[发明专利]液体表面张力系数测量仪

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种物理实验装置，特别是一种测量不同温度的液体表面张力系数测量仪。

背景技术

在物理实验装置中，尤其是热力学实验装置中，经常要涉及测定测量不同温度的液体表面张力系数实验。液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩，犹如张紧的弹性薄膜。由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。表面张力的存在使液面产生许多特有现象，如润湿现象，毛细现象，水面波的传播，这些现象在工业、农业和日常生活中有很多应用。

液体表面张力的测量方法很多，有拉脱法、毛细管法、垂滴法等，现在一般都是采用力敏传感器用拉脱法测量液体表面张力，其测量原理如下：

设想在液面上作长为L的线段，线段两侧液面便有张力f相互作用，其方向与L垂直，大小与线段长度L成正比。即有

f＝αL                    (1)

比例系数α称为液体表面张力系数，其单位为N·m^-1。

将一表面洁净的长为L、宽为d的矩形金属片(或金属丝)竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜将要破裂时，则有

F＝mg+f                   (2)

式中F为把金属片拉出液面时所用的力；mg为金属片和带起的水膜的总重量；f为表面张力。此时，矩形金属片与液面接触线总长为2(L+d)，由(1)，(2)式可得

α=F-mg2(L+d)---(3)]]>

若用金属环代替金属片，则有

α=F-mgπ(D1+D2)---(4)]]>

式中D₁、D₂分别为圆环的内外直径。

硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正比。即：

U＝BF                    (5)

式中，F为外力大小，B为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，U为传感器输出电压的大小。

由于环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表的读数值U₁＝B(mg+f)，液膜拉断后一瞬间数字电压表的读数值U₂＝Bmg，则两电压的差值

ΔU＝U₁-U₂＝Bf                (6)

则通过压力传感器测得的液体表面张力为

f＝(U₁-U₂)/B                  (7)

如果用一个金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器到的拉力差值f为

f＝απ(D₁+D₂)                              (8)