[发明专利]一种基于分析天平的界面张力和接触角测试装置和方法

权利要求书

1.一种基于分析天平的界面张力和接触角测试装置，其特征在于，包括：升降系统、升降系统支架、恒温样品池、样品台、称重系统，所述称重系统包括白金板、白金板支架、挂钩支架、样品支架、分析天平，样品台一侧固定安装在升降系统的输出端，样品台上安装有恒温样品池，恒温样品池中设置有白金板，白金板通过白金板支架和挂钩支架安装在样品支架顶端，样品支架底端安装在分析天平上。

2.根据权利要求1所述的基于分析天平的界面张力和接触角测试装置，其特征在于，所述升降系统由壳体、手轮、电机、升降运动面板、限位开关、丝杆、滑块、导轨系统、联轴器、控制接口，手轮位于电机的上方并与电机相连接，电机固定到壳体上，电机的输出端通过联轴器与丝杆相连接，丝杆上设有滑块，滑块的两侧设有导轨系统，丝杆的顶端和低端分别设置有一个限位开关。

3.根据权利要求1所述的基于分析天平的界面张力和接触角测试装置，其特征在于，所述称重系统的样品支架设计成C形，C形的样品支架底部固定到分析天平的托盘孔内，挂钩支架下方吊挂有白金板。

4.根据权利要求1所述的基于分析天平的界面张力和接触角测试装置，其特征在于，还包括称重传感器和单片机，称重传感器安装在样品台的下方或后方，称重传感器与单片机电连接。

5.根据权利要求1所述基于分析天平的界面张力和接触角测试装置的界面张力和接触角测试算法，其特征在于，包括以下步骤：

一、形成白金板静置于液体液面的状态，升起样品台，被测液体同时被升起，保持白金板法静置不动；查找液体液面，具体实施方式如下，通过设置相应的阀值或0.1mg，当分析天平读到相应的重量变化后，即认为已经找到液面；一旦查找到液面后，样品台即停止上升，让白金板保持到样品近似样品液面的位置；

二、设计公式：

其中：如上公式（1）为白金板法Young-Laplace公式;w为白金板长度，d为白金板厚度,Δρ为液体密度差，σ为表面张力值，θ为接触角值，x为液面曲面的长度,y和h为液面曲面的高度,t为时间,mass为分析天平称得的重量,h为液面的爬升高度，g为重力系统，V为润湿速度,η为样品粘度；在液体一接触到白金板后即会在白金板表面爬升，软件动态记录相应的爬升速度，并采用联立公式2,3,6，使用龙格库拉或欧拉法法求解方法，拟合得到实际(x,y)曲线，绘制成曲线;当液体爬升达到最大爬升速度后，相应的测力值即会保持不变，如果被测试液体为表面活性剂或有粘度样品，达到最大值后，曲线仍有变动;在应用时，取其中一段时间的变化曲线作为速度值；

三、联立方程组1,4,5采用龙格库拉或欧拉法法求解方程组，并将求解得出，对于任意表面张力值、接触角值和高度的情况下，利用分析绘图的方式，显示相应的理论曲线以及曲线上的各个坐标点（xi,yi），计算得出相应的高度值h和接触角值θ；

四、将如上步骤二的实际速度曲线与如上步骤三所述的理论速度曲线采用最小二乘法拟合，即可得出相应的高度和接触角值；同时，完成液面曲面包围液体的浮力计算；

五、对于动态表面张力测试过程中，由于体系的密度可视为几乎不变，相应的接触角变化范围很小，为了方便起见，采用初始计算得出的接触角值参与最终计算。

6.根据权利要求5所述基于分析天平的界面张力和接触角测试装置的界面张力和接触角测试算法，其特征在于，该算法简化了的白金板法计算公式，采用了1mN/m=0.048544mg/m或1mN/m=0.049456mg作为计算表面张力的单位换算公式。