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专利名称：基于液滴轮廓曲线四测量点的液体界面张力的测量方法
技术领域：
本发明涉及液体性能测试技术领域，特指一种通过测量轴对称液滴轮廓曲线上与选定的四个测量点相关的几何参数和计算相关的液体体积从而实现液体界面张力测量的方法，其适用于对小体积量液体的界面张力的测量，尤其适用于液滴轮廓曲线出现局部残缺情况下的液体界面张力的测量。
背景技术：
液体界面张力在化工、医学、材料、生物等领域扮演着重要的角色，决定着多种与液体相关的过程如农药喷雾、织物洗涤、金属溶体微观成形等过程的实现。对液体表面张力的测量是实现其应用的基础。目前，作为测量液体界面张力的一种典型方法，滴外形法由于具有所需液滴体积小、适用于极端环境如高温高压环境等优点而受到广泛关注[A.W. Adamson andA.P. Gast, Physical Chemistry of Surfaces(Wiley, New York, 1997), p.362.] 该方法需要模拟计算出与实验液滴轮廓曲线吻合的理论轮廓曲线并从模拟过程所采用的参数中推导出液体的界面张力[M. Hoorfar and A. ff. Neumann, Adv. Colloid Interf.Sc1. 121，25 (2006)]，测试方法不够直接，而且由于涉及到求解微分方程，不利于一般专业技术人员的掌握。针对这些问题，我们提出“基于轴对称液滴轮廓曲线和重量的液体界面张力测量方法”和“基于轴对称液滴轮廓曲线和体积的液体表面张力测量方法”，能够实现液体界面张力的直接测量。但这两种方法所采用的液滴轮廓曲线在顶点处的曲率半径是通过近似计算得到的，所以该方法的测试精度受到限制；同时，由于这两种方法依赖于液滴轮廓曲线顶点的存在(需要测量给定位置到液滴轮廓曲线顶点间的距离)，所以仅具有有限的适用范围。为弥补这两种方法的不足，我们提出“基于液滴轮廓曲线两测量点的液体表面张力的测量方法”。这种方法不依赖于液滴轮廓曲线顶点及其曲率半径，但要求在液滴轮廓曲线上选定的两测量点要在同一竖直线上，这同样限制了测试方法的适用范围。为改进这种方法，拓展液体界面张力直接 测量方法的应用范围，我们提出“基于液滴轮廓曲线三测量点的液体表面张力的测量方法”，这种方法能够用于液滴轮廓曲线与辅助测试平台表面(或轴对称辅助支承表面)形成的接触角小于90度的情况，而且可处理具有少量轮廓曲线不清晰的情况，但该方法要求三测量点间的液滴轮廓曲线不能缺失，这使得该方法仅能在一段连续的轮廓曲线上实现，若液滴轮廓曲线由于测试的原因而发生多个局部点缺失的情况，如附

图1所示，其中(a)为座滴法的情况，(b)为悬滴法的情况，液滴轮廓曲线I不仅在与辅助测试平台2表面(或轴对称辅助支承表面2)的接触点附近和液滴轮廓曲线顶点附近出现不连续，液滴轮廓曲线在其高度方向的中部还出现缺陷，三测量点方法在这种情况并不适用。而且，该方法并不能利用液滴轮廓曲线的多段连续轮廓，使所测量的数据仅来自于局部的液滴轮廓曲线，容易引起较大的测量误差。为此，本发明提出通过在液滴轮廓曲线上设置两对连续的测量点并对与四个测量点相关的几何参数和液体体积进行测量和计算来实现液体界面张力的测量的方法，解决三测量点方法中的问题，实现范围更广的液体界面张力的测量。

发明内容
本发明的目的是提供一种通过测量轴对称液滴轮廓曲线上与选定的四个测量点相关的几何参数和相关的液体体积来实现液体界面张力直接测量的方法，实现广泛微量液体以及高温高压等严峻环境下的液体界面张力的测量，尤其适用于液滴轮廓曲线有少量缺失情况下的液体的界面张力测量。本发明按下述技术方案实现—种基于液滴轮廓曲线四测量点和体积的液体界面张力的测量方法，是采用图像采集设备(如接触角测量仪、CCD)摄制液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片(座滴法)或液滴悬挂于水平放置的轴对称辅助支承表面下的图片(悬滴法)，对图片进行处理提取液滴轮廓曲线；在液滴轮廓曲线上选取四个测量点，测量出液滴轮廓曲线上与选定的四个测量点相关的几何参数；根据液滴轮廓曲线计算出与四个测量点相关的液体体积；将测量的几何参数和液滴体积代入本专利提供的计算公式即可直接计算出液体的界面张力。上述方法中，测量的液滴轮廓曲线的几何参数是以四个测量点为基准的几何参数，包括第一测量点与第二测量点之间的竖直距离H1、第二测量点与第三测量点之间的竖直距离H2、第三测量点与第四测量点之间的竖直距离H3、过第一测量点的水平线与液滴轮廓曲线的交点与该测量点之间的距离2Γι、过第二测量点的水平线与液滴轮廓曲线的交点与该测量点之间的距离2r2、过第三测量点的水平线与液滴轮廓曲线的交点与该测量点之间的距离2r3、过第四测量点的水平线与液滴轮廓曲线的交点与该测量点之间的距离2r4、液滴轮廓曲线在第一测量点处的切线与水平线之间的夹角Θ1、液滴轮廓曲线在第二测量点处的切线与水平线之间的夹角Θ 2、液滴轮廓曲线在第三测量点处的切线与水平线之间的夹角θ3和液滴轮廓曲线在第四测量点处的切线与水平线之间的夹角θ4这几个简单几何参数。上述方法中，与测量点相关的液体体积为两相邻测量点形成的水平面之间所包围
的液体体积，通过公式
权利要求
1.一种基于液滴轮廓曲线四测量点的液体界面张力的测量方法，是采用图像采集设备摄制液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片或液滴悬挂于水平放置的轴对称辅助支承表面下的图片，对图片进行处理提取液滴轮廓曲线；在液滴轮廓曲线上选取四个测量点，测量相邻测量点间的竖直距离、每个测量点处过测量点的水平线与液滴轮廓曲线的交点间的距离、每个测量点处的液滴轮廓曲线的切线与水平线之间的夹角；根据液滴轮廓曲线计算出与四个测量点相关的液体体积；根据下述公式计算出液体的界面张力 当液滴轮廓曲线提取于液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片时，界面张力计算公式是:
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述与测量点相关的液体体积，为每组的两个测量点形成的水平面之间所包围的液体体积，通过公式a A进行计算，其中V为所求体积，h为图像每个像素的真实高度，i为所计算的像素层，i = O为下测量点所在的像素层，F = N为上测量点的像素层，Γ 为第i像素层上的液滴轮廓曲线的半径。
全文摘要
本发明涉及一种基于液滴轮廓曲线四测量点的液体界面张力的测量方法，该方法是采用图像采集设备摄制液滴在辅助测试平台上表面上铺展的图片或液滴悬挂于水平放置的轴对称辅助支承表面下的图片，对图片进行处理提取液滴轮廓曲线；在液滴轮廓曲线上选取四个测量点，测量相邻测量点间的竖直距离、每个测量点处过测量点的水平线与液滴轮廓曲线的交点间的距离、每个测量点处的液滴轮廓曲线的切线与水平线之间的夹角；根据液滴轮廓曲线计算出与四个测量点相关的液体体积；根据公式计算出液体的界面张力。本发明不需要液滴轮廓曲线具有连续性，能够充分利用液滴轮廓曲线的多段连续轮廓曲线段以实现液体界面张力的测量，测量点的选取方法具有更多的选择。
文档编号G01N13/02GK103063548SQ20121056609
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者李健 申请人:江苏大学