[发明专利]一种同步测量液固界面相互作用和液固接触面积的试验装置及方法

权利要求书

1.一种同步测量液固界面相互作用和液固接触面积的试验装置，其特征在于；包括底座和安装在底座上的图像捕捉系统、样品台、进样注射系统、测力传感系统及图像处理终端，所述样品台通过三维移动平台安装在底座上，三维移动平台的一个运行方向为主运动方向，所述样品台用于放置待测量的固定样品；所述进样注射系统包括进样支座和安装在进样支座上的针管及注射器，所述进样支座通过升降装置安装在底座上，所述针管为折形针管，针管一端通过十字轴安装在进样支座通上，另一端向前延伸到样品台上方并向下弯折，形成竖直段，所述测力传感系统用于测量针管上下方向偏转力和沿主运动方向的偏转力，所述图像捕捉系统包括背景光源和两个平行的拍摄模块，其中一个拍摄模块通过支架安装在底座上，拍摄方向与主运动方向垂直，另一个拍摄模块安装在进样支座上，拍摄方向为俯视样品台方向；所述测力传感系统包括分别安装在水平轴和竖直轴处的扭力传感器，两个扭力传感器分别用于测量水平轴和竖直轴的转动扭力，从而转换为针管的进样末端的上下运动和沿主运动方向的接触力。

2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于；所述针管与十字轴的竖直轴一体化制作，即针管为阶梯型，包括中部的水平段和位于两端的竖直段，其中向下的竖直段作为针管的进样末端，向上的竖直段作为十字轴的竖直轴通过转动副安装在十字轴的水平轴上，所述十字轴的水平轴通过转动副安装在进样支座上。

3.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于；所述背景光源为平板光源，具体为采用亮度可调的LED平行光源。

4.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于；所述三维移动平台为X、Y和Z三个方向的平移机构结合而成的三维移动平台，其中Y方向为主运动方向，Z方向为垂直升降方向；所述三维移动平台的XYZ三向运动速度为0.01毫米~20毫米每秒。

5.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于；所述针管的进样末端设有增加与液滴结合力的膨大段。

6.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于；所述针管单次进样液滴大小为0.1微升~50微升。

7.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于；所述拍摄模块为CCD单元，两个CCD单元捕捉的图像和视频通过图像处理终端进行处理。

8.一种利用权利要求2所述试验装置测量液固接触法向黏附力与接触面积的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将待测试的固体样品放置在样品台上，通过进样注射系统将已知种类和体积的液滴通过注射系统的针管滴加到固体样品表面；

步骤二：启动升降装置，通过升降装置控制针管以指定速度上升，同时开启两个拍摄模块，上方的拍摄模块拍摄液滴与固体样品的相对运动，下方的拍摄模块拍摄液滴与固体样品接触界面图像，直至液滴脱离样品表面或液滴与针管分离；

步骤三：所述液固接触法向黏附力的大小根据水平轴上的扭力传感器经过力矩换算得到，由图像处理终端自动测算或人工核算得到该运动过程的液固接触法向黏附力与接触面积随时间的变化曲线。

9.一种利用权利要求1所述试验装置测量固体表面润湿性及液固接触摩擦力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将待测试的固体样品放置在样品台上，通过进样注射系统将已知种类和体积的液滴通过注射系统的针管滴加到固体样品表面；

步骤二：启动三维移动平台的主运动方向，驱动样品台沿着Y方向与针管以指定速度发生相对运动，并在图像处理终端通过上方的拍摄模块拍摄液滴与固体样品相对运动的视频，直到液滴与固体样品相对运动至设定位置或设定距离；

步骤三：根据所录制视频，在图像处理终端读取液滴在固体表面运动过程中前进角和后退角的变化特征；

步骤四：所述运动过程中液固界面摩擦力的大小通过竖直轴上的扭力传感器经过力矩换算得到，由图像处理终端自动测算或人工测算得到该运动过程液固界面摩擦力的变化曲线。

10.一种利用权利要求1所述试验装置进行液固接触面积测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将待测试的固体样品固定在样品台上，通过进样注射系统将已知种类和体积的液滴通过注射系统的针管滴加到固体样品表面；

步骤二：启动三维移动平台的主运动方向，驱动样品台沿着Y方向与针管以指定速度发生相对运动，同时在图像处理终端通过下方的拍摄模块拍摄针管拖动液滴在固体样品表面运动时的接触界面图像，直到液滴与固体样品相对运动至设定位置或设定距离；

步骤三：根据录制视频，由图像处理终端自动测算或人工测算得到液固接触面积在运动过程中的变化情况，进而分析得到液固相对摩擦运动中摩擦力和接触面积之间的关系。