[发明专利]拉断液滴测量液体表面张力系数的方法

说明书

拉断液滴测量液体表面张力系数的方法涉及液体物理参数的测量。技术方案是：通过注入液体使液滴在重力作用下拉断，录像并通过单帧播放获取液滴开始变形前的照片，液滴为轴对称图形，图形能够测量几何尺寸，选择水管的内径使液滴靠近水管口为圆柱形，测量液滴上端靠近水管端口的直径为Dsubgt;min/subgt;，测量液滴的体积V，获取当前温度液体的密度r，则液体的表面张力系数𝛂=r*V*g/(p*Dsubgt;min/subgt;)，其中g为重力加速度，p为圆周率，p取3.1416。有益效果是：液滴的上端为圆柱形，这样可以忽略接触角的影响；避免滴重法液体残留带来的误差，并且简单易懂；有效避免了悬滴法繁杂的计算和大型昂贵设备的使用。可操作性强，能够作为学生实验仪器使用。

技术领域

本发明涉及液体物理参数的测量，特别是液体表面张力系数的测量。

背景技术

测量液体的表面张力系数方法比较多。悬滴法是一种常见的比较准确测量液体表面张力系数的方法，遵从Young-Lapalace方程，并建立了使用悬滴法测量液体表面张力系数的国际标准ISO19403-3: 2017。

悬滴法主要通过拍照获取液滴的图像，其中简单的测量方式是：液滴为旋转体，获取液滴下端的最大横截面直径D_e，以及从液滴下端开始起算与最大直径D_e等高处的液滴直径D₀，Bashforth and Adams在Young-Lapalace方程的基础上得出表面张力系数的计算方法，参见附图1，或者参见 “北京航空材料研究所 罗敏 司徒振明”的期刊文章“液体界面张力的测定方法—悬滴法”。

虽然悬滴法原理比较成熟，但是，测量和计算过程比较繁琐，不便于手工计算：一般采用平行光照射液滴，计算机通过数码相机采集图像，计算机对图像进行处理，并计算出表面张力系数。数码相机照相还需要图像像数间距与距离之间的关系，即定标。该方法的缺点是：实验原理过于深奥，实验过程过于复杂，数据处理计算机操作使用户的参与性降低。从而不便于理解液体表面张力系数的本质。

相应地，有比较简化的滴重法测量液体的表面张力系数的方法，参见“滴体积(滴重)法校正因子的经验式 张兰辉 北京大学化学系 第7卷第6期 大学化学1992年12月p43-44”，其基本原理是：“半径为R的圆形截面在平衡时所能维持的最大液滴重量m与该液体的表(界)面张力g（大多数的文献称为液体表面张力系数，并采用符号𝛂表示）、截面半径R之间具有如下关系：g=Fmg/R= FVDrg/R；式中g为重力加速度;F为校正因子,它是V/R³的函数,与表面张力、滴管材料、液体密度、粘度等因素无关;V为液滴的体积; Dr为液体与介质的密度之差(介质通常为空气)。实验测得m或者V后，可由V/R³查表得校正因子F,再代入g=Fmg/R计算表(界)面张力值。”该方法的主要麻烦是计算V/R³，以及需要查表获取校正因子F，所以计算过程也比较繁琐。滴重法需要修正的原因在于：液滴在滴落后，还有部分液体残留，使得液滴的质量测量结果偏小，从而造成液体表面张力系数测量结果偏小。

所以有必要对实验原理和方法进行改进，以简化操作流程，使得该测量方法能够易于推广。

发明内容

为降低悬滴法测量液体表面张力系数的计算复杂程度，本发明设计一种新的悬滴法测量液体的表面张力的方法。