一种油滴‑海水间界面张力测试装置的制作方法

本实用新型属于油滴-海水间界面张力测试技术领域，特别是涉及一种油滴-海水间界面张力测试装置。

背景技术：

目前，在水下溢油试验过程中，为了准确描述水下溢油的特征，需要对溢油的相应的参数进行快速、准确的测试，溢油与海水间的界面张力是重要的参数指标。在海水水下溢油的过程中，很多情况下，溢油都是以油滴的形式存在于海水水体中，因此在海水水下溢油的研究中，油滴-海水间的界面张力的测定就显得十分重要。

传统的悬滴法测定界面张力装置多采用将有机相通过竖直注射器及注射器前的直型直头在针头形成有机相滴，拍摄这个形成的液滴的最大直径等外形参数，通过上述计算式计算出有机相滴与水的界面张力。这种方法对有机相的密度大于水的密度的条件下是准确的。但针对绝大多数海上溢油来说，其溢油的密度都小于海水的密度，如果采用这种装置和方法，就会由于油滴在水中的浮力作用而产生极大的误差。另外，在操作过程中，由于注射器是竖直的且由人工推出油滴，会由于注射器推杆的重力作用及人手的轻微抖动而使推出的油滴形状变化幅度较大，使得油滴外形轮廓的突变，最终会导致较大的测量误差。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种油滴-海水间界面张力测试装置。

当前，测定有机相滴与水间界面张力的方法多为悬滴法。悬滴法的理论基础为Laplace公式。描述在任意的一点P曲面内外压差为：

式中，γ为界面张力；R₁、R₂为液滴的主曲率半径；z为液滴顶点O为原点，液滴表面上P的垂直坐标；p₀为顶点O处的静压力；(ρ₁-ρ₂)为两相密度差；g为重力加速度。

定义：

式中，d_e为悬滴的最大直径；d_s为离顶点距离为d_e处悬滴截面的直径。

再定义：

由上式，Andreas、Hauser和Tucker最早提出悬滴法计算公式：

式中，γ为界面张力；(ρ₁-ρ₂)为两相密度差；g为重力加速度；d_e为悬滴的最大直径。

应用Bashforth-Adams法，可算出作为S的函数的1/H值。因为可采用定期摄影或测量d_s/d_e数值随时间的变化，悬滴法可方便地用于测定界面张力。

本实用新型的目的是提供一种具有结构简单，操作方便，测量精度高，测试速度快，数据稳定，实用性强，适用范围广等特点的油滴-海水间界面张力测试装置。

本实用新型油滴-海水间界面张力测试装置所采取的技术方案是：

一种油滴-海水间界面张力测试装置，其特点是：油滴-海水间界面张力测试装置包括测量单元、样品注入单元和操控机构；测量单元包含工业相机和LED灯，测量单元设有工业相机水平移动电动滑台、LED灯升降电动滑台和工业相机升降电动滑台；样品注入单元包含样品注入电机、数显微分头、水平注射器、针头、样品皿，样品注入电机与数显微分头旋转轴相联，数显微分头连接水平注射器，水平注射器连接针头，针头位于样品皿内；操控机构连接控制工业相机水平移动电动滑台、LED灯升降电动滑台、工业相机升降电动滑台、样品注入电机和数显微分头。

本实用新型油滴-海水间界面张力测试装置还可以采用如下技术方案：

所述的油滴-海水间界面张力测试装置，其特点是：样品注入单元的针头为90°弯管针头，样品注入电机旋转带动微分头内轴旋转连接推进水平注射器，水平注射器连接90°弯管针头，90°弯管针头的出口向上。

所述的油滴-海水间界面张力测试装置，其特点是：样品注入单元设有石英样品皿移动电动滑台，操控机构连接控制石英样品皿移动电动滑台。

所述的油滴-海水间界面张力测试装置，其特点是：测量单元与样品注入单元在同一基准面上，测量单元轴线的投影线与样品注入单元轴线的投影线相互垂直。

油滴-海水间界面张力测试方法所采取的技术方案是：

一种油滴-海水间界面张力测试方法，其特点是：油滴-海水间界面张力测试方法包括以下测试过程：

(1)LED灯调节

通过调控机构调节LED灯升降电动滑台，使得LED灯中心点与石英样品皿内90°弯管针头的端口处于同一水平轴线上；

(2)工业相机高度调节

通过调控机构调节工业相机升降电动滑台，使得工业相机镜头中心点与石英样品皿内的90°弯管针头的端口处于同一水平轴线上；

(3)工业相机水平调节

通过调控机构调节工业相机水平移动电动滑台，使得工业相机镜头中心点与石英样品皿内90°弯管针头的端口间的距离为镜头的工作距离；

(4)吸入油样

用水平注射器吸入待测油样，水平与90°弯管针头连接并固定；

(5)加入海水

在石英样品皿内加入待测海水；

(6)形成油滴

通过调控机构启动样品注入电机，带动数显微分头推动水平注射器，将油样缓慢地通过90°弯管针头的向上端口在石英样品皿内的海水水体内形成稳定成长的油滴；

(7)拍照

当油滴达到最大直径时，应用工业相机连续拍照；

(8)测量

对照片中油滴的最大直径及其它高度断面上的直径进行测量，计算出油滴与海水间的界面张力。

油滴-海水间界面张力测试方法还可以采用如下技术方案：

所述的油滴-海水间界面张力测试方法，其特点是：油滴-海水间界面张力测试方法包括石英样品皿移动调节过程，若石英样品皿内的90°弯管针头的端口偏出工业相机镜头的视野范围时，通过调控机构调节样品皿移动电动滑台，使石英样品皿内的90°弯管针头的端口处于高速显微工业相机镜头的视野中心位置。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

油滴-海水间界面张力测试装置由于采用了本实用新型全新的技术方案，与现有技术相比，本实用新型具有结构简单，操作方便，数据稳定，测试精度高，测试速度快，实用性强，适用范围广等优点。

附图说明

图1是油滴-海水间界面张力测试装置俯视结构示意图；

图2是油滴-海水间界面张力测试装置主视结构示意图；

图3是图2的侧视结构示意图。

图中，1、LED灯升降电动滑台；2、LED灯板；3、油样注入电机；4、高速显微工业相机；5、高速显微工业相机升降电动滑台；6、高速显微工业相机水平移动电动滑台；7、操控板；8、样品皿左右移动电动滑台；9、石英样品皿；10、油滴；11、90°弯管针头；12、水平注射器；13、数显微分头。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参阅附图1、图2和图3。

实施例1

一种油滴-海水间界面张力测试装置，包括测量单元、样品注入单元和操控机构；测量单元包含高速显微工业相机和LED灯，测量单元设有高速显微工业相机水平移动电动滑台、LED灯升降电动滑台和高速显微工业相机升降电动滑台；样品注入单元包含样品注入电机、数显微分头、水平注射器、90°弯管针头、样品皿，样品注入电机与数显微分头旋转轴相联，数显微分头连接水平注射器，水平注射器连接90°弯管针头，90°弯管针头位于样品皿内，90°弯管针头的出口向上。操控机构连接控制高速显微工业相机水平移动电动滑台、LED灯升降电动滑台、高速显微工业相机升降电动滑台、石英样品皿移动电动滑台、样品注入电机和数显微分头。

测量单元与样品注入单元在同一基准面上，测量单元轴线的投影线与样品注入单元轴线的投影线相互垂直。

本实施例的具体结构及其实施过程：

一种油滴-海水间界面张力测试装置，包括测量单元、样品注射单元和操控板。

测量单元包括：LED灯板2、高速显微工业相机4。由于光强会对油滴的边缘识别有重大影响，所以LED灯板2的中心与高速显微工业相机4镜头的中心点一直处于同一水平轴线上。为了能保证它们在同一水平轴线上，该单元还包含了能使LED灯板2上下升降的LED灯升降电动滑台1和能使高速显微工业相机4上下升降的高速显微工业相机升降电动滑台5。鉴于高速显微工业相机4镜头对其工作距离具有严格的要求，该单元还包含高速显微工业相机水平移动电动滑台6，在测定过程中，精密调整镜头与油滴间的距离使其处于镜头的工作距离处。

样品注入单元包括：石英样品皿9，在测试过程中，里面预装海水；还包括：水平注射器12及连接其前端的90°弯管针头11，90°弯管针头11针管开口向上，且针管口部分处于石英样品皿9内部；为了使在石英样品皿9内的海水中生成的油滴10形状变化平稳，提高其测量精度，该单元还包含：作为推杆的数显微分头13及连接其旋转轴上的油样注入电机3。数显微分头内部具有极小的旋转推进螺距，可使油滴10形状成长平稳，易测定出其最大直径。数显微分头13在测试过程中，由油样注入电机3驱动，缓慢地推动水平注射器12通过90°弯管针头11，在90°弯管针头11针管口处推出稳定的油滴10。由于高速显微工业相机4的镜头的视野较小，该单元还包含样品皿左右移动电动滑台8，在测试过程中，左右调整石英样品皿9中的针头端口处于高速显微工业相机4的镜头的视野内。

在同一基准面上，测量单元轴线的投影线与样品注入单元轴线的投影线相互垂直。

操控板7包括：以上控制各滑台的电动按钮及调速按钮，集中控制，操作方便、迅速。

实施例2

一种油滴-海水间界面张力测试方法，包括以下测试过程：

(1)LED灯调节：通过调控机构调节LED灯升降电动滑台，使得LED灯中心点与石英样品皿内90°弯管针头的端口处于同一水平轴线上；

(2)工业相机高度调节：通过调控机构调节工业相机升降电动滑台，使得工业相机镜头中心点与石英样品皿内的90°弯管针头的端口处于同一水平轴线上；

(3)工业相机水平调节：通过调控机构调节工业相机水平移动电动滑台，使得工业相机镜头中心点与石英样品皿内90°弯管针头的端口间的距离为镜头的工作距离；

(4)吸入油样：用水平注射器吸入待测油样，水平与90°弯管针头连接并固定；

(5)加入海水：在石英样品皿内加入待测海水；

(6)形成油滴：通过调控机构启动样品注入电机，带动数显微分头推动水平注射器，将油样缓慢地通过90°弯管针头的向上端口在石英样品皿内的海水水体内形成稳定成长的油滴；

(7)拍照：当油滴达到最大直径时，应用工业相机连续拍照；

(8)测量：对照片中油滴的最大直径及其它高度断面上的直径进行测量，计算出油滴与海水间的界面张力。

本实施的具体实施过程：

油滴-海水间界面张力测试方法，包括以下测试过程：

(1)应用操控板7上相应的电动按钮，调节LED灯升降电动滑台1使得LED灯板2中心点与石英样品皿9内的90°弯管针头11的端口处于同一水平轴线上；

(2)应用操控板7上相应的电动按钮，调节高速显微工业相机升降电动滑台5使得高速显微工业相机4镜头中心点与石英样品皿9内的90°弯管针头11的端口处于同一水平轴线上；

(3)应用操控板7上相应的电动按钮，调节高速显微工业相机水平移动电动滑台6，使高速显微工业相机4镜头中心点与石英样品皿9内90°弯管针头11的端口间的距离为镜头的工作距离；

(4)当发现石英样品皿9内的90°弯管针头11的端口左右偏出高速显微工业相机4镜头的视野范围时，应用操控板7上相应的电动按钮，调节样品皿左右移动电动滑台8，使石英样品皿9内的90°弯管针头11的端口处于高速显微工业相机4镜头的视野中心位置；

(5)用水平注射器12吸入待测油样，水平与90°弯管针头11连接，并固定；

(6)在石英样品皿9内加入待测海水至一定的高度；

(7)应用操控板7上相应的电动按钮，启动带动数显微分头13推动水平注射器12，将油样缓慢地通过90°弯管针头11的向上端口在石英样品皿9内的海水水体内形成稳定成长的油滴10；

(8)当油滴10达到最大直径时，应用高速显微工业相机4连续拍照；

(9)对照片中的油滴10的最大直径及其它高度断面上的直径进行测量；

(10)分别测定试验用海水和试验用油样的密度；

(11)应用公式(2)计算出相应的S值，并查Bashforth-Adams法的S～1/H表，得出1/H值；

(12)应用公式(4)计算出油滴与海水间的界面张力。

本实施例具有所述的结构简单，操作方便，数据稳定，测试精度高，测试速度快，实用性强，适用范围广等积极效果。