Тензиометр

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Филатов Сергей Александрович Кумейша Павел Николаевич Шамашова Татьяна Сергеевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Тензиометр, содержащий термостабилизированную камеру с размещенными в ней системой освещения образца, цифровой системой регистрации изображения образца,устройством фокусировки изображения образца, включающим объектив, измерителем температуры, выполненным в виде бесконтактного оптического датчика, устройством автоматического нанесения капли, системой терморегуляции, выполненной в виде элементов Пельтье, и микропроцессорное устройство, соединенное с измерителем температуры,выполненным в виде бесконтактного оптического датчика, и цифровой системой регистрации изображения образца, отличающийся тем, что микропроцессорное устройство установлено в термостабилизированной камере термостабилизированная камера дополнительно снабжена зеркалами, установленными под углом 45 к оптической оси цифровой системы регистрации изображения, и расположена в переносном корпусе, при этом в корпусе выполнено отверстие для нанесения капли на исследуемый образец, причем устройство автоматического нанесения капли установлено над отверстием в корпусе, а система освещения образца выполнена в виде равномерно освещенного экрана. Техническое решение относится к измерительной технике, в частности к приборам для измерения поверхностного натяжения жидкостей, и может быть использовано в молекулярной физике, теплофизике, физической химии, при производстве наноразмерных материалов, модификации поверхности стекла и полимеров, а также в текстильной промышленности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению, выбранным в качестве прототипа, является тензиометр 1. Указанное устройство содержит теплоизолированную (термостабилизированную) камеру с размещенными в ней предметным столиком, измерителем температуры, системой терморегуляции и системой освещения образца, а также объектив. Термостабилизированная камера дополнительно снабжена цифровой системой регистрации изображения образца, устройством фокусировки изображения образца, включающим объектив, при этом предметный столик с расположенным над ним устройством автоматического нанесения капли оборудован системой поворота и наклона на произвольный угол и установлен между системой освещения образца и объективом, причем система терморегуляции выполнена в виде элементов Пельтье, а тензиометр снабжен микропроцессорным устройством, соединенным с измерителем температуры, выполненным в виде бесконтактного оптического датчика, и цифровой системой регистрации изображения образца. Тензиометр работает следующим образом. Перед началом измерений в термостабилизированной камере устанавливают заданную температуру с помощью системы терморегуляции, выполненной с использованием элементов Пельтье и предназначенной для регулирования температуры и обеспечения равенства температур поверхности, капли и окружающей их атмосферы в термостабилизированной камере, измеренную измерителем температуры, выполненным в виде бесконтактного оптического датчика, при включенной системе освещения. На поверхность предметного столика помещается исследуемый образец, на который наносят с помощью устройства автоматического нанесения капли, например микропипетки, каплю жидкости с известными свойствами, температура которой равна температуре поверхности. После чего осуществляют фокусировку изображения капли жидкости с помощью устройства фокусировки изображения образца, включающего объектив, и осуществляют регистрацию изображения капли с помощью цифровой системы регистрации изображения образца. Затем с помощью микропроцессорного устройства, соединенного с измерителем температуры и цифровой системой регистрации изображения и предназначенного для определения параметров образца по стандартному методу, определяют величины краевого угла смачивания и рассчитывают параметры исследуемой поверхности, например свободную энергию поверхности с использованием стандартных методик Зисмана, Фоукса, Ву, Шульца, Осса, Гуда и методики Оуэна, Вендта, Рабеля,Кельбеля. При исследовании свойств анизотропной поверхности дополнительно осуществляют регистрацию краевого угла смачивания при различных регистрируемых углах поворота предметного столика с помощью системы поворота и наклона предметного столика на произвольный угол. При необходимости исследования динамики изменения величины краевого угла смачивания ведут регистрацию изменений краевого угла смачивания при постоянной температуре исследуемого образца, определенной измерителем температуры в различные моменты времени после нанесения капли жидкости. В системе освещения образца используют, например, монохроматический источник излучения для улучшения геометрии излучения за счет уменьшения хроматических обераций. Кроме монохроматического источника излучения можно использовать конденсор, формирующий 2 74972011.08.30 параллельный пучок света в направлении объектива цифровой системы регистрации для улучшения контрастности изображения. Недостатком указанного устройства является невозможность неразрушающего контроля свойств исследуемых образцов с большой площадью поверхности и необходимость подготовки из исследуемого образца дополнительного образца для помещения его на предметный столик. Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности устройства за счет неразрушающего контроля свойств образцов. Задача решается следующим образом. Известный тензиометр содержит термостабилизированную камеру с размещенными в ней системой освещения образца, цифровой системой регистрации изображения образца,устройством фокусировки изображения образца, включающим объектив, измерителем температуры, выполненным в виде бесконтактного оптического датчика, устройством автоматического нанесения капли, системой терморегуляции, выполненной в виде элементов Пельтье, и микропроцессорное устройство, соединенное с измерителем температуры, выполненным в виде бесконтактного оптического датчика, и цифровой системой регистрации изображения образца. Согласно предлагаемому техническому решению, микропроцессорное устройство установлено в термостабилизированной камере термостабилизированная камера дополнительно снабжена зеркалами, установленными под углом 45 к оптической оси цифровой системы регистрации изображения, и расположена в переносном корпусе,при этом в корпусе выполнено отверстие для нанесения капли на исследуемый образец,причем устройство автоматического нанесения капли установлено над отверстием в корпусе, а система освещения образца выполнена в виде равномерно освещенного экрана. Данное устройство позволяет исследовать свойства поверхности массивных образцов без их разрушения. На фигуре показана схема общего вида предлагаемого устройства. Устройство содержит компактный переносной корпус 1 с отверстием 2 для нанесения капли на исследуемый образец 13 и размещенной в нем термостабилизированной камерой 3. Термостабилизированная камера 3 содержит систему 4 освещения образца, выполненную в виде равномерно освещенного экрана, формирующего параллельный пучок света в направлении зеркал 5, установленных под углом 45 к оптической оси цифровой системы 6 регистрации изображения таким образом, что пучок света от осветителя 14, отражаясь от зеркал 5, попадает на объектив 7 цифровой системы 6 регистрации изображения образца 13. Цифровая система 6 регистрации изображения образца 13 включает объектив 7,устройство 8 фокусировки изображения образца 13 за счет перемещения объектива 7 относительно цифровой системы 6 регистрации изображения образца 13, микропроцессорное устройство 9 определения параметров образца 13 по стандартному методу,соединенное с измерителем 10 температуры, выполненным в виде бесконтактного оптического датчика, и цифровой системой 6 регистрации изображения образца 13, и устройство 11 автоматического нанесения капли, установленное над отверстием 2 для нанесения капли на исследуемый образец 13. Причем измеритель 10 температуры и термостабилизированная камера 3 обеспечивают нагрев (охлаждение) жидкости до температуры исследуемой поверхности с помощью системы 12 терморегуляции, выполненной в виде элементов Пельтье. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Перед началом измерений компактный переносной корпус 1 с отверстием 2 для нанесения капли на исследуемый образец и с размещенной в нем термостабилизированной камерой 3 устанавливают на поверхность исследуемого образца 13, измеряют температуру исследуемого образца 13 с помощью измерителя 10 температуры, выполненного в виде бесконтактного оптического датчика, и стабилизируют температуру камеры 3 с помощью системы 12 терморегуляции, выполненной в виде элементов Пельтье. На исследуемый об 3 74972011.08.30 разец 13 наносят каплю жидкости с известными свойствами, например бидистиллированную воду, с помощью устройства 11 автоматического нанесения капли, установленного над отверстием 2 для нанесения капли на исследуемый образец 13, например микропипетки. С помощью системы 4 освещения образца, выполненной в виде равномерно освещенного экрана, формируется пучок света в направлении зеркал 5, установленных под углом 45 к оптической оси цифровой системы 6 регистрации изображения образца таким образом, что, отражаясь от зеркал 5, пучок света от осветителя 14 попадает на объектив 7 цифровой системы 6 регистрации изображения образца. Фокусировку изображения капли жидкости осуществляют с помощью устройства 8 фокусировки изображения образца за счет перемещения объектива 7 относительно цифровой системы 6 регистрации изображения образца 13. С помощью микропроцессорного устройства 9, соединенного с измерителем 10 температуры, выполненным в виде бесконтактного оптического датчика, и цифровой системой 6 регистрации изображения образца 13 и предназначенного для определения параметров образца по стандартному методу, определяют величины краевого угла смачивания и расчета параметров исследуемой поверхности, например свободной энергии поверхности с использованием стандартных методик Зисмана, Фоукса, Ву,Шульца, Осса, Гуда и методики Оуэна, Вендта, Рабеля, Кельбеля. При необходимости исследования динамического краевого угла смачивания ведется регистрация зависимости краевого угла смачивания от времени при постоянной температуре образца 13, измеренной измерителем 10 температуры, выполненным в виде бесконтактного оптического датчика. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет проводить неразрушающий контроль свойств образцов с большой площадью поверхности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4