Устройство для определения поверхностного натяжения жидких сред

УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКРОС СРЕД
Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно, к средствам измерений поверхностного натяжения жидких сред.
Известно устройство для определения поверхностного натяжения (SU №603879,кл. G 01N 13/02, 1978. Устройство для измерения поверхностного натяжения жидкостей), содержащее проточную камеру, выполненную с возможностью заполнения анализируемой жидкостью, источник питающего газа постоянного давления, пневматический неуравновешенный мост, состоящий из двух постоянных дросселей и двух капилляров различного проходного сечения, дифференциальный манометр, подключенный к измерительной диагонали моста, и регистрирующий прибор. Значение поверхностного натяжения определяется по максимальной разности давлений в измерительной диагонали неуравновешенного пневматического моста при прокачке через дроссели и капилляры последнего сжатого газа.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и необходимость погружения открытых концов капилляров в анализируемую жидкость на одинаковую глубину для исключения влияния на результат измерения гидростатического давления столба жидкости.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения поверхностного натяжения жидких сред (Рыбак Б. М. Анализ нефти и нефтепродуктов. 4.1. Б.-Л.:1948. С115-127), содержащее емкость для анализируемой жидкости, штатив с кронштейном, в котором укреплена вертикальная трубка, выполненный с возможностью вертикального перемещения трубки, дроссель, измеритель давления и источник сжатого газа постоянного давления, при этом нижний конец трубки снабжен капиллярным соплом с плоским срезом, вход дросселя соединен с источником сжатого
газа, а его выход и измеритель давления через верхний конец трубки соединены с внутренней полостью трубки. Поверхностное натяжение определяется по максимальному давлению во внутренней полости трубки, значение которого измеряется с помощью измерителя давления в момент, когда пузырек воздуха покидает плоский срез капиллярного сопла.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции и необходимость строгого контроля глубины погружения капиллярного сопла в анализируемую жидкость для исключения влияния гидростатического давления на результат определения.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции и процедуры измерения, а именно, исключение необходимости строгого контроля глубины погружения капиллярного сопла в анализируем)то жидкость.
Технический результат - создание устройства для определения поверхностного натяжения жидких сред, обеспечивающего экспрессность, простоту и высокую точность определения измеряемого физического свойства.
Технический результат достигается тем, что устройство для определения поверхностного натяжения жидких сред, содержащее емкость для анализируемой жидкости, штатив с кронштейном, в котором укреплена вертикальная трубка, выполненный с возможностью вертикального перемещения трубки, дроссель, измеритель давления и источник сжатого газа постоянного давления, при этом нижний конец трубки снабжен капиллярным соплом с плоским срезом, вход дросселя соединен с источником сжатого газа, а его выход и измеритель давления через верхний конец трубки соединены с внутренней полостью трубки. Согласно полезной модели устройство дополнительно снабжено аналого-цифровым преобразователем и цифровым вычислительным устройством, а измеритель давления выполнен в виде датчика давления с электрическим выходным сигналом, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, а выход
последнего ко входу цифрового вычислительного устройства, при этом капиллярное сопло укреплено на нижнем конце трубки так, что его плоский срез расположен во внутренней полости трубки.
Такая конструкция позволяет исключить влияние гидростатического давления на результат измерения поверхностного натяжения. Последнее может принимать различные значения при погружении капиллярного сопла в анализируемую жидкость. Это обеспечивается предложенной конструкцией сопла и размещением его плоского среза во внутренней полости трубки, что позволяет сформировать на поверхности капиллярного сопла при кратковременном погружении его в анализируемую жидкость постоянного по толщине слоя этой жидкости.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов, их конструкции и
взаимном расположении.
Схема устройства для определения поверхностного натяжения жидких сред показана на фиг. 1.
Устройство для определения поверхностного натяжения жидких сред содержит емкость 1 для анализируемой жидкости 2, штатив 3 с кронштейном 4, в котором укреплена трубка 5, дроссель 6, измеритель давления 7 и источник 8 сжатого газа постоянного давления. Пижний конец 9 трубки 5 снабжен капиллярным соплом 10 с плоским срезом 11. Вход 12 дросселя 6 соединен с источником 8 сжатого газа, а выход 13 дросселя 6 и измеритель давления 7 через верхний конец 14 трубки 5 соединен с внутренней полостью 15 трубки 5. Измеритель давления 7 выполнен в виде датчика давления с электрическим выходным сигналом, его выход подключен ко входу аналогоцифрового преобразователя 16, а выход последнего - ко входу цифрового вычислительного устройства 17. Подключение выхода 13 дросселя 6 и датчика давления 7 к верхнему концу 14 трубки выполнено гибкими трубками 18 и 19 соответственно.
Работа устройства для определения поверхностного натяженрм жидких сред осуществляется по методу максимального давления в газовом пузырьке следующим образом.
Включают в работу источник 8 сжатого газа постоянного давления. Вертикальную трубку 5 устанавливают над уровнем анализируемой жидкости 2. Сжатый газ из дросселя 6 через трубку 18 поступает во внутреннюю полость 15 трубки 5, а затем вытекает в атмосферу через капиллярное сопло 10. При этом на капиллярном сопле 10 возникает некоторая потеря энергии, и избыточное давление во внутренней полости 15 принимает некоторое постоянное значение (начальное давление). Это давление непрерывно измеряется датчиком давления 7, преобразуется в пропорциональный электрический сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя 16 и вводится в цифровое вычислительное устройство 17. Последнее запоминает начальное значение избыточного давления в трубке 5. Затем кронштейн 4 с трубкой 5 перемещают вниз до погружения нижнего конца 9 трубки 5 в анализируемую жидкость 2. Через 2-5 с трубку 5 поднимают вверх до исходного положения. При этом за счет поверхностного натяжения некоторое количество анализируемой жидкости (слой анализируемой жидкости) остается в капиллярном сопле 5 (см.. фиг.1). Этот слой анализируемой жидкости препятствует истечению сжатого газа из трубки 5. Поэтому во внутренней полости 15 трубки 5 избыточное давление газа постепенно увеличивается. Это давление непрерывно измеряют датчиком давления 7, а сигнал последнего с помощью аналого-цифрового преобразователя 16 вводится в цифровое вычислительное устройство 17. При некотором значении давления во внутренней полости 15 трубки 5 пузырек воздуха через плоский срез 11 сопла 10 и слой анализируемой жидкости проскакивают в атмосферу. После этого давление во внутренней полости 15 трубки 5 начинает резко падать. Максимальное значение давления в трубке 5 несет информацию о поверхностном натяжении анализируемой жидкости. Сигнал датчика давления 7, соответствующий максимальному давлению газа
в трубке 5, запоминается в цифровом вычислительном устройстве 17. Для определения значения поверхностного натяжения анализируемой жидкости с помощью цифрового вычислительного устройства 17 вычисляется разность сигналов соответствующих максимальному и начальному значению давления.
Для определения поверхностного натяжения жидкой среды с помощью предлагаемого устройства требуется (30-40) с и (0.2 - 0.5)см анализируемой среды.
В таблице 1 приведены результаты измерений поверхностного натяжения ряда чистых веществ, выполненных с помощью описанного устройства, и справочные значения поверхностного натяжения для этих веществ (Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.).
Как видно из таблицы 1 предлагаемое устройство обеспечивает точность измерения поверхностного натяжения, достаточную для практического применения.
Преимуществом предлагаемого технического решения является: простота конструкции и использования; высокая точность; экспрессность определения; возможность определения поверхностного натяжения
малых количеств (0.2 - 0.5)см жидких сред.
Предлагаемое устройство может быть реализовано на базе серийных источников сжатого газа, датчиков давления с электрическим выходным сигналом, аналого-цифровых преобразователей и цифровых микропроцессорных вычислительных устройств.
Устройство может быть использовано для контроля качества и состава бинарных жидких сред в различных отраслях промышленности. Оно может также найти применение для контроля детонационной стойкости бензинов. Результаты измерений поверхностного натяжения жидких сред. Таблица 1.
Примечание:
1. Для увеличения точности осуществлялись относительные (по бензолу) измерения;
2. В таблице приняты следующие обозначения:
Pj и Рб - максимальное давление воздуха в трубке при анализе, соответственно, i-ro вещества и бензола;
а - вычисленное по формуле: а  аб Pi / Рб ( - поверхностное натяжение бензола) значение поверхностного натяжения i-ro вещества; о - справочное значение поверхностного натяжения i - го вещества.
так как поверхностное натяжение, как и детонационная стойкость, определяется групповым составом бензинов.