RO122166B1 - Aparat pentru măsurarea unghiului de contact - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un aparat pentru măsurarea unghiului de contact dintre o probă solidă şi o picătură de lichid, prin două metode complementare, goniometrică şi măsurând diametrul şi înălţimea picăturii de lichid, pentru efectuarea, de exemplu, a unor studii de hidrofobicitate sau de aflare a tensiunii superficiale. Aparatulconform invenţiei cuprinde un dispozitiv de poziţionare (E) cu laser a unei picături (2) pe suprafaţa unei probe (1) susţinute de către un blocport-probă (B), cu mobilitate controlată în plan vertical şi orizontal, cu precizie de zecimi de milimetru, cu ajutorul unor mecanisme cremalieră (19 şi 20) şi al unor subansambluri de poziţionare (23 şi 24), un bloc optic de măsură (A),montat frontal faţă de blocul port-probă (B), pe o placă metalică (C), alcătuită dintr-un obiectiv (4) reglabil după direcţiile X, Y, Z, o prismă (5) şi un ocular (6) solidar cu un reticul(7) în formă de cruce, asigurând o imagine clară şi mărită de 50...100 ori a picăturii (2) de lichid, în vederea efectuării operaţiilor necesare măsurării unui unghi de contact (alfa), prin metodele menţionate.

Description

Invenția se referă la un aparat pentru măsurarea unghiului de contact, destinat industriei și laboratoarelor de cercetare în scopul determinării unghiului de contact (unghi de udare) la interfața solid - lichid, folosind două metode complementare.

Este cunoscut un aparat pentru măsurarea unghiului de contact, alcătuit dintr-un suport rotativ port probă, amplasat convenabil în centrul de rotație al unei tije de bronz cu lungimea de 40 - 50 cm, mobilă în plan vertical, datorită unui ax cu care este prevăzută la un capăt. Tija se deplasează în fața unei scale gradate în grade unghiulare, datorită unui șurub de antrenare din teflon. Pe tija de bronz, în partea opusă centrului de rotație, este montată o sursă de lumină punctiformă, de mare intensitate, și un sistem de vizare. Se deplasează tija de bronz până când spotul luminos, emis de sursă, atinge într-un punct suprafața picăturii de lichid așezată pe probă și se urmărește prin vizor maximul luminos reflectat, a cărui direcție coincide cu perpendiculara pe tangenta la suprafața picăturii în punctul vizat. Se măsoară, pe scala gradată, valoarea unghiului dintre tija de bronz și direcția verticală, ce reprezintă mărimea unghiului de contact al picăturii de lichid cu proba studiată.

Dezavantajele acestui aparat constau în dificultatea amplasării picăturii de lichid în centrul de rotație al tijei de bronz și al aprecierii maximului luminos reflectat.

Un alt dezavantaj este acela că măsurătoarea trebuie să se facă într-o cameră întunecoasă.

Problema pe care o rezolvă invenția constă în mărirea preciziei determinărilor unghiului de contact, la interfața solid - lichid și a reducerii timpului de lucru necesar realizării respectivelor determinări.

Aparatul pentru măsurarea unghiului de contact înlătură dezavantajele menționate privind amplasarea cu dificultate, în centrul de rotație al tijei de bronz, a picăturii de lichid și a obținerii unei intensități luminoase, maxime, reflectate, aparatul fiind alcătuit din două blocuri funcționale dispuse frontal pe o placă de bază, primul, un bloc optic de măsură, compus dintr-un obiectiv mobil după direcțiile XYZ, o prismă la 90’ și un ocular cu reticul în cruce, solidare cu o tijă de acționare și un ac indicator ce se poate roti deasupra unei scale gradate semicirculare, al doilea, un bloc port probă, realizat dintr-o masă, mobilă în plan vertical datorită unui mecanism cremalieră, un dispozitiv de poziționare cu laser a picăturii de lichid, solidar cu masa mobilă și niște subansambluri de poziționare a probei, mobile în plan orizontal pe direcții respectiv perpendiculare, deplasarea mesei mobile și a subansamblurilor de poziționare fiind cunoscută cu precizie de zecimi de milimetru datorită unui tambur gradat de acționare a cremalierii și a două scale gradate cu vernier (tip șubler), solidare cu subansamblurile de poziționare, astfel încât ansamblul celor două blocuri permite măsurarea unghiului de contact al picăturii de lichid cu suprafața probei, prin două metode, una directă - goniometrică, alta indirectă, măsurând diametrul și înălțimea picăturii de lichid, prima metodă constând din rotația reticulului în cruce din poziția inițială, în poziție tangentă cu imaginea suprafaței picăturii de lichid, valoarea unghiului de contact fiind citită pe scala gradată semicirculară cu ajutorul acului indicator, iar a doua metodă constând din deplasarea cu ajutorul subansamblurilor de poziționare și al mecanismului cremalieră a picăturii de lichid, implicit a imaginii acesteia în fața reticulului în cruce, între două puncte diametral opuse, situate la baza picăturii de lichid, și între baza picăturii de lichid și partea superioară a acesteia, distanțele măsurate, pe scala gradată cu vernier, respectiv tamburul gradat, reprezentând diametrul și înălțimea picăturii de lichid, fiind utilizate apoi la calcularea unghiului de contact prin metode trigonometrice, în sine cunoscute.

Aparatul conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- precizie sporită în obținerea rezultatelor;

- fiabilitate și întreținere ușoară;

RO 122166 Β1

- testarea unei game variate de probe; 1

- rapiditate în efectuarea măsurătorilor.

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig.1 ...3, care 3 reprezintă:

- fig. 1, vedere în perspectivă cu secționarea unor repere necesare exemplificării 5 invenției;

- fig. 2, vedere a planului imagine la măsurarea goniometrică a unghiului de contact; 7

- fig. 3, vedere a planului imagine, în timpul măsurării mărimii picăturii de lichid.

Aparatul conform invenției (fig.1) este alcătuit dintr-un bloc optic de măsură A și un 9 suport portprobă B, pe care se așază o probă 1, al cărei unghi de contact a (fig.2), se măsoară cu ajutorul unei picături 2, de lichid. Atât blocul optic de măsură A, cât și suportul 11 portprobă B se dispun frontal pe o placă de bază C, prevăzută cu șuruburi 3, de reglare a planeității. 13

Pe suportul portprobă B este montat un dispozitiv de poziționare E, cu laser, ce indică cu precizie locul de așezare a picăturii 2, de lichid, pe proba 1, în vederea examinării cu 15 ajutorul blocului optic de măsură A.

Blocul optic de măsură A permite evaluarea goniometrică a zonei de contact dintre 17 picătura 2, de lichid, și suprafața probei 1, în acest sens fiind prevăzut cu un obiectiv 4, o prismă 5 cu reflexie la 90° și un ocular 6, echipat cu un reticul în cruce 7. Ocularul 6 și 19 reticulul în cruce 7 sunt montate solidar, putându-se roti în interiorul unui suport inelar 8, fixat deasupra prismei 5, cu reflexie la 90°. 21

Puterea de mărire a ansamblului ocular 6 - obiectiv 4 este reglabilă, în domeniul 50-100 x, putând fi modificată prin schimbarea obiectivului 4. 23

Niște șuruburi micrometrice 9, 10 și 11 permit deplasarea obiectivului 4 după trei direcții perpendiculare respectiv X, Y, Z asigurând claritate și poziționare convenabilă a 25 imaginii picăturii 2, de lichid, peste reticulul în cruce 7, în zona de interes pentru măsurători.

O tijă 12, solidară cu ocularul 6, permite rotirea acestuia, implicit a reticulului în cruce 7, cu 27 90° la dreapta și la stânga poziției inițiale 0°. Un ac indicator 13, situat deasupra unei scale gradate 14, în formă de semicerc, fixată pe suportul inelar 8, permite măsurarea unghiului 29 de rotație al ocularului 6.

Poziționarea blocului optic de măsură A pe placa de bază C se realizează cu ajutorul 31 unui șurub 15, ce culisează într-un canal de ghidare a, și al unor șuruburi 16, mobile, ce culisează în niște fante b, prelucrate în placa de bază C. Blocul portprobă B este alcătuit 33 dintr-o piesă de susținere 17 și o masă mobilă 18, de formă patrulateră, în legătură cu piesa de susținere 17, prin niște mecanisme cremalieră 19 și 20, în sine cunoscute, ce-i asigură 35 deplasarea în plan vertical, cu precizie de zecimi de milimetru, prin acționarea unui șurub 21 și a unui tambur gradat 22. 37

Masa mobilă 18 este prevăzută cu niște subansambluri de poziționare 23 și 24, acționate de un șurub dublu coaxial 25, ce se pot deplasa în planul orizontal pe două direcții 39 perpendiculare, pe niște ghidaje c și d tip coadă de rândunică, mărimea deplasării fiind măsurată cu ajutorul unor verniere 26 și 27, solidare, primul, cu masa mobilă 18, iar al doilea, 41 cu subansamblul de poziționare 23 și cu niște scale gradate 28 și 29, fixate pe subansamblurile de poziționare 23, și respectiv 24. O oglindă mobilă 30, de formă concavă, 43 atașată la partea superioară a mecanismului cremalieră 20, pe un suport reglabil 31, asigură iluminarea corespunzătoare a picăturii 2, de lichid. 45

Niște piese de fixare 32 și 33, aflate în legătură cu subansamblul de poziționare 24, permit prinderea probei 1 și deplasarea acesteia, după o direcție perpendiculară, pe axul 47 optic al obiectivului 4.

RO 122166 Β1

Dispozitivul de poziționare E, utilizat pentru indicarea poziției picăturii 2, de lichid, în raport cu proba 1, este alcătuit dintr-o piesă de susținere 34, în formă de L, montată pe masa mobilă 18, având la partea superioară un tub 35 metalic, aflat, la un capăt, în legătură cu o casetă 36, cilindrică, iar la celălalt capăt, cu un șurub 37. Caseta 36 conține o sursă laser 38, realizată cu diodă laser, ce este amplasată în focarul unei lentile biconvexe 39, astfel încât un fascicul luminos 40, emis de sursa laser 38 și reflectat de o oglindă plană 41, dispusă pe un support 42, la un unghi de 45° față da axa tubului 35, să ajungă printr-un orificiu 43, pe suprafața probei 1. Șurubul 37, cuplat cu suportul 42, permite reglarea poziției oglinzii 41, astfel încât fasciculul luminos 40 să indice cu precizie locul unde trebuie așezată, pe proba 1, picătura de lichid 2, pentru ca imaginea ei să apară clar atunci când se privește prin ocularul 6. Sursa laser 38 este conectată la un alimentator 44, prin intermediul unui întrerupător cu revenire 45 și al unui cablu 46.

Conform prezentei invenții, unghiul de contact a dintre proba 1 și picătura 2 de lichid se află, în mod direct, prin metoda goniometrică și în mod indirect, printr-o metodă în care se măsoară un diametru D și o înălțime H a picăturii 2 de lichid, unghiul de contact a rezultând prin calcule trigonometrice, în sine cunoscute.

în cazul metodei directe, goniometrice, se plasează mai întâi picătura 2, de lichid, pe proba 1, în locul indicat de dispozitivul de poziționare E, apoi se obține imaginea clară a acesteia, prin manipularea convenabilă a șurubului micrometric 9, a mesei mobile 18, a subansamblurilor de poziționare 23 și 24 și a mecanismelor cremalieră 19 și 20, după care se suprapune, în planul imagine, respectivul reticul în cruce 7, peste extremitatea zonei de contact probă 1 - picătură 2 de lichid, acționând șuruburile micrometrice 10 și 11. Cu ajutorul tijei 12 se rotește ocularul 6, implicit reticulul în cruce 7, până la aducerea acestuia din poziția inițială 0°, în poziția tangent la imaginea suprafaței curbe a picăturii 2 de lichid, ca în fig.2, apoi se citește, direct pe scala gradată 14, mărimea unghiului de contact a cu ajutorul acului indicator 13.

Pentru a măsura unghiul de contact a prin metoda indirectă, se plasează mai întâi picătura 2, de lichid, pe proba 1, în locul indicat de dispozitivul de poziționare E și se procedează la obținerea imaginii clare a acesteia, prin procedeele descrise anterior, apoi, cu ajutorul șurubului dublu coaxial 25, al subansamblului de poziționare 24 și al pieselor de fixare 32 și 33, se deplasează proba 1 aducând succesiv imaginea unor puncte e și f, diametral opuse (fig.2), ale picăturii 2 de lichid, în tangență cu reticulul în cruce 7. Distanța dintre punctele e și f, măsurată pe scala gradată 29, cu vernierul 27, reprezintă diametrul D al picăturii 2 de lichid, exprimat în zecimi de milimetru.

Pentru a afla înălțimea H a picăturii 2 de lichid se coboară masa mobilă 18, manevrând mecanismul cremalieră 20 cu tamburul gradat 22, până când reticulul în cruce 7 devine tangent într-un punct g', situat la partea superioară a picăturii 2 de lichid. înălțimea H, rezultată, se citește direct pe tamburul gradat 22, fiind exprimată în zecimi de milimetru.

Unghiul de contact a se calculează cu ajutorul mărimilor reprezentând diametrul D și înălțimea H, prin metode trigonometrice, în sine cunoscute.

Claims (3)

1. Revendicări

   1. Aparat pentru măsurarea unghiului de contact cuprinzând un ansamblu format dintr-un bloc optic de măsură (A), prevăzut cu un obiectiv (4), o prismă (5) și un ocular (6), și dintr-un bloc port-probă (B), pentru susținerea unei probe (1), ce sunt dispuse, frontal, pe

   RO 122166 Β1 o placă metalică (C), ansamblul asigurând deplasarea, după direcțiile X, Y, Z, a obiectivului 1 (4) și a probei (1), prin acționarea unor șuruburi micrometrice (9, 10 și 11), a unei mese mobile (18), a unor subansambluri de poziționare (23 și 24), și respectiv, a unor mecanisme 3 cremalieră (19 și 20), aparatul permițând măsurarea unghiului de contact a unei picături (2) de lichid fiind caracterizat prin aceea că mai cuprinde un dispozitiv de poziționare (E) 5 echipat cu o sursă laser (38), o lentilă biconvexă (39) și o oglindă plană (41), înclinată la 45° și iluminată convenabil cu o oglindă concavă (30), dispozitiv de poziționare (E) cu ajutorul 7 căruia se așază, pe suprafața probei (1), picătura (2) de lichid menționată, astfel încât imaginea acesteia să poată fi focalizată de către obiectiv (4), respectiva prisma (5), cu 9 reflexie la 90°, fiind suprapusă peste un reticul în cruce (7), montat în interiorul ocularului (6), ce se rotește odată cu acesta, la acționarea unei tije (12), într-un suport inelar (8) atașat 11 blocului optic de măsură (A), astfel încât deplasarea unghiulară a reticulului în cruce (7), din poziția inițială 0° până la aducerea lui în tangență cu imaginea suprafaței curbe a picăturii (2) 13 de lichid, reprezentând unghiul de contact (a), să poată fi măsurată, pe scala gradată (14), în formă de semicerc, cu ajutorul unui ac indicator (13) cuplat la ocular (6). 15
2. 2. Aparat conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că valoarea unghiului de contact (a) se află prin măsurarea dimensiunilor picăturii (2) de lichid, așezată pe suprafață 17 probei (1), cu dispozitivul de poziționare (E) folosind imaginea acesteia deplasată în plan vertical și orizontal în fața reticulului în cruce (7) manipulând masa mobilă (18) cu ajutorul 19 unor mecanisme cremalieră (19 și 20), aflate în legătură cu un șurub (21) și un tambur gradat (22), valoarea unghiului de contact (a) fiind citită direct cu ajutorul acului indicator (13). 21
3. 3. Aparat conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că valoarea unghiului de contact (a) se află prin măsurarea dimensiunilor picăturii (2) de lichid, așezată pe suprafață 23 probei (1), cu dispozitivul de poziționare (E) folosind imaginea acesteia deplasată în plan vertical și orizontal în fața reticulului în cruce (7) manipulând masa mobilă (18), prin 25 deplasarea subansamblului de poziționare (24), împreună cu niște piese de fixare (32 și 33), cu ajutorul unui șurub dublu coaxial (25), valorile măsurate pe tamburul gradat (22) între 27 niște puncte (g și g'), și cele măsurate pe scala gradată (29), cu vernierul (27), între niște puncte (e și f), diametral opuse, constituind dimensiunile picăturii (2) de lichid, înălțimea (H), 29 și respectiv, diametrul (D), exprimate în zecimi de milimetru, cu ajutorul cărora, utilizând calcule trigonometrice, se poate afla, în mod indirect, valoarea unghiului de contact (a). 31