專利名稱：界面或表面擴張粘彈性測定儀的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于粘彈性測量儀器技術(shù)領域，特別涉及郎繆爾(Langmuir)槽法的界面或表面擴張粘彈性測定儀。
界面或表面擴張粘彈性是乳狀液油水界面或表面的重要性質(zhì)，測量方法可以分為Langmuir槽法和液滴膨脹技術(shù)兩大類。Langmuir槽法測量界面擴張粘彈性的實驗裝置所用的Langmuir槽與普通膜天平相似，界面的壓縮或擴張由滑障的運動得到，根據(jù)滑障運動方式的不同，這類利用Langmuir槽測量界面擴張粘彈性的方法又可分為小幅低頻振蕩法、宏觀形變法和界面或表面張力馳豫方法三種。這三種方法各有其優(yōu)缺點，適用于不同的測量體系。雖然根據(jù)不同的測量方法制備出了相應的測量儀器，但由于這些測量儀器都是各自采取其中的某一種測量方法，所以測量方法受到了較大的限制。
現(xiàn)有Langmuir槽法的界面或表面擴張粘彈性測定儀，存在以下缺陷(1)由于機械驅(qū)動方式的限制，已有的技術(shù)中滑障運動只能采取勻速運動方式或上面提到的三種運動方式中的一種，測量方法比較單一，難于得到豐富的實驗數(shù)據(jù)，這給儀器的適用范圍帶來了較大限制。(2)由于Langmuir槽和滑障的設計，已有的技術(shù)要么只適用于表面擴張粘彈性的測量，要么在測量界面擴張粘彈性時對界面的擾動較大，可能會對測量帶來不利的影響。
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有郎繆爾(Langmuir)槽法的界面或表面擴張粘彈性測定儀存在的上述缺陷，提供一種可以使用小幅低頻振蕩法、宏觀形變法和界面或表面張力馳豫法三種測量方法，對界面或表面擴張粘彈性進行測量的界面或表面擴張粘彈性測定儀，通過該測定儀能提供較全面的界面或表面擴張粘彈性實驗數(shù)據(jù)。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型的界面或表面擴張粘彈性測定儀包括郎繆爾(Langmuir)槽體、滑障及滑障運動的機械控制部分、界面張力的測量部分和水浴恒溫及測溫系統(tǒng)；在Langmuir槽1的槽體上設有進水口15、出水口16和溫度傳感器8；在Langmuir槽1的內(nèi)部安裝有滑障2；滑障2與具有反向螺紋的螺桿6連接，螺桿6與步進電機7連接；滑障2由控制滑塊運動的傳動桿2-a、滑塊2-b和架在傳動桿2-a下的固定螺釘2-c組成；溫度傳感器8、力傳感器4和步進電機7通過接口板18與數(shù)據(jù)線接口9及電源線17相連；數(shù)據(jù)線接口9引出的數(shù)據(jù)線11和電源線17與電路控制部分19連接，電路控制部分19上的數(shù)據(jù)線接口12通過數(shù)據(jù)線13與計算機的COM口14連接。
力傳感器4固定在Langmuir槽體上方的力傳感器支架5上，吊片3懸掛在力傳感器4力臂上的掛鉤上；吊片的水平位置是位于Langmuir槽的正中，平行于滑塊2-b的方向，高度以油/水或空氣/水界面的位置為準。
Langmuir槽1通過進水口15和出水口16與恒溫水槽相連，以此來恒溫。Langmuir槽體1的溫度由溫度傳感器8測量。
所述的接口板18是與25針的數(shù)據(jù)線11連接。
所述的Langmuir槽體1的內(nèi)部是階梯式的結(jié)構(gòu)。
整個儀器的工作過程(包括滑障運動、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理)采用計算機自動控制。儀器由機械部分和電路控制部分、計算機及軟件部分組成。計算機及軟件部分的作用是發(fā)出指令和分析實驗數(shù)據(jù)；電路控制部分的作用是將計算機指令轉(zhuǎn)變成具體的電信號，將測量得到的電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號傳輸給計算機，同時提供機械部分正常工作所需的電壓；機械部分則是界面形變和界面張力測量的具體實施者。
所述的Langmuir槽體1的內(nèi)部采用階梯式的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點在于油水界面的位置很容易得到。
所述的滑障2，其傳動桿2-a的一頭與螺桿6相連，另一頭挖出空槽，將滑塊2-b套住，空槽的寬度與滑塊2-b的厚度一致，固定螺釘2-c的作用是架住傳動桿2-a，使其與滑塊2-b的接觸非常靈活。由于滑塊2-b是通過傳動桿2-a和它自身的重力壓在Langmuir槽1上的，因此既可保障滑塊2-b與槽體1的良好接觸，使滑動起來摩擦力較小。
所述的滑塊2-b的上半部分是一個半月形的聚四氟乙烯塊，下半部分由外面鍍了一層聚四氟乙烯的不銹鋼片做成，不銹鋼片用螺絲固定在上半部分的聚四氟乙烯塊上。
所述的吊片用0.8mm厚的聚四氟乙烯薄片或鍍了一層聚四氟乙烯的同等厚度的不銹鋼片做成。用不銹鋼絲或鎳鉻絲懸掛在力傳感器的掛鉤上。
所述的滑障的運動用步進電機驅(qū)動的具有反向螺紋的螺桿控制，通過計算機控制步進電機在單位時間內(nèi)的運動步數(shù)，從而獲得具有不同運動方程的運動方式(如正弦運動、指數(shù)方程的運動等等)。
本實用新型界面或表面擴張粘彈性測定儀具有1.提供了界面或表面擴張粘彈性測量的工具；2.能采用三種工作模式進行工作，可以提供豐富的實驗數(shù)據(jù)，適合于不同體系的測量。
3.槽體內(nèi)部的階梯形設計更適合于油水界面的測量。
4.采用聚四氟乙烯片或鍍聚四氟乙烯的不銹鋼片作吊片，使吊片與油水界面的接觸角能長久保持在180°，使動態(tài)界面張力的測量更加方便準確。
5.采用特殊設計的滑障，使滑障與槽體之間保持良好滑動，并且滑障對液體體相的擾動非常小。
下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型的技術(shù)方案作進一步的描述。


圖1.本實用新型儀器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2.本實用新型Langmuir槽的俯視圖；圖3.本實用新型Langmuir槽的縱剖面示意圖；圖4.本實用新型滑障組合后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5.本實用新型滑塊的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6.本實用新型傳動桿的俯視示意圖；圖7.本實用新型實施例1不同擴張速率常數(shù)時Triton X-100(濃度0.05％)的穩(wěn)態(tài)表面擴張粘度實驗數(shù)據(jù)曲線；圖8.本實用新型實施例2小幅低頻振蕩工作模式下正癸烷/0.05％Triton X-100水溶液界面的實驗曲線及擬合曲線；圖9.本實用新型實施例3界面張力馳豫工作模式下正癸烷/0.1％Triton X-100水溶液界面的界面張力馳豫曲線及擬合曲線；圖10.本實用新型實施例3界面張力馳豫方法得到的界面擴張彈性(εd)及界面擴張粘度(ηd)的頻率譜。
圖中標示1.Langmuir槽 2.滑障 3.吊片 4.力傳感器 5.力傳感器支架6.反向螺紋的螺桿7.步進電機8.溫度傳感器9.25針數(shù)據(jù)線接口10.機械部分外殼11.25針數(shù)據(jù)線
12.9針數(shù)據(jù)線接口13.9針數(shù)據(jù)線14.計算機COM口15.進水口 16.出水口 17.電源線 18.接口板 19.電路控制部分2-a.傳動桿 2-b.滑塊 2-c.固定螺釘。
本實用新型的界面或表面擴張粘彈性測定儀由機械部分和電路控制部分、計算機及軟件部分組成。計算機及軟件部分的作用是發(fā)出指令和分析實驗數(shù)據(jù)；電路控制部分的作用是將計算機指令轉(zhuǎn)變成具體的電信號，將測量得到的電信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號傳輸給計算機，同時提供機械部分正常工作所需的電壓；機械部分則是界面形變和界面張力測量的具體實施者，儀器的機械部分放在外殼19中。
在內(nèi)部采用階梯式結(jié)構(gòu)的Langmuir槽1上設有進水口15、出水口16和溫度傳感器8；進水口15和出水口16分別與恒溫水槽的出水口和進水口相連，以此達到恒溫的目的。溫度傳感器8用于測量Langmuir槽1的溫度。
在Langmuir槽1的內(nèi)部安裝有滑障2，滑障2由控制滑塊運動的傳動桿2-a、滑塊2-b和架在傳動桿2-a下的固定螺釘2-c組成?；?的傳動桿2-a連接在具有反向螺紋的螺桿6上，螺桿6與步進電機7直接相連，通過步進電機的轉(zhuǎn)動來控制滑障2的運動。
溫度傳感器8、力傳感器4和步進電機7通過接口板18與數(shù)據(jù)線接口9及電源線17相連。力傳感器4固定在Langmuir槽體上方的力傳感器支架5上，吊片3懸掛在力傳感器4力臂上的掛鉤上；吊片的水平位置是位于Langmuir槽的正中，平行于滑塊2-b的方向，高度以油/水或空氣/水界面的位置為準。吊片用0.8mm厚的聚四氟乙烯薄片，用不銹鋼絲或鎳鉻絲懸掛在力傳感器的掛鉤上。
數(shù)據(jù)線接口9引出的數(shù)據(jù)線11和電源線17連接到電路控制部分19，電路控制部分19通過數(shù)據(jù)線13與計算機的COM口14連接。
滑障2的傳動桿2-a的一頭與螺桿6相連，另一頭挖出空槽，將滑塊2-b套住，空槽的寬度與滑塊2-b的厚度一致，固定螺釘2-c的作用是架住傳動桿2-a，使其與滑塊2-b的接觸非常靈活?；瑝K2-b的上半部分是一個半月形的聚四氟乙烯塊，下半部分由外面鍍了一層聚四氟乙烯的不銹鋼片做成，不銹鋼片用螺絲固定在上半部分的聚四氟乙烯塊上。
滑障的運動用步進電機驅(qū)動的具有反向螺紋的螺桿控制，通過計算機控制步進電機在單位時間內(nèi)的運動步數(shù)，從而獲得具有不同運動方程的運動方式(如正弦運動、指數(shù)方程的運動等等)。
整個儀器的工作過程(包括滑障運動、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理)采用計算機自動控制。
首先用鉻酸洗液浸泡Langmuir槽1的內(nèi)壁、滑塊2-b和吊片3，以除去可能存在的有機雜質(zhì)，然后分別用一次蒸餾水和二次蒸餾水清洗，干燥。將滑障2和吊片3調(diào)整至適當?shù)奈恢?，將Langmuir槽調(diào)整至水平。注入水相，水相的液面高度為與Langmuir槽1的臺階高度平齊。如果進行表面性質(zhì)的測量，則直接進行下面的操作，若進行界面性質(zhì)的測量，還要注入油相，油相的液面高度以完全浸沒吊片3為準。用恒溫水浴對實驗體系進行控溫。
待體系預平衡足夠長時間后，開始界面或表面擴張粘彈性質(zhì)的測量。方法如下打開計算機及儀器電源，儀器預熱30分鐘。打開控制程序，將計算機與儀器聯(lián)機，聯(lián)機成功后，選擇工作模式，輸入控制參數(shù)，點按記錄按鈕，即可開始實驗測量。測量結(jié)束后，再將得到的原始數(shù)據(jù)用軟件處理即可得到相應的測量結(jié)果。
1.穩(wěn)態(tài)法測量0.1％Triton X-100水溶液的穩(wěn)態(tài)表面擴張粘度。
測量結(jié)果如圖7所示。從圖中可以讀到不同擴張速率常數(shù)時的Δσ值，代入公式可得穩(wěn)態(tài)擴張粘度，結(jié)果如下表所示。
2.小幅低頻振蕩工作模式下測量正癸烷/Triton X-100水溶液界面的擴張粘彈性測量條件溫度20℃振蕩幅度10％振蕩頻率0.05Hz實驗原始曲線及擬合曲線如圖8所示。
從圖中讀到△σ平衡＝0.20mN/m。根據(jù)公式計算可以得到，在本實驗條件下，｜ε｜＝1.88mN/m。通過正弦曲線數(shù)據(jù)擬合可以得到，相角θ＝36°。通過公式可以分別計算得到εd＝1.52mN/m，ηd＝22.1mN/m·s。
3.界面張力馳豫方法測量癸烷/0.1％Triton X-100水溶液界面的擴張粘彈性界面張力馳豫曲線及擬合曲線如圖9所示。利用公式算得到的界面擴張彈性εd和界面擴張粘度ηd的頻率譜分別如圖10所示。
權(quán)利要求1.一種界面或表面擴張粘彈性測定儀，包括郎繆爾槽體、滑障及滑障運動的機械控制部分、界面張力的測量部分和水浴恒溫及測溫系統(tǒng)，其特征在于在郎繆爾槽(1)的槽體上設有進水口(15)、出水口(16)和溫度傳感器(8)；在郎繆爾槽(1)的內(nèi)部安裝有滑障(2)；滑障(2)與具有反向螺紋的螺桿(6)連接，螺桿(6)與步進電機(7)連接；溫度傳感器(8)、力傳感器(4)和步進電機(7)通過接口板(18)與數(shù)據(jù)線接口(9)及電源線(17)相連；數(shù)據(jù)線接口(9)引出的數(shù)據(jù)線(12)和電源線(17)與電路控制部分(19)連接，電路控制部分(19)上的數(shù)據(jù)線接口(12)通過數(shù)據(jù)線(13)與計算機的COM口(14)連接；力傳感器(4)固定在郎繆爾槽體上方的力傳感器支架(5)上，吊片(3)懸掛在力傳感器(4)力臂上的掛鉤上。
2.如權(quán)利要求1所述的界面或表面擴張粘彈性測定儀，其特征在于所述的滑障(2)由控制滑塊運動的傳動桿(2-a)、滑塊(2-b)和架在傳動桿(2-a)下的固定螺釘(2-c)組成。
3.如權(quán)利要求1所述的界面或表面擴張粘彈性測定儀，其特征在于所述的郎繆爾槽體(1)的內(nèi)部是階梯式的結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的界面或表面擴張粘彈性測定儀，其特征在于所述的滑障(2)，其傳動桿(2-a)的一頭與螺桿(6)相連，另一頭挖出空槽，將滑塊(2-b)套住，空槽的寬度與滑塊(2-b)的厚度一致。
5.如權(quán)利要求2所述的界面或表面擴張粘彈性測定儀，其特征在于所述的滑塊(2-b)的上半部分是一個半月形的聚四氟乙烯塊，下半部分由外面鍍了一層聚四氟乙烯的不銹鋼片做成。
6.如權(quán)利要求1所述的界面或表面擴張粘彈性測定儀，其特征在于所述的吊片用0.8mm厚的聚四氟乙烯薄片或鍍了一層聚四氟乙烯的同等厚度的不銹鋼片做成。
專利摘要本實用新型涉及Langmuir槽法的界面或表面擴張粘彈性測定儀。包括Langmuir槽體、滑障、界面張力的測量部分等。內(nèi)部是階梯式結(jié)構(gòu)的槽體上設有溫度傳感器;內(nèi)部安裝有滑障,滑障與具有反向螺紋的螺桿連接;溫度傳感器、力傳感器和步進電機通過接口板與數(shù)據(jù)線接口相連;力傳感器固定在槽體上方的力傳感器支架上,吊片懸掛在力傳感器力臂上的掛鉤上。提供了三種工作模式的界面擴張粘彈性測量工具,特別適合于界面性質(zhì)的測量。
文檔編號G01N13/02GK2475021SQ0122019
公開日2002年1月30日 申請日期2001年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月27日
發(fā)明者俞稼鏞, 孫濤壘, 陳魯鐵, 趙濉, 陳邦林 申請人:中國科學院理化技術(shù)研究所