专利名称：液体表面张力动态测量实验仪及测量方法
技术领域：
本发明涉及物理实验仪及測量方法，尤其涉及ー种液体表面张カ动态测量实验仪及测
量方法。
背景技术：
表面张カ是液体表面的重要特性。它类似于固体内部的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。在宏观上，液体的表面就像ー张拉紧了的橡皮薄膜，存在有沿着表面并使表面趋于收缩的应力，这种カ称为表面张カ。液体的许多现象与表面张カ有关例如毛细现象、润湿现象、泡沫的形成等)，エ业生产中的浮选技术、动植物体内液体的运动、土壌中水的运动等也都与液体的表面现象有关，此外，在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都有它的应用。因此，研究液体的表面张力，可为エ 农业生产、生活及科学研究中有关液体分子的分布和表面的结构提供有用的线索。液体表面张カ系数测量是大学物理实验教学内容之一，但目前使用的实验方法和手段均基于静态法原理设计，如毛細管上升法、拉脱法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法等。基于“气泡幅频当量法”原理设计的动态液体表面张カ测量实验仪及測量方法，将现代測量技术与大学物理实验教学紧密结合，提高了教学水平和教学质量。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足，提供ー种液体表面张カ动态测量实验仪及測量方法。液体表面张カ动态测量实验仪包括測量室、齿轮轨道、手动升降齿轮、标尺、主机、 温度显示窗、数据采集器USB插ロ、 测量控制按钮、气泵控制按钮、计时或暂停开关、复位开关、计时显示窗、气泡瞬时压强指示表、加热垫、測量烧杯、温度计、气流量调节旋钮，气体流量计、第一毛細管、第二毛細管和加热垫电源开关；主机的面板上左侧设有气泡瞬时压强指示表，主机的面板上右侧上部顺次设有计时显示窗、温度显示窗，主机的面板上右侧下部順次设有复位开关、计时或暂停开关、气泵控制按钮、測量控制按钮、数据采集器USB插 ロ，主机上表面设有加热垫、齿轮轨道，加热垫设有加热垫电源开关，加热垫上方设有测量烧杯，齿轮轨道上设有标尺、手动升降齿轮，手动升降齿轮上设有测量室，測量室表面设有气体流量计，气流量调节旋钮，测量室外侧下端设有温度计、第一毛細管、第二毛細管，悬空在测量烧杯上方。液体表面张カ动态测量方法的步骤如下
1)将装有水的测量烧杯放在加热垫上，通过手动升降齿轮将温度计、第一毛細管、第 ニ毛細管組成的測量探头插入水中某一深度，打开加热垫电源，对水进行加温；打开气泵控制按钮，通过计时或暂停开关、计时显示和气流量调节，使第一毛細管端部冒出的气泡数每分钟5 6个后气流量固定，打开测量控制按钮，气泡内压强变化通过微差压传感器检测后经数据采集器USB插ロ输入计算机，计算机数据采集软件将实时采集气泡内压强数据并显示压强变化波形，分別保存相应水温下气泡内压强数据和波形图；通过分析和处理计算机采集保存后的压强变化数据和波形图，得到对应水温下气泡内压强变化平均幅值 ΔΡ和气泡生成平均周期T，结合水的已知表面张カ系数，建立气泡幅频当量法数学模型公式。2)将装有待测液体的测量烧杯放在加热垫上，通过手动升降齿轮将温度计、第一毛細管、第二毛细组成的測量探头插入待测液体中，插入深度与步骤1)相同，打开气泵控制按钮，打开测量控制按钮，气泡内压强变化通过微差压传感器检测后经数据采集器USB插 ロ输入计算机，计算机数据采集软件将实时采集气泡内压强数据并显示压强变化波形，保存压强数据和波形图；通过分析和处理计算机采集保存后的数据和波形图，可得到相应实验条件下气泡内压强变化平均幅值ΔΡ和气泡生成平均周期T，通过气泡幅频当量法数学模型公式，计算出该液体的表面张カ系数。所述的建立气泡幅频当量法数学模型公式为
权利要求
1.ー种液体表面张カ动态测量实验仪，其特征在于包括測量室(1)、齿轮轨道(2)、手动升降齿轮(3)、标尺(4)、主机(5)、温度显示窗(6)、数据采集器USB插ロ(7)、 测量控制按钮(8)、气泵控制按钮(9)、计时或暂停开关(10)、复位开关(11)、计时显示窗(12)、气泡瞬时压强指示表(13)、加热垫(14)、测量烧杯(15)、温度计(16)、气流量调节旋钮(17)， 气体流量计(18)、第一毛細管(19)、第二毛細管(20)和加热垫电源开关(21)；主机(5)的面板上左侧设有气泡瞬时压强指示表(13)，主机(5)的面板上右侧上部顺次设有计时显示窗(12)、温度显示窗(6)，主机(5)的面板上右侧下部順次设有复位开关(11)、计时或暂停开关(10)、气泵控制按钮(9)、测量控制按钮(8)、数据采集器USB插ロ(7)，主机(5)上表面设有加热垫(14)、齿轮轨道(2)，加热垫(14)设有加热垫电源开关(21)，加热垫(14)上方设有测量烧杯(15)，齿轮轨道(2)上设有标尺(4)、手动升降齿轮(3)，手动升降齿轮(3)上设有測量室(1 )，測量室(1)表面设有气体流量计(18)，气流量调节旋钮(17)，測量室(1)外侧下端设有温度计(16)、第一毛細管(19)、第二毛細管(20)，悬空在测量烧杯(15)上方。
2.ー种使用如权利要求1所述实验仪的液体表面张カ动态测量方法，其特征在于它的步骤如下1)将装有水的测量烧杯(15)放在加热垫(14)上，通过手动升降齿轮(3)将温度计(16)、第一毛細管(19)、第二毛細管(20)組成的測量探头插入水中某一深度，打开加热垫电源(21)，对水进行加温；打开气泵控制按钮(9)，通过计时或暂停开关(10)、计时显示(12)和气流量调节(17)，使第一毛細管(19)端部冒出的气泡数每分钟5 6个后气流量固定，打开测量控制按钮(8)，气泡内压强变化通过微差压传感器检测后经数据采集器USB插ロ(7)输入计算机，计算机数据采集软件将实时采集气泡内压强数据并显示压强变化波形，分別保存相应水温下气泡内压强数据和波形图；通过分析和处理计算机采集保存后的压强变化数据和波形图，得到对应水温下气泡内压强变化平均幅值 u和气泡生成平均周期巾结合水的已知表面张カ系数，建立气泡幅频当量法数学模型公式；2)将装有待测液体的测量烧杯(15)放在加热垫(14)上，通过手动升降齿轮(3)将温度计(16)、第一毛細管(19)、第二毛細管(20)組成的測量探头插入待测液体中，插入深度与步骤1)相同，打开气泵控制按钮(9)，打开测量控制按钮(8)，气泡内压强变化通过微差压传感器检测后经数据采集器USB插ロ(7)输入计算机，计算机数据采集软件将实时采集气泡内压强数据并显示压强变化波形，保存压强数据和波形图；通过分析和处理计算机采集保存后的数据和波形图，可得到相应实验条件下气泡内压强变化平均幅值ΔΡ和气泡生成平均周期Γ ,通过气泡幅频当量法数学模型公式，计算出该液体的表面张カ系数。
3.根据权利要求2所述的ー种液体表面张カ动态测量方法，其特征在于所述的建立气泡幅频当量法数学模型公式为Ui = aAP + bT + c (1)式中マ力液体当量表面张カ系数，ΔΡ为气泡内压强变化幅值，Γ为气泡生成周期， a、i、c为修正系数。
全文摘要
本发明公开了一种液体表面张力动态测量实验仪及测量方法。主机的面板上左侧设有气泡瞬时压强指示表，主机的面板上右侧上部顺次设有计时显示窗、温度显示窗，主机的面板上右侧下部顺次设有复位开关、计时或暂停开关、气泵控制按钮、测量控制按钮、数据采集器USB插口，主机上表面设有加热垫、齿轮轨道，加热垫设有加热垫电源开关，加热垫上方设有测量烧杯，齿轮轨道上设有标尺、手动升降齿轮，手动升降齿轮上设有测量室，测量室表面设有气体流量计、气流量调节旋钮，测量室外侧下端设有温度计、第一毛细管、第二毛细管，悬空在测量烧杯上方。本发明将检测气泡形成、长大和破灭过程中气泡内压强变化与时间的关系，得到与真实表面张力系数相当的数值。
文档编号G01N13/02GK102564907SQ20111044359
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者陈红雨 申请人:浙江大学