一种液体表面张力测定装置论文和设计-陈显兰

全文摘要

本实用新型公开了一种液体表面张力测定装置，包括测定管、毛细管、减压瓶、恒温装置及微压差测量仪，测定管包括用于容纳待测液体的测液管，测液管的外侧设置有恒温套管，恒温套管通过管路与恒温装置连接，测液管的一侧设置有测压口，测压口通过管路分别与减压瓶和微压差测量仪连接，毛细管的上端通过磨口与测液管密封连接，毛细管的下端设有端口外径为30～40mm、长为70～75mm的玻璃管，玻璃管的下端设置有毛细部件。本实用新型操作简单，能够保证气泡单个且均匀地从细管端口逸出且气泡立即破裂，极大地减小了实验误差，确保测量的数据准确性，提高了实验的精度，节约了成本，扩大了在教学实验中的应用。

主设计要求

1.一种液体表面张力测定装置，其特征在于，包括测定管(1)、毛细管(2)、减压瓶(3)、恒温装置(4)及微压差测量仪(5)，所述测定管(1)包括用于容纳待测液体(6)的测液管(11)，所述测液管(11)的外侧设置有恒温套管(12)，所述恒温套管(12)通过管路与所述恒温装置(4)连接，所述测液管(11)的一侧设置有测压口(111)，所述测压口(111)通过管路分别与所述减压瓶(3)和所述微压差测量仪(5)连接，所述毛细管(2)的上端通过磨口与所述测液管(11)密封连接，所述毛细管(2)的顶部开口与大气连通，所述毛细管(2)的下端设有端口外径为30～40mm、长为70～75mm的玻璃管(21)，所述玻璃管(21)的下端设置有毛细部件(7)，所述毛细部件(7)设有内径小于1mm的细管(71)，所述细管(71)的下端面平整且面积为1.5～3mm2，所述减压瓶(3)的下端出口设置有第一活塞(31)。

设计方案

1.一种液体表面张力测定装置，其特征在于，包括测定管(1)、毛细管(2)、减压瓶(3)、恒温装置(4)及微压差测量仪(5)，所述测定管(1)包括用于容纳待测液体(6)的测液管(11)，所述测液管(11)的外侧设置有恒温套管(12)，所述恒温套管(12)通过管路与所述恒温装置(4)连接，所述测液管(11)的一侧设置有测压口(111)，所述测压口(111)通过管路分别与所述减压瓶(3)和所述微压差测量仪(5)连接，所述毛细管(2)的上端通过磨口与所述测液管(11)密封连接，所述毛细管(2)的顶部开口与大气连通，所述毛细管(2)的下端设有端口外径为30～40mm、长为70～75mm的玻璃管(21)，所述玻璃管(21)的下端设置有毛细部件(7)，所述毛细部件(7)设有内径小于1mm的细管(71)，所述细管(71)的下端面平整且面积为1.5～3mm^{2<\/sup>，所述减压瓶(3)的下端出口设置有第一活塞(31)。}

2.根据权利要求1所述的一种液体表面张力测定装置，其特征在于，所述毛细部件(7)还包括与所述细管(71)连接的管柄(72)，所述玻璃管(21)的下端具有与所述管柄(72)相配合的插入部(22)，所述管柄(72)具有与所述插入部(22)相配合的第一孔体(721)。

3.根据权利要求2所述的一种液体表面张力测定装置，其特征在于，所述插入部(22)与所述第一孔体(721)通过胶粘密封。

4.根据权利要求2或3所述的一种液体表面张力测定装置，其特征在于，所述管柄(72)的顶部设置有第一凸缘(722)，所述插入部(22)的上端形成有与所述第一凸缘(722)相配合的第二凸缘(221)。

5.根据权利要求4所述的一种液体表面张力测定装置，其特征在于，所述第一凸缘(722)与所述第二凸缘(221)之间设置有密封圈(8)，所述第一凸缘(722)上设置有与所述密封圈(8)相配合的第一槽体(7221)，所述第二凸缘(221)上设置有与所述密封圈(8)相配合的第二槽体(2211)。

6.根据权利要求5所述的一种液体表面张力测定装置，其特征在于，所述第一孔体(721)的内侧设置有若干环形凸起(7211)，所述插入部(22)的外侧设置有若干与所述环形凸起(7211)相匹配的环形槽体(222)。

7.根据权利要求1所述的一种液体表面张力测定装置，其特征在于，所述毛细管(2)的上端外侧设置有第一磨口部(23)，所述测液管(11)的内侧设置有与所述第一磨口部(23)相配合的第二磨口部(112)。

8.根据权利要求1所述的一种液体表面张力测定装置，其特征在于，所述细管(71)的材质为玻璃或金属。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及实验教学仪器技术领域，尤其涉及一种液体表面张力测定装置。

背景技术

表面张力是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力，是液体的基本物化性质之一，是研究有关表面现象和表面活性剂性能的重要参数。

液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法，静力学法有毛细管上升法、吊环法、盘法、旋滴法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法，动力学法有震荡射流法、毛细管波法，其中最大气泡压力法由于实验器材简单、易得，操作方法相对易于学生理解表面张力的原理，且不需要测定接触角和液体密度，因而长期以来是大学本科物理化学教学实验的常见内容。

最大气泡压力法的原理为：将待测表面张力的液体装于测定管中，使毛细管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升(毛细管效应)，缓缓打开减压瓶的下端活塞并缓缓放水减压抽气，毛细管内由于液面上受到的大气压力P_{0<\/sub>比减压瓶中液面上的压力P_{r<\/sub>大，当此压力差——附加压力(ΔP＝P_{0<\/sub>-P_{r<\/sub>)在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就会从毛细管口溢出后破裂。由于毛细管半径很小，所以形成的气泡基本上是球形的，当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，这时附加压力达最大值，根据拉普拉斯公式，这时能承受的最大压力差也最大，即最大压力差ΔP_{max<\/sub>可在微压差测量仪上显示。}}}}}

影响最大气泡压力法实验的因素有很多，其中关键因素之一是要求在气泡逸出瞬间读取气泡的最大压力，但是现有教学实验装置的毛细管，其内径都不是均一的，且内径远大于1mm，导致毛细管端面面积很大(约16～40cm^{2<\/sup>)，当气泡从毛细管口挤压出来时，气泡不会立即破裂，而是沿液面移动一段时间和水平距离后才会破裂，扰动液面平衡，无法在气泡逸出瞬间读取气泡的最大压力，从而造成较大的实验误差，微压差测量仪测得的ΔP_{max<\/sub>远大于实际值，不能反映液体真正的表面张力值。此外，由于现有实验装置的毛细管多为玻璃材质，为了保证牢固耐用，所以毛细管起毛细作用的部分很短，且管壁都比较厚，从而导致其端口的端面面积过大，在减压鼓泡(或滴水加压)时，宽广的水平端面能够阻碍气泡的正常逸出，实验中气泡不是单个且均匀地逸出，而是多个或是成串地连续逸出，从而造成微压差测量仪测得的ΔP_{max<\/sub>远大于气泡单个逸出时的ΔP_{max<\/sub>。}}}}

实用新型内容

本实用新型针对上述现有液体表面张力测定存在的问题，提出一种液体表面张力测定装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出如下技术方案：

一种液体表面张力测定装置，包括测定管、毛细管、减压瓶、恒温装置及微压差测量仪，测定管包括用于容纳待测液体的测液管，测液管的外侧设置有恒温套管，恒温套管通过管路与恒温装置连接，测液管的一侧设置有测压口，测压口通过管路分别与减压瓶和微压差测量仪连接，毛细管的上端通过磨口与测液管密封连接，毛细管的顶部开口与大气连通，毛细管的下端设有端口外径为30～40mm、长为70～75mm的玻璃管，玻璃管的下端设置有毛细部件，毛细部件设有内径小于1mm的细管，细管的下端面平整且面积为1.5～3mm^{2<\/sup>，减压瓶的下端出口设置有第一活塞。}

本实用新型的有益效果是：在使用过程中，恒温装置通过恒温套管保持测液管中待测液体的温度恒定，毛细管通过毛细部件的细管口与待测液体相切，操作简单，连接方便，毛细部件的强度高、稳定性好，细管的内径和端面积较小，从而在减压鼓泡时能够准确控制气泡的形成速率，防止气泡多个或是成串地从细管端口连续逸出，保证气泡单个且均匀地从细管端口逸出，且立即破裂，这样通过微压差测量仪能够测得单个气泡逸出瞬间的最大压力值ΔP_{max<\/sub>，防止气泡从细管端口挤压出来后，沿待测液体的液面水平移动一段距离后再破裂而扰动液面平衡造成较大的实验误差，从而极大地减小了实验误差，确保测量的数据准确性，提高了实验的精度和效果，节约了成本，扩大了在教学实验中的应用。}

在一些实施方式中，毛细部件还包括与细管连接的管柄，玻璃管的下端具有与管柄相配合的插入部，管柄具有与插入部相配合的第一孔体。

在一些实施方式中，插入部与第一孔体通过胶粘密封。

在一些实施方式中，管柄的顶部设置有第一凸缘，插入部的上端形成有与第一凸缘相配合的第二凸缘。

在一些实施方式中，第一凸缘与第二凸缘之间设置有密封圈，第一凸缘上设置有与密封圈相配合的第一槽体，第二凸缘上设置有与密封圈相配合的第二槽体。

在一些实施方式中，第一孔体的内侧设置有若干环形凸起，插入部的外侧设置有若干与环形凸起相匹配的环形槽体。

在一些实施方式中，毛细管的上端外侧设置有第一磨口部，测液管的内侧设置有与第一磨口部相配合的第二磨口部。

在一些实施方式中，细管的材质为玻璃或金属。

另外，在本实用新型技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。

附图说明

图1为本实用新型一种液体表面张力测定装置的结构示意图。

图2为本实用新型图1中A处的局部放大图。

图3为本实用新型毛细部件与玻璃管连接处的剖视图。

图4为本实用新型图3中B处的局部放大图。。

附图中标号说明，测定管1，测液管11，测压口111，第二磨口部112，恒温套管12，进水口121，出水口122，第二活塞13，毛细管2，玻璃管21，插入部22，第二凸缘221，第二槽体2211，环形槽体222，第一磨口部23，减压瓶3，第一活塞31，恒温装置4，微压差测量仪5，待测液体6，毛细部件7，细管71，管柄72，第一孔体721，环形凸起7211，第一凸缘722，第一槽体7221，密封圈8，烧杯9，三通接头10。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外需要说明的是，术语“下方”、“上端”、“下端”、“顶部”、“内侧”、“外侧”、“一侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例：

一种液体表面张力测定装置，如图1、图2所示，包括测定管1、毛细管2、减压瓶3、恒温装置4及微压差测量仪5。测定管1包括用于容纳待测液体6的测液管11，测液管11的外侧设置有恒温套管12，恒温套管12上设置有进水口121和出水口122，进水口121和出水口122分别通过管路与恒温装置4连接，恒温装置4通过供给循环的热水保证测液管11中待测液体6的温度恒定，测液管11的一侧设置有测压口111，测压口111通过管路分别与减压瓶3和微压差测量仪5连接，通常管路中设置有三通接头10，这样便于测压口111分别与减压瓶3和微压差测量仪5连接。毛细管2的上端通过磨口与测液管11密封连接，毛细管2的顶部开口与大气连通，毛细管2的下端设有端口外径为30～40mm、长为70～75mm的玻璃管21，玻璃管21的下端设置有毛细部件7，毛细部件7设有与待测液体6相切的内径小于1mm的细管71，细管71的下端面平整且面积为1.5～3mm^{2<\/sup>，即细管71与待测液体6相切并起主要作用。减压瓶3的下端出口设置有第一活塞31，减压瓶3中盛放有一定的水，通常测液管11的下端出口设置有第二活塞13，第二活塞13位于测定管1下端，用于调节测液管中待测液体的高度，保证细管71与待测液体6相切，减压瓶3的出口下方和测液管11的出口下方还分别设置有烧杯9，微压差测量仪5可以采用简易的U型压力计等，优选数字式微压差测量仪，精度更高，测量更准确，实验中的连接管路可以采用玻璃管、橡皮管等。}

本实用新型在使用过程中，恒温装置4通过恒温套管12保持测液管11中待测液体6的温度恒定，毛细管2通过毛细部件7的细管71与待测液体6相配合，细管71的下端面与待测液体6的液面相切，与现有技术相比，毛细部件7的强度高、稳定性好，细管71的内径和端面积极大地减小了，在减压鼓泡时，通过调节减压瓶3下端的第一活塞31能够准确控制气泡的形成速率，防止气泡多个或是成串地从细管71端口连续逸出，保证气泡单个且均匀地从细管71端口逸出，且立即破裂，这样通过压差测量仪5能够测得气泡逸出瞬间的最大压力值ΔP_{max<\/sub>，即可更准确地计算出待测溶液表面张力值，防止气泡从细管71端口挤压出来后，沿待测液体6的液面水平移动一段距离后再破裂，气泡表面积随时间而胀大，扰动液面平衡，从而造成较大的实验误差。本实用新型操作简单，连接方便，极大地减小了实验误差，确保测量的数据准确性，提高了实验的精度和效果，节约了成本，扩大了在教学实验中的应用。}

进一步地，如图2～4所示，毛细部件7还包括与细管71连接的管柄72，玻璃管21的下端具有与管柄72相配合的插入部22，管柄72具有与插入部22相配合的第一孔体721，这样毛细部件7与玻璃管21为可拆连接。由于现有的毛细管清洗、更换困难，所以现有的毛细管长期测量不同浓度的液体后容易被污染而导致测量值出现较大误差，本实用新型的毛细部件7与毛细管2拆装方便，便于更换、清洗毛细部件7，从而能够更好地确保测量的数据准确性。

进一步地，插入部22插入第一孔体721中且通过胶粘进行密封，操作简单，密封性更好。

进一步地，如图2～4所示，管柄72的顶部设置有第一凸缘722，插入部22的上端形成有与第一凸缘722相配合的第二凸缘221，这样插入部22插入第一孔体721后，第一凸缘722与第二凸缘221相互接触并压紧，从而使管柄72与玻璃管21的连接更加紧密，稳定性和密封性更好。

进一步地，如图3、图4所示，第一凸缘722与第二凸缘221之间设置有密封圈8，这样管柄72与玻璃管21连接后，密封性更好，第一凸缘722上设置有与密封圈8相配合的第一槽体7221，第二凸缘221上设置有与密封圈8相配合的第二槽体2211，这样密封圈8的安置更加稳固，稳定性和密封性更好。

进一步地，如图4所示，第一孔体721的内侧设置有若干环形凸起7211，插入部22的外侧设置有若干与环形凸起7211相匹配的环形槽体222，环形凸起7211和环形槽体222的数量可以根据具体情况而定，这样第一孔体721与插入部22的配合更加紧密，管柄72与玻璃管21的连接更加紧密、牢靠，稳定性和密封性更好。

进一步地，毛细管2和测液管11为玻璃材质，如图1所示，毛细管2的上端外侧设置有第一磨口部23，测液管11的内侧设置有与第一磨口部23相配合的第二磨口部112。进行组装时，毛细管2插入测液管11中，第一磨口部23与第二磨口部112相互配合且密封连接，操作简单，密封效果好。

进一步地，细管71的材质为玻璃或金属，强度高、稳定性好。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式，应当理解的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以根据上述说明加以改进或交换，而所有这些改进和交换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

设计图

一种液体表面张力测定装置论文和设计

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