本發明專利技術涉及一種基于液滴輪廓曲線三測量點的液體界面張力的測量方法，該方法是采用圖像采集設備攝制液滴在輔助測試平臺上表面上鋪展的圖片或液滴懸掛于水平放置的軸對稱輔助支承表面下的圖片，對圖片進行處理提取液滴輪廓曲線；在液滴輪廓曲線上設定三個測量點，測量出連續測量點間的豎直距離、三組過測量點的水平線與液滴輪廓的交點與該測量點之間的距離、測量點處的液滴輪廓切線與水平線之間的夾角；根據液滴輪廓曲線計算出與三測量點相關的液體體積；然后根據公式計算出液體的界面張力。本發明專利技術不需要進行復雜的數值模擬過程來求解；可適用于液滴輪廓曲線存在局部缺失的情況，拓展了滴外形法的適用范圍。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及液體性能測試
，特指一種通過測量軸對稱液滴輪廓曲線上與選定的三測量點相關的幾何參數和計算液體體積從而實現液體界面張力測量的方法，其適用于基于小體積量液滴圖像的液體界面張力的直接測量，尤其適用于液滴輪廓曲線發生部分缺失和液滴輪廓曲線與座滴法情況的輔助測試平臺表面(或懸滴法情況的軸對稱輔助支承表面)間形成的接觸角小于90度的情況。
技術介紹
液體界面張力測量是化工領域的一項重要課題。隨著科學技術的發展，研究人員已將主要的目光集中在微量功能材料上，因此，對微量材料的性能測試是目前的一個重要課題，而對微量液體界面張力的測試是其中的一個組成部分。為適應液體的微量化測試，目前通常采用的液體界面張力的測試方法主要是滴外形法[A.W. Adamson and A. P. Gast, Physical Chemistry of Surfaces (Wiley, New York, 1997), p. 362.]。該方法是通過數值模擬計算理論液滴輪廓曲線并與實驗液滴輪廓曲線進行比較而得出液體的界面張力[M. Hoorfar and A. ff. Neumann, Adv. Colloid Interf. Sc1. 121, 25 (2006) ] 在該方法中需要完成兩個任務，其一是對液滴輪廓曲線進行數值模擬，其二是通過比較模擬的液滴輪廓曲線與實驗液滴輪廓曲線之間的差距，根據比較的結果逐漸改變模擬參數并最終使理論液滴輪廓曲線和實驗液滴輪廓曲線達到足夠高的吻合度。因此，這使得這種方法不夠直接，且由于涉及到求解微分方程，不利于一般專業人員的實施。針對這些問題，我們提出“基于軸對稱液滴輪廓曲線和重量的液體界面張力測量方法”和“基于液滴輪廓曲線和體積的液體界面張力測量方法”，通過測量液滴輪廓曲線的幾個直觀的幾何參數和重量(或體積)來直接計算出液體的界面張力。然而，這兩種方法需要間接地計算液滴輪廓曲線在頂點處的曲率半徑，由于計算過程為近似計算，最終采用的曲率半徑僅僅是近似結果，這影響了界面張力測試的精度；同時，由于儀器和光反射的原因，液滴輪廓曲線頂點可能發生缺失，難以獲取液滴的高度和液滴輪廓曲線在頂點處的曲率半徑，這使得以上兩種方法難以實現。為解決這一問題，我們提出“基于液滴輪廓曲線兩測量點的液體界 面張力的測量方法”，不需要計算液滴輪廓曲線在頂點處的曲率半徑，直接測量出在液滴輪廓曲線上與選定的兩測量點相關的幾何參數即可計算出液體的界面張力。 但這種方法僅具有有限的使用范圍。首先，該方法要求兩測量點在同一豎直線上，所以需要保證液滴輪廓曲線的最大寬度(液滴輪廓曲線與一條水平直線相交的兩交點之間的距離的最大值)位置不在輔助測試平臺表面上(或軸對稱輔助支承表面上)，即液滴在輔助測試平臺表面上的接觸角大于90度，然而，界面張力較小的液體很難滿足以上條件。其次,該方法需要保證兩測量點間的液滴輪廓曲線沒有缺失，從而可實現液體體積的計算，這進一步限制了該方法的應用范圍，也就是說，對于接觸角大于90度的情況，如果液滴輪廓曲線在最大寬度附近存在缺陷，以上提到的方法也不能應用。所以，從這兩個方面說，基于液滴輪廓曲線兩測量點的方法僅具有有限的測量范圍。為拓寬直接液體界面張力測量方法的使用范圍，有必要將測量點方法進行推廣。為此，本專利技術擬通過選定三個連續的測量點并對液滴輪廓曲線上與三個測量點相關的幾何參數和體積進行測量和計算，以實現液體界面張力的測量，解決以上方法在測量中的問題，實現范圍更廣的液體界面張力的測量。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種通過測量軸對稱液滴輪廓曲線上與選定的三測量點相關的幾何參數和液體體積來實現液體表面張力直接測量的方法，適用于廣泛微量液體以及高溫高壓等嚴峻環境下液體的界面張力測量，尤其適用于液滴輪廓曲線與輔助測試平臺表面(或軸對稱輔助支承表面)間形成的接觸角小于90度的情況。本專利技術按下述技術方案實現—種基于液滴輪廓曲線三測量點和體積的液體表面張力的測量方法，是采用圖像采集設備(如接觸角測量儀、CCD)攝制液滴在輔助測試平臺上表面上鋪展的圖片(座滴法)或液滴懸掛于水平放置的軸對稱輔助支承表面下的圖片(懸滴法)，對圖片進行處理提取液滴輪廓曲線；在液滴輪廓曲線上設定三個測量點，測量出液滴輪廓曲線上與這三個測量點相關的幾何參數；根據液滴輪廓曲線計算出與三測量點相關的液體體積；將測量的幾何參數和液體體積代入本專利提供的計算公式即可直接計算出液體的界面張力。上述方法中，測量的液滴輪廓曲線上與選定的三測量點相關的主要幾何參數是以三測量點為基準的幾何參數，包括第一測量點與第二測量點之間的豎直距離H1、第二測量點與第三測量點之間的豎直距離H2、過第一測量點的水平線與液滴輪廓曲線的交點與該測量點之間的距離2Γι、過第二測量點的水平線與液滴輪廓曲線的交點與該測量點之間的距離2r2、過第三測量點的水平線與液滴輪廓曲線的交點與該測量點之間的距離2r3、液滴輪廓曲線在第一測量點處的切線與水平線之間的夾角Θ1、液滴輪廓曲線在第二測量點處的切線與水平線之間的夾角Θ 2和液滴輪廓曲線在第三測量點處的切線與水平線之間的夾角 93這幾個簡單幾何參數。上述方法中，與測量點相關的液體體積為兩相鄰測量點形成的水平面之間所包圍的液體體積，通過公式F= a P 進行計算，其中V為所求體積，h為圖像每個像素的真實高度，I為所計算的像素層，1=0為下測量點所在的像素層，I=N為上測量點的像素層，r,為第i像素層上的液滴輪廓曲線的半徑。上述方法中，采用座滴法時的界面張力計算公式是本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于液滴輪廓曲線三測量點的液體界面張力的測量方法，是：采用圖像采集設備攝制液滴在輔助測試平臺上表面上鋪展的圖片或液滴懸掛于水平放置的軸對稱輔助支承表面下的圖片，對圖片進行處理提取液滴輪廓曲線；在液滴輪廓曲線上設定三個測量點，測量出連續測量點間的豎直距離、三組過測量點的水平線與液滴輪廓的交點與該測量點之間的距離、測量點處的液滴輪廓切線與水平線之間的夾角；根據液滴輪廓曲線計算出與三測量點相關的液體體積；然后根據下述公式計算出液體的界面張力：當液滴輪廓曲線提取于液滴在輔助測試平臺上表面上鋪展的圖片時，界面張力計算公式是：r=πρgr2[r12H1(r32-r22)-r32H2(r22-r12)]-ρgr2[V1(r32-r22)-V2(r22-r12)]2π[r1(r2sinθ1-r1sinθ2)(r32-r22)-r3(r3sinθ2-r2sinθ3)(r22-r12),當液滴輪廓曲線提取于液滴懸掛于水平放置的軸對稱輔助支承表面下的圖片時，界面張力計算公式是：r=ρgr2[V1(r32-r22)-V2(r22-r12)]-πρgr2[r12H1(r32-r22)-r32H2(r22-r12)]2π[r1(r2sinθ1-r1sinθ2)(r32-r22)-r3(r3sinθ2-r2sinθ3)(r22-r12),其中γ為液體表面張力，ρ為液體的密度，g為重力加速度，為常量，r1為液滴輪廓曲線與過第一測量點的水平線的交點到該測量點之間距離的一半，r2為液滴輪廓曲線與過第二測量點的水平線的交點到該測量點之間距離的一半，r3為液滴輪廓曲線與過第三測量點的水平線的交點到該測量點之間距離的一半，θ1為液滴輪廓曲線在第一測量點處的切線與水平線之間的夾角，θ2為液滴輪廓曲線在第二測量點處的切線與水平線之間的夾角，θ3為液滴輪廓曲線在第三測量點處的切線與水平線之間的夾角，H1為第一測量點到第二測量點的豎直距離，H2為第二測量點到第三測量點的豎直距離，V1為從過第一測量點的水平面到過第二測量點的水平面間的液體體積，V2為從過第二測量點的水平面到過第三測量點的水平面間的液體體積。...
【技術特征摘要】
1.一種基于液滴輪廓曲線三測量點的液體界面張力的測量方法，是采用圖像采集設備攝制液滴在輔助測試平臺上表面上鋪展的圖片或液滴懸掛于水平放置的軸對稱輔助支承表面下的圖片，對圖片進行處理提取液滴輪廓曲線；在液滴輪廓曲線上設定三個測量點， 測量出連續測量點間的豎直距離、三組過測量點的水平線與液滴輪廓的交點與該測量點之間的距離、測量點處的液滴輪廓切線與水平線之間的夾角；根據液滴輪廓曲線計算出與三測量點相關的液體體積；然后根據下...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李健，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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