[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

本發明公開了一種基于光反射的液體表面張力測量裝置及測量方法，包括光源，光源用于產生平行光束，平板傾斜設置在平行光束的光路上；液滴設置在平板的表面，且靠近光源一側設置；線陣CCD與光源同側設置，且上下間隔；平行光束照射在液滴上，平行光束經液滴表面反射后，反射光束完全射入線陣CCD，線陣CCD用于采集反射光束的光強分布，并傳輸至計算機；本發明通過將待測液滴設置在傾斜方向的玻璃片上，使用光束對待測液滴氣液界面照射，光束在氣液界面發生反射，利用線陣CCD入射光束的相位調制后的衍射信號圖像；運用已知液體的各項參數和待測液體的密度，實現了對待測液體表面張力系數的求解；測量過程采用非接觸式測量，設備簡單，可操作性強。

技術領域

本發明屬于物理量測量技術領域，特別涉及一種基于光反射的液體表面張力測量裝置及測量方法。

背景技術

表面張力是液體表面區的分子由于受力不平衡產生的向內收縮的單位長度的力，表面張力是影響多相體系的相間傳質和反應的關鍵因素之一，其擁有著重要的液體物理性質。而對于液滴的表面張力系數測量許多應用科學和工程領域都很重要，目前傳統的測量方法有毛細管上升法、威廉法、懸滴法、滴體積法、最大氣泡壓力法或拍照成像法等，上述方法都屬于手工操作的直接測量，一般都操作復雜、速度慢、精度低。

近年來，基于光學方法測量表面張力系數的技術被廣泛的應用，如液體表面張力激光快速測量法，基于插板法測液體表面張力系數的基本原理，實現液體表面張力系數快速測量的方法。通過測量激光束兩邊沿在液體表面的入射角來求得表面張力系數，但缺點是需要已知折射率；激光器光束照射在振動的液體表面上，表面回波對衍射光可產生干涉現象，擴束后的激光束入射在插有金屬細絲的較大區域液面上，其反射光場分布近似為橢圓形的暗場，利用此原理對液體表面張力系數進行了測定，但缺點為需要低頻信號發生器驅動插在液體中的線狀傳感器，具有使用儀器昂貴，不方便的特點。除此之外，還有用光纖傳感技術實現液體表面張力系數非接觸測量，根據光干涉的基本原理，現提出利用光纖傳感技術實現液體表面張力系數非接觸測量的方法等測量方法，但其缺點為周圍環境溫度的波動、光纖的彎曲、光源和其他因素產生的相位或偏振狀態的變化，對干涉條紋的產生影響。

現有的光學測量方法往往需要較多待測樣品，容易造成浪費，實驗儀器昂貴，操作復雜且目前的光學測量方法多數處于對待測液體的絕對測量。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明提供了一種基于光反射的液體表面張力測量裝置及測量方法，以解決現有的光學測量方法需要較多待測樣品，容易造成浪費，測量儀器成本較高，操作復雜及對待測液體的絕對測量的技術問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

本發明提供了一種基于光反射的液體表面張力測量裝置，包括光源、平板、線陣CCD及計算機；光源用于產生平行光束，平板傾斜設置在平行光束的光路上；液滴設置在平板的表面，且靠近光源一側設置；線陣CCD與光源同側設置，且上下間隔；線陣CCD的輸出端與計算機連接；

平行光束照射在液滴上，平行光束經液滴表面反射后，形成反射光束；反射光束完全射入線陣CCD，線陣CCD用于采集反射光束的光強分布，并傳輸至計算機。

進一步的，光源采用激光器。

進一步的，平板采用透明平板，透明平板采用玻璃片制作。

進一步的，還包括測量平臺，測量平臺包括基座、第一支架及第二支架，基座水平設置在試驗臺上，第一支架水平滑動設置在基座上，線陣CCD安裝在第一支架上；第二支架水平滑動設置在基座上，平板安裝在第二支架上。

進一步的，平板與水平面之間的夾角為0°-90°。

本發明還提供了一種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、在平板上設置已知液滴；