[發明專利]一種基于光反射的液體表面張力測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 202010470855.6
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111537399B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 羅道斌;吳圣博;劉曉靜;騫來來;師博;謝嬌嬌;秦毅盼
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G01N13/02
• 分類號: G01N13/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

1.一種基于光反射的液體表面張力測量裝置，其特征在于，包括光源(1)、平板(2)、線陣CCD(3)及計算機(4)；光源(1)用于產生平行光束，平板(2)傾斜設置在平行光束的光路上；液滴(5)設置在平板(2)的表面，且靠近光源(1)一側設置；線陣CCD(3)與光源(1)同側設置，且上下間隔；線陣CCD(3)的輸出端與計算機(4)連接；

平行光束照射在液滴(5)上，平行光束經液滴(5)表面反射后，形成反射光束；反射光束完全射入線陣CCD(3)，線陣CCD(3)用于采集反射光束的光強分布，并傳輸至計算機(4)；經計算機(4)的數據處理、運算得到待測液體的表面張力系數；

基于光反射的液體表面張力測量方法，包括以下步驟：

步驟1、在平板(2)上設置已知液滴；

步驟2、開啟光源(1)，調整平板(2)的位置，確保平行光束的入射方向與平板(2)垂直；平行光束照射已知液滴后，經已知液滴表面反射，形成反射光束；反射光束完全射入線陣CCD(3)中，利用線陣CCD(3)采集反射光束的光強分布；

步驟3、對采集的反射光束的光強分布進行濾波處理，得到濾波后的光強分布峰值的所有極大值點位置和最大值點位置；測量得到線陣CCD(3)到平行光束在入射已知液滴氣液界面的入射點的直線距離；

步驟4、根據濾波后的光強分布峰值的所有極大值點位置與最大值點位置及線陣CCD(3)到平行光束在入射已知液滴氣液界面的入射點的直線距離，計算得到已知液滴的角間距；

步驟5、在平板(2)上設置待測液滴，重復步驟2-4，計算得到待測液滴的角間距；

步驟6、利用已知液滴的角間距和待測液滴的角間距，計算得到待測液滴的液體表面張力系數；

步驟4中，已知液滴的角間距的數學表達式為：

其中，Δθ_{已知液體i,k}為已知液滴的角間距，Z_{已知液體i,k}為已知液體的經濾波處理后的光強分布函數的第i個峰值到第k個峰值的位置間距；L_已知液體為線陣CCD到平行光束在入射已知液滴氣液界面的入射點的直線距離；

步驟5中，待測液滴的角間距的數學表達式為：

其中，Δθ_{待測液體i,k}為待測液滴的角間距，Z_{待測液體i,k}為待測液體的經濾波處理后的光強分布函數的第i個峰值到第k個峰值的位置間距，L_待測液體為線陣CCD到平行光束在入射待測液滴氣液界面的入射點的直線距離；

步驟6中待測液滴的液體表面張力系數的數學表達式為：

其中，γ_待測液體為待測液體的表面張力系數，ρ_已知液體為已知液體的密度，ρ_待測液體為待測液體的密度，γ_已知液體為已知液體的表面張力系數，Δθ_{已知液體i,k}為已知液滴的角間距，Δθ_{待測液體i,k}為待測液滴的角間距。

2.根據權利要求1所述的一種基于光反射的液體表面張力測量裝置，其特征在于，光源(1)采用激光器。

3.根據權利要求1所述的一種基于光反射的液體表面張力測量裝置，其特征在于，平板(2)采用透明平板，透明平板采用玻璃片制作。

4.根據權利要求1所述的一種基于光反射的液體表面張力測量裝置，其特征在于，還包括測量平臺(6)，測量平臺(6)包括基座(61)、第一支架(62)及第二支架(63)，基座(61)水平設置在試驗臺上，第一支架(62)水平滑動設置在基座(61)上，線陣CCD(3)安裝在第一支架(62)上；第二支架(63)水平滑動設置在基座(61)上，平板(2)安裝在第二支架(63)上。

5.根據權利要求1所述一種基于光反射的液體表面張力測量裝置，其特征在于，平板(2)與水平面之間的夾角為0°-90°。