[發(fā)明專利]一種液體表面張力系數(shù)及密度同步測(cè)量裝置及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911144872.4
• 申請(qǐng)日: 2019-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN110736684A
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周偉;張振磊;王殿生;王玉斗;廖波;劉金玉;王輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油大學(xué)(華東)
• 主分類號(hào): G01N13/02
• 分類號(hào): G01N13/02;G01N9/10;G01N9/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種液體表面張力系數(shù)及密度同步測(cè)量裝置及方法。測(cè)量裝置包括恒溫室和控制顯示區(qū)，的四周壁面有溫度傳感器、上壁面裝有高精度力傳感器。恒溫室內(nèi)放置金屬環(huán)、進(jìn)液管、出液管、緩沖底座、燒杯。燒杯壁面裝有液位傳感器。控制顯示區(qū)包括有力傳感器顯示屏、采樣頻率設(shè)置按鈕、暫停/開始按鈕、清除按鈕、排液流速顯示屏、進(jìn)液流速顯示屏、排液流速控制按鈕、進(jìn)液流速控制按鈕、溫度顯示屏、液位顯示屏。控制顯示區(qū)側(cè)面有USB數(shù)據(jù)口。本發(fā)明通過分析高精度力傳感器采集到的數(shù)據(jù)，提出數(shù)學(xué)模型，利用擬合軟件擬合采集到的數(shù)據(jù)，同時(shí)得到了待測(cè)液體的表面張力系數(shù)及密度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置及方法，具體涉及一種液體表面張力系數(shù)及密度同步測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

液體表面張力是由液體表面層內(nèi)液體分子受力不平衡引起的，即液體表面層內(nèi)分子受到了一個(gè)指向液體內(nèi)部的合力作用，使得液體表面具有自動(dòng)收縮的趨勢(shì)。液體表面張力系數(shù)是液體表面物理性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)。表面張力系數(shù)測(cè)量常用的方法有拉脫法、靜滴法、旋轉(zhuǎn)液滴法、等密度法和毛細(xì)管上升法等。

密度是鑒別組成物體的材料、計(jì)算物體中所含各種物質(zhì)的成分、計(jì)算液體內(nèi)部壓強(qiáng)以及測(cè)量浮力等過程中所需要的一個(gè)重要參數(shù)。密度測(cè)量根據(jù)其測(cè)量原理可以分為直接測(cè)量方法和間接測(cè)量方法。其中直接測(cè)量法主要有密度瓶法、密度計(jì)法、液體靜力天平法等，而間接測(cè)量方法包括振動(dòng)法、射線法和聲學(xué)法等。

通過對(duì)金屬環(huán)在拉脫過程中受力分析，建立數(shù)學(xué)模型，提出一種表面張力系數(shù)及液體密度同步測(cè)量方法，通過一次取樣實(shí)現(xiàn)兩個(gè)物理量同步測(cè)量，縮減所需時(shí)間，提高了測(cè)量效率。

發(fā)明內(nèi)容

一種液體表面張力系數(shù)及密度同步測(cè)量裝置包括恒溫室區(qū)和控制顯示區(qū)兩部分。恒溫室的四周壁面有溫度傳感器、上壁面裝有高精度力傳感器；恒溫室內(nèi)放置金屬環(huán)、進(jìn)液管、出液管、緩沖底座、燒杯。燒杯壁面裝有液位傳感器。控制顯示區(qū)包括有力傳感器顯示屏、采樣頻率設(shè)置按鈕、暫停/開始按鈕、清除按鈕、排液流速顯示屏、進(jìn)液流速顯示屏、排液流速控制按鈕、進(jìn)液流速控制按鈕、溫度顯示屏、液位顯示屏。控制顯示區(qū)側(cè)面有USB數(shù)據(jù)口。

一種液體表面張力系數(shù)及密度同步測(cè)量方法步驟如下：

打開恒溫室，將燒杯放在緩沖底座上，使燒杯減少長(zhǎng)時(shí)間的晃動(dòng)；接通測(cè)量裝置電源，待力傳感器顯示屏、排液流速顯示屏、進(jìn)液流速顯示屏、溫度顯示屏、液位顯示屏正常工作后按下清除按鈕，使高精度力傳感器清零；調(diào)節(jié)進(jìn)液流速控制按鈕使待測(cè)液體沿?zé)诿媪魅耄藭r(shí)避免流速過大進(jìn)液柱碰到金屬環(huán)；通過觀察待測(cè)液體液面及液位顯示屏確定待測(cè)液體完全浸沒金屬環(huán)后，調(diào)節(jié)進(jìn)液流速控制按鈕停止向燒杯內(nèi)注液，靜置，觀察力傳感器顯示屏、溫度顯示屏、液位顯示屏示數(shù)；上述示數(shù)穩(wěn)定后調(diào)節(jié)排液流速控制按鈕，待測(cè)液體流出，液面漸漸下降；此時(shí)調(diào)節(jié)采樣頻率設(shè)置按鈕，使能在力傳感器顯示屏上清晰觀察到信號(hào)變化，此時(shí)注意調(diào)節(jié)好后要保持采樣頻率不變；然后按下暫停/開始按鈕，開始記錄數(shù)據(jù)。此時(shí)力傳感器顯示屏顯示高精度力傳感器測(cè)量到拉力F值隨時(shí)間t變化曲線，待金屬環(huán)拉斷待測(cè)液體液膜后按下暫停/開始按鈕，關(guān)閉排液流速控制按鈕。將數(shù)據(jù)從USB數(shù)據(jù)口導(dǎo)出，輸入到計(jì)算機(jī)，畫出拉力F隨時(shí)間t變化曲線，建立數(shù)學(xué)模型、使用擬合軟件擬合兩個(gè)階段曲線；通過擬合結(jié)果計(jì)算待測(cè)液體的表面張力系數(shù)及密度。

一種液體表面張力系數(shù)及密度同步測(cè)量方法，建立密度測(cè)量擬合方程為：

F＝at+b (1)

式中：F為高精度力傳感器測(cè)量數(shù)值，具體為金屬環(huán)所受浮力與重力的合力，t為測(cè)量時(shí)間，a，b為擬合系數(shù)。

待測(cè)液體密度計(jì)算公式為：

式中：ρ為待測(cè)液體密度，g為重力加速度，D1，D2為金屬環(huán)內(nèi)外直徑，π為圓周率，s為液面下降速度。