液体表面张力系数实验装置的改进(最终修改稿).doc

液体表面张力系数实验装置的改进 代 伟, 徐平川，陈太红，曾体贤，兰小刚 （西华师范大学物理与电子信息学院 四川、南充 637002） 摘 要 : 本文对现有吊环法液体表面张力系数测量仪的水平调节装置、吊环升降装置存在的不足进行了改进，另外在原有仪器上增加了液体加热装置以便对不同温度下的液体表面张力系数A 文章编号：1000-0712 由于液体分子间的相互吸引力，使得液体具有尽量缩小其表面的趋势，好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩液面的力称为表面张力。液体表面张力的存在解释了物质的液体状体所呈现的许多现象，如泡沫的形成、浸润和毛细现象等。在工业技术上，浮选技术和液体输送技术等方面都要对液体表面张力系数进行研究。另外表面张力系数的测量在石油、化工、医药及水电部门对绝缘油油质的监督等部门有着广泛的应用。测定表面张力系数常用的方法有：吊环法、吊片法、悬滴法、静滴法(躺滴法)、旋转液滴法、等密度法、最大气泡压力法和毛细管上升法等[1-6]。基于以上的测量方法，国内外科研部门研制了一些测量液体表面张力系数的仪器，在这些仪器中，应用最多的是吊环法。目前吊环法液体表面张力系数测量仪主要有两种，一种是指针式手动张力系数仪，另一种是单片机控制的数显测量仪，这两种仪器的共同缺点是测试人员的人为干预多、安装调试复杂，仪器可操作性差，系统误差大[7]，测试结果重复性不好，基于此，本文研究、设计一种新的液体表面张力系数测定仪，可弥补上述两种仪器的不足。 1 实验原理 金属环固定在传感器上，将该环浸没于被测液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值为 ： (1) 其中， 、分别为的金属环的外、内径，为液体表面张力系数。 另外，由数字电压表及硅压阻力敏传感器得到液体表面张力 (2) 其中， 为力敏传感器灵敏度，单位为。为吊环即将拉断液柱前数字电压表的最大读数，为拉断液柱数字电压表的读数。 故液体表面张力系数为 （3） 实验表明，与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高，值越小，液体含杂质越多，值越小，只要上述条件保持一定，则是一个常数，所以测量时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。 2 原有测量仪存在的问题 在现有的液体表面张力测量仪，采用拉脱法测量，用半导体电阻应变构成的高灵敏度微张力传感器和测试显示仪表来取代以往的焦利秤、扭秤、天平等，进行液体表 作者简介：代 伟(1964-),男,四川遂宁人,西华师范大学物理与电子信息学院副教授.本科,主要从事大学物理实验教学与研究. 面张力测量结构简单操作方便测量误差小，重复性好，物理概念表达清晰、直观，比用以往的焦利秤、扭秤、天平等进行测量虽说有了很大的改进，但仪器仍然存在不足2.1 现有的液体表面张力测量仪主要误差来源之一是吊环不水平，吊环偏差1°，测量结果引入误差为05%；偏差2°,则引入误差为16%。现有仪器吊环水平调是调节三根细金属丝凭感觉判断吊环下沿是否水平，此方法既原始也，而且没有判断依据所以吊环是否水平很难判断，调节不好仪器吊环的丝杆螺母传动，装置使用的是细牙螺纹，要调节载物台上下移动非常困难，加之原仪器移动行程短，测一些表面张力系数小的液体时往往拉不断膜；另外在调节升降螺母时会使载物台晃动，晃动就容易膜断裂，使测量精度降低仪器没有加热装置所以只能测量室温环境下的液体表面张力系数，测量需要温度下的液体表面张力系数有一底座1，底座1上固定一L形立柱2，固定滑块6固定在立柱上升降滑块8与固定滑块6燕尾槽滑动配合力敏传感器悬臂固定在升降滑块8上，铝合金吊环14、小型水平仪1都安装在一形固定架上，小型水平仪采用的塑料圆柱水准泡，水平调节钮与悬挂细线11相连，固定架用细线11连接悬挂在力敏传感器上调节细线长度吊环14调水平；吊环从液面拉脱通过转动升降调节手轮3齿传动装置升降滑块8即可实现晃动；恒温加热套16的可控温加热装置泰亚赛福数显恒温加热套可对不同温度下的液体表面张力系数进行测量；吊环测量时处于水平状态吊环精度高，稳定性好，使用方便，mm,内径D2=33.10mm。 4.2 用改进后的液体表面张力系数测定仪测量纯水的液体表面张力系数，测量结果如下： 先将吊环调水平，再调节升降手轮使吊环上升，记录吊环在即将拉断液柱时数字电压表读数U1，拉断时数字电压表的读数U2，结果见表2。 表2 纯水的表面张力系数测量 (水的温度25.00℃) 测量次数 U1/mV U2/mV /mV f/×1