[發(fā)明專利]測量液體表面張力的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680005570.3
• 申請日: 2006-02-21
• 公開（公告）號: CN101142472A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·舒曼;R·芒茲納
• 申請（專利權(quán)）人: E.G.O.電氣設(shè)備制造股份有限公司
• 主分類號: G01N13/02
• 分類號: G01N13/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李永波;楊松齡

本發(fā)明涉及按照氣泡壓力原理測量液體表面張力的方法和裝置，其中在確定的氣體質(zhì)量流量或容積流量下測量浸入液體的毛細(xì)管尖端上的氣泡參數(shù)并由此算出表面張力。

表面張力σ給出為了在液體-氣體界面上使表面增大一定的量必須做多少功。因而，例如，它給出液體中表面活性劑的濃度和有效性，例如用于洗滌過程和清洗過程中的墨水或者浸泡劑的質(zhì)量控制。

采用氣泡壓力原理時(shí)，通過一個(gè)與氣動(dòng)系統(tǒng)連接的毛細(xì)管把氣體或者氣體混合物，通常為空氣，壓入待分析的液體中，并測量在該毛細(xì)管上形成的氣泡的內(nèi)部壓力p。

采用最大氣泡壓力的方法時(shí)，測量最大氣泡壓力p_max。從測量或調(diào)節(jié)費(fèi)用高昂的該毛細(xì)管的浸入深度h_E和液體密度算出作用在氣泡上的流體靜壓p_h。然后按下式用毛細(xì)管半徑r_Kap第一近似地計(jì)算表面張力σ：

σ＝r_Kap/2(p_max-p_h)???????????(1)

采用由此推導(dǎo)出來的毛細(xì)管壓力差方法(DE?197?55?291?C1，DE?20318?463?U1)，利用表面張力σ和氣泡的最大內(nèi)部壓力p_max和最小內(nèi)部壓力p_min之間的壓力差Δp之間的相關(guān)關(guān)系K算出動(dòng)態(tài)表面張力σ：

σ＝K·Δp??mit??Δp＝p_max-p_min???????????(2)

與最大氣泡壓力的方法相反，鑒于流體靜壓對p_min和p_max的作用相同，該測量與毛細(xì)管浸入深度無關(guān)。

在含表面活性劑的液體中，表面張力σ的測量值與膨脹表面的壽命有關(guān)，因?yàn)殡S著氣泡壽命的延長可能有越多的表面活性劑沉淀在新形成的氣泡表面上。據(jù)此氣泡壓力原理測量動(dòng)態(tài)表面張力，因此測量值總是必須和與此有關(guān)的氣泡形成時(shí)間或氣泡壽命t_life一起給出，其此外應(yīng)該理解為氣泡的最小壓力和最大壓力之間的時(shí)間。

已知的氣泡壓力方法在一個(gè)確定的氣泡頻率或者出現(xiàn)的氣泡的氣泡壽命下，測量最大氣泡壓力或者毛細(xì)管上的壓力差，而氣泡壽命必須隨著動(dòng)態(tài)改變的表面張力不斷地重新調(diào)整(DE?197?55?291?C1)。為此需要一個(gè)可控的空氣泵或一個(gè)控制氣流的閥門。

為了能夠足夠準(zhǔn)確地測量表面張力，與其他應(yīng)用相比，所使用的壓力傳感器必須具有高的測量精度。

滿足這個(gè)要求的壓力傳感器，例如，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償和標(biāo)定，因而是測量系統(tǒng)成本最高的元件。

作為氣泡壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘柕奶娲铮新晧恨D(zhuǎn)換器，諸如電容式、動(dòng)圈式、晶體式和碳式微音器以及壓電片(EP?0?760?472?B1，DE?19636?644?C1)。這樣，按照EP?0?760?472?B1采用成本低廉聲壓轉(zhuǎn)換器，測量壓力信號對時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，并通過隨后對氣泡壓力積分，并由此求出表面張力。受環(huán)境溫度、空氣濕度、微音器傳輸特性中的頻率關(guān)系以及測量時(shí)出現(xiàn)的漂移影響造成的測量偏差是不可避免的。不采取附加措施，聲壓轉(zhuǎn)換器無法滿足壓力測量的精度要求。

從DE?43?03?133?A1已知，在氣流量足夠恒定時(shí)，在毛細(xì)管上形成的氣泡的實(shí)測氣泡頻率與表面張力有關(guān)。隨著表面張力下降，氣泡頻率上升。氣泡頻率的倒數(shù)，氣泡周期時(shí)間由氣泡壽命和所謂氣泡死時(shí)間組成(DE?203?18?463?U1)。經(jīng)過最大壓力之后氣泡綻開和鼓起，氣泡死時(shí)間表示最大壓力和氣泡扯開之間的時(shí)間。在液體中很小的流動(dòng)或者機(jī)械振動(dòng)就已經(jīng)隨即地影響氣泡扯開并以此在通過氣泡頻率測量表面張力時(shí)產(chǎn)生大的測量偏差。所得到的測量精度，例如對于在紡織洗滌的范圍內(nèi)洗滌劑濃度的測量是不足夠的。

直至目前為止在紡織和餐具清洗的范圍內(nèi)，特別是在家務(wù)范圍內(nèi)，尚沒有經(jīng)濟(jì)的和有市場競爭力的解決方案，其能夠足夠準(zhǔn)確地測量洗滌劑或漂洗劑濃度測量的表面張力和以此為依據(jù)的對其進(jìn)行自動(dòng)計(jì)量。

本發(fā)明的任務(wù)在于，給出一種從氣泡壽命和表面張力的關(guān)系出發(fā)，在一個(gè)確定的氣體質(zhì)量流量或氣體容積流量下，動(dòng)態(tài)測量液體表面張力用的方法和裝置，以比較地小的傳感器費(fèi)用提供對大多數(shù)應(yīng)用足夠準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

按照本發(fā)明通過權(quán)利要求1和11給出的特征解決該任務(wù)。對此有利的擴(kuò)展在從屬權(quán)項(xiàng)中給出。

按照本發(fā)明的方法基于在系統(tǒng)容積中引入的確定的氣體質(zhì)量流量或氣體容積流量下氣泡壽命t_life與表面張力σ的關(guān)系。