表面張力儀測試原理分類

更新時間：2021-01-06

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表面張力儀快速、可靠的質量控制模式。設定測量參數后可以準確測量并顯示表面張力值。能夠設定測量范圍、測試數據數目、測量的平均值，。是用于生產過程中的連續監控模式。用戶能夠容易調整測量參數。表常用的測試方法有白金板法、白金環法、懸滴法、滴體積法、氣泡壓法等幾種方法。接下來簡單介紹一下其中常用的幾種方法。

表面張力儀根據所使用的技術不同，按測試原理可分為如下幾類：

1、鉑金環法

又稱環法，圓環法。白金環法的測量方法為：將白金環輕輕地浸入液體內；白金環慢慢地往上提升，即液面相對而言下降，使得白金環下面形成一個液柱，并終與白金環分離。白金環法就是去感測一個高值，而這個高值形成于白金環與液體樣品將離而未離時。這個高值轉化為表面張力值的精度取決于液體的粘度。由于這個方法很早被使用，故而原有表面張力測定儀基本均采用這種方法，現有很多數據也是用這種方法測得。

作用于液體表面，使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力。它產生的原因是液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，表面層里的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現為引力。就象你要把彈簧拉開些，彈簧反而表現具有收縮的趨勢。

2、鉑金板法

當感測白金板浸入到被測液體后，白金板周圍就會受到表面張力的作用，液體的表面張力會將白金板盡量地往下拉。當液體表面張力及其他相關的力與平衡力達到均衡時，感測白金板就會停止向液體內部浸入。這時候，儀器的平衡感應器就會測量浸入深度，并將它轉化為液體的表面張力值。

具體測試過程中，白金板法的測試步驟為：

(1)將白金板逐漸浸入液體

(2)在浸入液體表面狀態下，由感應器感測平衡值

(3)將感應到的平衡值轉化為表面張力值，并顯示出來

3、大氣泡法表面張力儀

又稱泡壓法表面張力儀,BPA表面張力儀。其基本原理為A為表面張力儀，其中間玻璃管F下端一段直徑為0.2mm-0.5mm的毛細管，B為充滿水的抽氣瓶，C為U型壓力計，內盛比重較小的水或酒精、甲苯等，作為工作介質，以測定微壓差。將待測表面張力的液體裝于表面張力儀中，使F管的端面與液面相切，液面即沿毛細管上升，打開抽氣瓶的活塞緩緩抽氣，毛細管內液面上受到一個比A瓶中液面上大的壓力，當此壓力差—附加壓力(Δp=p大氣-p系統)在毛細管端面上產生的作用力稍大于毛細管口液體的表面張力時，氣泡就從毛細管口脫出，此附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關系式為:Δp=2σ/R，式中，Δp為附加壓力；σ為表面張力；R為氣泡的曲率半徑。如果毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當氣泡開始形成時，表面幾乎是平的，這時曲率半徑大;隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時曲率半徑R和毛細管半徑r相等，曲率半徑達小值，根據上式這時附加壓力達大值。氣泡進一步長大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。根據上式，R=r時的z大附加壓力為:Δpz大=2σ/r或σ=(r/2)Δpz大。實際測量時，使毛細管端剛與液面接觸，則可忽略氣泡鼓泡所需克服的靜壓力，這樣就可直接用上式進行計算。當用密度為ρ的液體作壓力計介質時，測得與Δpz大相適應的z大壓力差為Δhz大則:σ=(r/2)ρgΔh，當將(r/2)ρg合并為常數K時，則上式變為:σ=KΔh，式中的儀器常數K可用已知表面張力的標準物質測得。

缺點：（1）這種表面張力儀通常用于分析表面活性劑反應速度快的樣品的測值，如毫秒級的，另一種應用是用于現場估算用。但一定要注意毛細管內壁的清洗與否一定會影響到測值結果的。（2）壓力傳感器的精度會影響到測值。

4、懸滴法表面張力儀

又稱滴體積法表面張力儀，滴重法表面張力儀，表面張力儀。其基本原理為：當液體自管口滴落時，液體的大小與液體的密度和表面張力有關。落滴重量與管口半徑與液體表面張力有關。此方法免除了對接觸角的要求，擴大了滴外形方法的應用范圍，但此方法對防震蕩要求相當高，否則難以得到正確的懸滴外形曲線。同時，本方法對像素要求較高，其精度取決于分析圖像捕捉過程的像素多少。常用于以下情況：

（1）空氣環境或壓力環境下，真空或惰性氣體條件下測試表面張力或界面張力值；

（2）高溫條件下測試物體如錫、煤、瀝清的表面張力或界面張力值；

（3）高粘度樣品的表面張力或界面張力測值。

5、旋轉滴法表面張力儀

遠遠低于液體表面張力的z低值的界面張力，我們稱為超低界面張力。而這個范圍差不多不10-3mN/m。由于這個表面張力值用以上方法表面張力儀均無法準確測到，所以，我們只能用旋轉滴法表面張力儀測試。其原理為：通過測定一種液體在不相溶的另一種液體中的停滴的赤道寬度及赤道至液體滴頂點高度，通過計算公式計算出這兩種液體的界面張力值。而要注意的是，他測得的是界面張力值，必須要求有兩相形成。

采用本方法的儀器只是講理論上可以分辨到某個數量級的表面張力或界面張力值，如果非得測試值，現在的技術來講是有困難的。采用本方法的表面張力儀通常用于如下情況下：

（1）油田三次采油分析表面活性劑或三元驅或二元驅的表面張力及界面張力值時用。

（2）化妝品行業微乳的界面張力分析。