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如何提升悬滴法测试界面张力和表面张力值的精度

光学法原理的表面张力仪及界面张力仪采用悬滴法(pendant drop method)测试液体与气体间的表面张力值或液体与液体间的界面张力值是一种常见的测试方法。长期以来,由于测试技术,特别是图像识别以及表界面张力测试算法的影响,悬挂滴法(pendant drop method)测试表面张力值或界面张力值很少被用到。目前,美国科诺全面升级的基于ADSA-RealDrop的算法,全面提供了图像识别技术,且在表面张力(界面张力)测值的算法上进行了全面更新,可应用测试液体与气体间的表面张力值或液体与液体间的界面张力值。从目前测值的结果来看,测值最低值可达0.0001mN/m(10的负4次方),最高可测试2000mN/m(熔体金属)。且可以应用于测试优于Lamellai法非牛顿体的高温条件下的胶体的表面张力值(ADSA-NA及ADSA-RealDrop法)。

长期以来,光学法原理测试表面张力值的悬滴原理通常应用BA表或基于选点选面法(Select Plance)的简单Young-Laplace方程拟合技术,特别是后者,受拟合参数中探针液体的影响非常大。测值条件下针头的直径、材质高度关联,从而决定了其测值精度一般。而ADSA-RealDrop算法基于ADSA-P算法(参考A.W.Neumann相关文献),采用两次求解Young-Laplace方程的技术,因而更接近于实际边缘,精高更高。我们在相关的视频显示,我们能够准确的分辨出0.2mN/m的液体的形状区别。

具体在应用悬滴法(pendant drop method)测试界面张力和表面张力值,并提升其测值精度时应注意:

1、放大率校准是关键。我们发现,小小的几个像素的变化就会明显影响到表面张力值的变化。通常实验数据我们得到,测试二次蒸馏水的表面张力值,采用简单的放大率校准,极大可能得到的测值结果高于实际文献值。当然,测试条件是保证测试的体系是洁净的。如果测值结果经常出现60mN/m,则说明针头、进液器等有不清洁的情况存在。而如果采用高精度红宝石微米级标准球,则可以得到非常高的精度的校准。而一旦采用了红宝石校准球校准后,二次蒸馏水的测值结果与文献值在采用ADSA-RealDrop算法时保持了高度一致,测试随温度变化而变化的结果与文献值也一致。

2、采用彩色摄像机而非黑白摄像机。我们在实验中发现,黑白摄像机在校准时,由于标准的针头或柱状体或球均是高度不透光的,表面漫反射也比较少,因而边缘的清晰度非常高。而在测试实际的液体时,由于透光和液滴边缘的漫反射的存在,通常测试结果与文献值的一致性不是很好。而在彩色相机时,这种情况就会得到彻底的解决。

3、清洁非常重要。清洁的体系可以得到非常满意的结果。因而,我们建议用户采用超声波清洗机对测试的针头、进液器等进行全面清洁,并采用二次蒸馏水对清洁的情况进行判定。

4、测试界面张力的非常重要的点。

(1)一定要对油样进行饱和处理。如果不处理,测试结果就会偏低。

(2)测试低或超低界面张力值时,采用约束停滴法,并采用美国科诺的专业约束停滴针头(聚四氟乙烯材质)。

 

   
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