正”鍵,顯示“CAL”,掛上隨機所附的400mN(或200mN)的標準碼;

(4)5秒鐘左右即出現“400.0”(或0.00)Mn,聽到“嘟”的聲音後校正結束。

避免操作

在測試過程中所要避免的:當白金板或玻璃皿不乾淨,測量值會有所誤差而且再現性較差,數值忽大忽小或持續增加或持續減小,所以應力求保持乾淨。舉例而言,比如測水的過程中使用者將手指輕輕點了水,本儀器立即會顯示出變化了的較小張力值,這是因為人的手有油改變了水的表面特性。且要保持白金板與玻璃器皿的乾淨(烘乾後再用),求出正確值。

標準測量方法

表面張力計的使用 表面張力計的使用

在開機預熱30分鐘後進行標準測量。

(1)用鑷子夾取已清洗乾淨的白金板。用灑精燈燒白金板,一般火與水平面呈45度角進行,直到白金板變紅為止,時間為20-30秒。掛好白金板,蓋滅灑精燈。

(2)將燒好的白金板掛在掉鉤上,按“去皮”鍵後顯示值要為零。

(3)在樣品皿中加入測量液體,將被測樣品放於樣品台上。放之前一定目測一下白金板掛的高度,如果可能會浸入樣品中時,請將按“向下”按鍵將樣品台向下。

(4)將樣品放好後:開始計時五分鐘讀取一個值,取值後按‘向下‘樣品台逐漸下降,白金板脫離被測樣品然後再按‘向上’,重複操作兩次各五分鐘取值。再把讀取的三個值相加取均值,均值就是這個樣品的所求值。

(5)把盛有樣品的器皿小心的取出到入待檢樣,把到完的器皿輕輕放在清洗盆內用流水沖洗,有殘留物洗不乾淨時用手洗,取少許洗衣粉輕輕洗乾淨為佳。把洗乾淨的器皿放置於乾烘箱。

(6)用鑷子夾取白金板,並用流水沖洗,沖洗時應注意與水流保持一定的角度,原則為儘量做到讓水流洗乾淨板的表面且不能讓水流使得板變形;再用灑精燈燒乾板面上的水份掛於掉鉤上,蓋滅灑精燈,關好門。

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