[发明专利]测量表面张力的装置

说明书

本发明涉及借助具有连接器和喷嘴的供气毛细管测量液体表面张力的装置，其中毛细管至少部分地装配在容纳液体的坩埚中，并且其中连接器装配在坩埚内部的外侧。本发明也涉及带有这种装置的测量设备。

这种装置可以从DE 22 31 598/A1中了解到，其中公开了用于确定液体和气体之间的交界面的表面张力的装置和过程。该装置利用毛细管向连接器和喷嘴提供气体。毛细管从上到下延伸进容纳液体的容器。为了在熔融金属中进行测量，毛细管暴露于由被测液体引起的热中。毛细管装配在坩埚的外侧。这种结构相当昂贵。

这种类型的另一种装置可以从DE 29 15 956/A1中了解到，其中描述了一种测量导电液体的表面张力的装置。该装置具有带连接套管和喷嘴的毛细管。装有喷嘴的毛细管的一端被弯成U形。毛细管从上浸入液体，于是喷嘴指向上方。当装置工作时，气泡排出喷嘴，并在测量管内垂直上升。被施加了电压并与一个计时设备相连的两个电极装配在测量管上。当气泡经过电极之间时，引起电极间流过的电流阻断；由气泡引起的阻断频率在电路中被测量。以恒定的压力向毛细管输送气流，因此通过利用气泡的频率，可以确定液体的表面张力。

这种类型的装置相对来说比较复杂，因为从上面浸入液体的毛细管必须象具有电极的测量管那样另外装配。与此相关，这些部件必须同时受到保护，以避免例如来自熔融金属越来越大的热量的损害。为了安全运行，在液体中产生电流还需要比较高的开销。如果气泡不能很好地将电极相互绝缘，可能漏电的危险也被视为一个问题，因为测量的结果会由于这种漏电而变得不准确。

另外，从DE 42 28 942/C1中了解到测量液体中表面张力的一种装置，其中毛细管部分地装配在容纳液体的坩埚中，并且其中毛细管贯穿坩埚的壁。导入液体的气体通过气体分配单元流经毛细管。气体或多或少不太规则地在气体分配单元的整个表面上流出，并在恒定变化的条件下到达液体的表面，那里有一个采样设备截获一部分气泡(通常是最大的气泡)，并将这些气泡作为测量脉冲送到分析仪。由于不同的出口，气泡到液体的不同的通路，以及由于分配单元发出的不同大小的气泡，还由于装配在液体上的采样设备接收的非准确性，所以用所述装置准确地测量表面张力是不可能的，因为一般来说这种装置不能全部和正确地截获在不同位置并以不同大小从液体中排出的气泡。

在EP 0 149 500中描述了测量表面张力的另一种装置。另外，在G.A.Irons和R.I.C.Guthrie的“生铁中喷嘴处的气泡形成”(Metallurgical Transactions B，卷9B，第101-110页，1978年3月)中也描述了确定此处是液态生铁中的气泡的频率。这里公开的是借助话筒探测气泡的装置。

利用这种类型的装置，通过表面张力可以确定熔融金属的性质。了解熔化的铸铁的表面张力使得能够在其它事项中得出关于包含在铸铁中的碳的石墨结构的结论，因为不同相之间的表面张力和界面能量影响合金的微结构。这种作用在E.Selcuk和D.H.Kirkwood的文章“包含镁和铈的液态铸铁的表面能量”(Journal of the Iron andSteel Institute，第134-140页，1973年2月)中作了描述。铈和镁与铸铁的混合物加速了球墨的形成，即增加铈或镁的含量，石墨晶体的形式从开始时的石墨的层纹型变为球型(球墨)，这正是铸造实践中所追寻的，因为这种类型的石墨结构产生铸铁中的最佳强度特性。

基于上述技术的目前状况，本发明的一个目的是提供一种易于制造和使用的装置，该装置能够可靠地用于各种液体。对于上述类型的装置，该目的是通过以下方式实现的：毛细管至少部分地装配在容纳和保持液体的坩埚中，并且安装在坩埚的壁上，从而连接器装配在坩埚内部的外侧。这种类型的装置比较简单，易于制造，并确保在充满液体的坩埚中的毛细管能够牢固地安装，不存在诸如熔融金属之类的可能非常热的液体引起的热损坏安装或测量设备的危险，因为没有精密部件需要安装在液体上。这种装置适用于测量各种液体的表面张力，甚至测量液态铸铁的表面张力以便在其它事项中确定石墨结构；用于确定生铁中的含硫量；或为了鉴定铝—硅合金的改进处理。

为了确保牢固的安装，毛细管贯穿坩埚的壁，特别是贯穿坩埚的底部是很有利的。当毛细管装配在底部时，它可以垂直排列，因此气泡可以不受限制地根据其浮力排出毛细管。此外，如果将连接器安装在坩埚的底部上或底部中，并且安装坩埚时使连接器成形，这也是很有利的，因为这样坩埚可以与连接器一道直接放在送气导管的气体连接套管上，而无需额外的紧固部件。