基于新方法的液体表面张力快速测定仪的研究

　　1　引　　言

　　表面张力是液体的重要性质,在常温液体体系中,用它确定表面活性并计算表面活性剂在溶液表面的吸附量,并有助于研究活性剂在界面过程中所起作用 的机理。而在合金液体体系中,借助于表面张力可以评价金相组织及孕育效果等重要参数。测定液体表面张力的方法很多,如滴重法、提环法、吊片法、最大气泡压 力法、滴外形法和毛细管上升法等[1 3]。这些传统的表面张力测试方法大多测试速度较低,且对测试条件要求比较苛刻。近年来,有关液体表面张力的研究已有许多报道,但多为基于上述方法的装置 研制和参数计算方法的改进[4 14],由于测试速度和操作复杂程度的影响,多数装置只能在实验室条件下应用。为满足工程现场测试的实际要求,文中提出了一种快速测定液体表面张力的新方 法,并基于新方法研制了一种常温液体表面张力快速测量仪。

　　2　快速测定液体表面张力的新方法

　　在深入分析最大气泡压力法基本原理的基础上,文中提出一种动态测定液体表面张力的新方法——气泡幅频当量法。

　　如图1所示,利用1个恒压气源,在限定时间内通过1个标准毛细管向被测液体吹气,监测气泡不断形成、长大和破灭的过程,可获得1条等幅振荡曲 线。图中①、②、③、④分别对应未吹气、气泡吹出之前、气泡曲率半径最小和气泡即将脱离管口的4种状态。曲线振幅和频率分别代表气泡内压差变化幅值和气泡 形成速度,并且气泡内压差变化幅值和气泡形成速度与液　　体表面张力密切相关。因此,可以根据曲线振幅和频率本文于2004年8月收到,系国家自然科学基 金(50174023)资助项目。

　　求解一个与真实表面张力相当的数值,称之为当量表面张力,由于该方法以限定时间内形成气泡的幅值和频率为信息参数求解当量表面张力,故称为气泡幅频当量法。

　　采用气泡幅频当量法计算当量表面张力的公式可写成如下形式:

　　影响信息参数ΔP和N的直接因素是毛细管插入深度、吹气压力和被测液体表面张力。在吹气压力不变的条件下,毛细管入水越深和表面张力越大,则 ΔP值越大、N值越小,反之亦然。对于同一质量密度的液体而言,由于毛细管入水深度所带来的对ΔP和N的影响是互补的,即ΔP大则N小或ΔP小则N大。通 过合理选取a和b值完全可以消除毛细管入水深度变化对表面张力计算产生的影响。当向液体加入表面活性剂时,液体质量密度可视为不变,但表面张力降低将导致 ΔP和N发生较敏感的变化,据此可求出当量表面张力的改变。由于温度对液体表面张力有不同程度的影响,在测定表面张力的同时,必须给出温度参数。