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原文传递一种表面张力系数测量装置及其测量方法

专利名称：	一种表面张力系数测量装置及其测量方法
摘要：	本发明公开了一种表面张力系数测量装置及其测量方法，包括光源、狭缝光阑、半透半反镜、线阵CCD及平板；准直平行的光束经狭缝光阑调节光束边缘后经半透半反镜竖直照射在平板附近的弯曲液面；线阵CCD采集被弯曲液面反射光信号转换数据，传输至计算机；本发明通过光阑控制光束边缘位置实现激光束扫描弯曲液面，获得由探测距离不同引起的反射光场边缘相对位置改变来确定液面斜率，通过测量入射光束边界光线位置相对改变量和与之对应的液面斜率，结合本发明给出的解析关系获得表面张力系数；本发明所述测量装置采用完全相对测量，在理论上消除了接触角的影响，有效避免系统误差的同时还具有实时、无损、非接触的特点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	陕西科技大学
发明人：	罗道斌;骞来来;师博;秦毅盼;岳宗敏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910244562.3
公开号：	CN109813636A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	徐文权
分类号：	G01N13/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N13
申请人地址：	710021 陕西省西安市未央区大学园1号
主权项：	1.一种表面张力系数测量装置，其特征在于，包括光源(1)、狭缝光阑(4)、半透半反镜(5)、线阵CCD(6)、计算机(7)及平板(8)；光源(1)用产生光束，光束为平行光线；狭缝光阑(4)设置在平行光线的路径上，平行光线通过狭缝光阑(4)经半透半反镜(5)反射后，形成竖直向下的平行光线；平板(8)设置在待测液体内，竖直向下的平行光线竖直照射待测液体，且位于平板(8)两侧；线阵CCD(6)可移动设置在待测液体的上方，竖直向下的平行光线经待测液体反射后经半透半反镜(5)后照射在线阵CCD(6)上；线阵CCD(6)采集光信号后转换为数据信号，且将数据信号传输至计算机(7)。 2.根据权利要求1所述的一种表面张力系数测量装置，其特征在于，光源(1)采用激光器。 3.根据权利要求1所述的一种表面张力系数测量装置，其特征在于，还包括扩束器(2)和凸透镜(3)，扩束器(2)和凸透镜(3)依次设置在光源(1)和狭缝光阑(4)之间且位于光线的路径上。 4.根据权利要求1所述的一种张力系数测量装置，其特征在于，狭缝光阑(4)采用宽度可调的狭缝光阑。 5.根据权利要求1所述的一种张力系数测量装置，其特征在于，还包括支架(9)，支架(9)包括支架杆(91)、底座(92)、X轴调节旋钮(93)、Y轴调节旋钮(94)及Z轴调节旋钮(95)，支架杆(91)可滑动设置在底座(92)上，线阵CCD(6)安装在支架杆(91)上，X轴调节旋钮(93)用于调节支架杆(93)X轴方向的位移，Y轴调节旋钮(94)用于调节支架杆(94)Y轴方向的位移，Z轴调节旋钮(95)用于调节支架杆(95)Z轴方向的位移。 6.根据权利要求1所述的一种张力系数测量装置，其特征在于，半透半反镜(5)倾斜设置在待测液面的上方，半透半反镜(5)与水平面之间的夹角为45°。 7.一种表面张力系数测量方法，其特征在于，利用权利要求1-6任意一项所述的表面张力系数测量装置，包括以下步骤：步骤1、开启光源1，调整狭缝光阑4限制平行光线边界，平行光线通过半透半反镜(5)反射，形成竖直向下的平行光线；竖直向下的平行光线经弯曲液面反射后照射在线阵CCD(6)上，记录竖直向下的平行光线边界入射光线在弯曲液面上的横坐标xi；步骤2、利用线阵CCD(6)采集光信号，获得亮场边缘位置及线阵CCD(6)的位置；然后沿竖直方向移动线阵CCD(6)，记录亮场边缘位置及线阵CCD(6)的位置；得到线阵CCD(6)位置竖直位移变化量Δhi及亮场边缘位移改变量ΔLi；计算得到弯曲液面上i点的斜率z′i及与斜率z′i有关的变量f(z′i)；步骤3、调整狭缝光阑4限制平行光线的边界，记录竖直向下的平行光线边界入射光线在弯曲液面上的横坐标xj，得到边界入射光线在弯曲液面i点与j点之间的位置变化量Δxij；步骤4、重复步骤2，得到弯曲液面上j点的斜率z′j及与斜率z′j有关的变量f(z′j)；步骤5、求解表面张力系数γ；步骤6、重复步骤2-5，对得到的多组表面张力系数值，取算术平均值获得最终的表面张力系数。 8.根据权利要求7所述的一种表面张力系数测量方法，其特征在于，步骤2中弯曲液面上i点的斜率z′i及与斜率z′i有关的变量f(z′i)的数学表达式分别为； 9.根据权利要求7所述的一种表面张力系数测量方法，其特征在于，步骤4中弯曲液面上j点的斜率z′j及与斜率z′j有关的变量f(z′j)的数学表达式分别为：其中，Δhj为平行光线边界入射光线在弯曲液面上j点时线阵CCD位置竖直位移变化量， ΔLj为平行光线边界入射光线在弯曲液面上j点时亮场边缘位置位移变化量； z′j为弯曲液面上j点的斜率。 10.根据权利要求7所述的一种表面张力系数测量方法，其特征在于，步骤5中待测液体表面张力系数γ的数学表达式为：其中，ρ为液体密度，g为重力加速度。
所属类别：	发明专利