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便攜式表面張力儀和氣泡壓力法表面張力計介紹
來源：上海謂載 瀏覽 1073 次 發(fā)布時間:2021-04-29
基于稱重原理的表面張力計通常需要高精度的傳感器。例如，精度為0.1毫克的分析天平通常應(yīng)用于精度為0.1毫牛頓/米的表面張力計，而精度為0.01毫克(10微克)的分析天平通常應(yīng)用于精度為0.01毫牛頓/米的表面張力計。
表面張力儀是測量液體表面張力以及液-液界面張力值的專業(yè)分析儀器。通常而言，提及的表面張力儀是指鉑金板法這樣的基于稱重原理的表面張力儀。
由于目前的分析天平技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，且在表面張力測試時的高精度要求，除非是教學(xué)實(shí)驗(yàn)可以選購如A3或A5型的表面張力儀外，對于傳感器的選購而言，最低要求為萬分之一的分析天平，即分辨率為0.1mg的分析天平，基本要求是十萬分之一的分析天平，即0.01mg的分析天平。具體原理以及技術(shù)要求，可參考上海梭倫或美國科諾提供的表面張力測試原理或表面張力儀的相關(guān)介紹PPT中。
在表面張力儀的具體應(yīng)用中，分析天平對實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件有一定的要求，如需要通用源、有一定重量、不易攜帶等。因此，對于一些便攜式表面張力測量應(yīng)用，需要便攜式的用戶通常不會購買基于稱重原理的表面張力測量儀。
表面張力計這一部分的潛在用戶的選擇是長期購買便攜式表面張力計。這種便攜式表面張力計通常采用氣泡壓力法或最大氣泡壓力法的原理。較大汽泡法表面張力儀一般分成二種設(shè)計方案，這種是立即設(shè)計方案出這種便攜式的鼓包設(shè)備，一起在該設(shè)備中設(shè)計方案了液位傳感器，根據(jù)載入液位傳感器的值，變換為相對的界面張力值；另一種是桌面設(shè)計，如稱重法表面張力儀，用于分析動態(tài)表面張力，分析表面活性劑的動態(tài)吸附。事實(shí)上，后者的含義已經(jīng)偏離了便攜式表面張力計的應(yīng)用目標(biāo)，因此超出了本文的范圍。
市場上銷售的便攜式表面張力儀通常應(yīng)用于如電鍍液品質(zhì)控制、薄膜印刷等等應(yīng)用環(huán)境，但是，便攜式表面張力儀的先天性缺陷造成其實(shí)際應(yīng)用結(jié)果并不理想。氣泡法原理的便攜式表面張力儀事實(shí)上存在非常嚴(yán)重的先天性缺陷：
1、毛細(xì)管管徑（內(nèi)徑）與鼓泡氣路管徑存在明顯的偏小問題。這就造成測得的壓力值明顯偏大于實(shí)際通過Young-Laplace方程計算得到的壓力值，從而導(dǎo)致測值誤差較大。
2、無法測試得到平衡表面張力值或測試表面張力值與稱重原理的表面張力儀測值偏差太遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)重復(fù)性差。特別是表面活性劑的表面張力測量，通常僅得到過程中一段的數(shù)據(jù)而不是最終平衡值。
3、測試時間過長，測試操作過于復(fù)雜。
4、測試毛細(xì)管清洗存在較大困難，更換成本較高。
5、儀器價格過高，不利于成本控制。
6、最為嚴(yán)重的問題在于：氣泡法表面張力儀通常是通過已知液體標(biāo)定出系統(tǒng)參考，而標(biāo)定液通常為蒸餾水，是一個靜態(tài)不變的體系，與實(shí)際測試的表面活性劑或混合液的表面張力值的動態(tài)體系是不一致的，因而，測試數(shù)據(jù)的可靠性存在問題。
7、測試的表面張力值無法得到分層表面張力結(jié)果。
表面張力儀是測量液體表面張力（更精確地說是液-氣表面張力）以及液-液界面張力值的專業(yè)分析儀器。通常而言，提及的表面張力儀是指鉑金板法（Wilhelmy Plate Method）和鉑金環(huán)法(DuNouy Ring method）這樣的基于稱重原理的表面張力儀。稱重原理的表面張力儀通常對于傳感器的精度要求較高，如0.1mg精度的分析天平通常應(yīng)用于0.1mN/m精度要求的表面張力儀中，而0.01mg（10ug)的分析天平通常應(yīng)用于0.01mN/m的表面張力儀中。由于目前的分析天平技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，且在表面張力測試時的高精度要求，除非是教學(xué)實(shí)驗(yàn)可以選購如A3或A5型的表面張力儀外，對于傳感器的選購而言，最低要求為萬分之一的分析天平，即分辨率為0.1mg的分析天平，基本要求是十萬分之一的分析天平，即0.01mg的分析天平。具體原理以及技術(shù)要求，可參考上海梭倫或美國科諾提供的表面張力測試原理或表面張力儀的相關(guān)介紹PPT中。
表面張力儀在具體應(yīng)用中，由于分析天平對于實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件有一定要求，如需要通用源、有一定重量而不易攜帶等，因而，對于一部分便攜式要求的表面張力測量應(yīng)用，稱重原理的表面張力儀通常不被便攜要求的用戶所采購。這部分表面張力儀潛在用戶的選擇在很長時間內(nèi)選購了便攜式表面張力儀。這種便攜式表面張力儀通常采用的原理為泡壓法或最大氣泡法原理（Max bubble Pressure method)。最大氣泡法表面張力儀通常分為兩種設(shè)計，一種是直接設(shè)計出一種手持式的鼓泡裝置，同時在該裝置中設(shè)計了壓力傳感器，通過讀取壓力傳感器的值，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的表面張力值；另一種是采用如稱重法表面張力儀一樣的臺式機(jī)設(shè)計，應(yīng)用于分析動態(tài)表面張力，以分析表面活性劑的動態(tài)吸附。事實(shí)上，后者的意義已經(jīng)偏離了便攜式表面張力儀應(yīng)用的目標(biāo)，因而不在本文的討論范圍。
市場上銷售的便攜式表面張力儀通常應(yīng)用于如電鍍液品質(zhì)控制、薄膜印刷等等應(yīng)用環(huán)境，但是，便攜式表面張力儀的先天性缺陷造成其實(shí)際應(yīng)用結(jié)果并不理想。氣泡法原理的便攜式表面張力儀事實(shí)上存在非常嚴(yán)重的先天性缺陷：
1、毛細(xì)管管徑（內(nèi)徑）與鼓泡氣路管徑存在明顯的偏小問題。這就造成測得的壓力值明顯偏大于實(shí)際通過Young-Laplace方程計算得到的壓力值，從而導(dǎo)致測值誤差較大。
2、無法測試得到平衡表面張力值或測試表面張力值與稱重原理的表面張力儀測值偏差太遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)重復(fù)性差。特別是表面活性劑的表面張力測量，通常僅得到過程中一段的數(shù)據(jù)而不是最終平衡值。
3、測試時間過長，測試操作過于復(fù)雜。
4、測試毛細(xì)管清洗存在較大困難，更換成本較高。
5、儀器價格過高，不利于成本控制。
6、最為嚴(yán)重的問題在于：氣泡法表面張力儀通常是通過已知液體標(biāo)定出系統(tǒng)參考，而標(biāo)定液通常為蒸餾水，是一個靜態(tài)不變的體系，與實(shí)際測試的表面活性劑或混合液的表面張力值的動態(tài)體系是不一致的，因而，測試數(shù)據(jù)的可靠性存在問題。
7、測試的表面張力值無法得到分層表面張力結(jié)果。
因而，很長時間以來，氣泡法的表面張力儀沒有得到廣泛的推廣，部分采購了氣泡法便攜式表面張力儀的用戶也沒有將該儀器實(shí)現(xiàn)最大化、高頻率的使用。