[发明专利]一种液体吸附剂测试方法

摘要

本发明涉及与吸附剂相关的气体吸附、脱附技术领域，一种液体吸附剂测试方法，液体吸附剂测试装置包括微天平、悬挂杆、电磁铁、测试腔、通气口I、永磁体、钢丝、位移感应器、感应线圈、标准样品、支撑位I、托盘I、托架、托盘II、支撑位II、连接管、样品腔、气管I、气管II、通气口II、光源、摄像机、分压电阻、直流电源、反馈电路、计算机和位移台，采用结构简单的反馈电路结合直流电源的方法为电磁铁提供稳定的电流，以此降低吸附剂称重过程中的误差，提高结果的准确度，采用特殊的进气结构，能够观测并记录液体吸附剂中单个气泡的形状，用于气体与液体吸附剂的相互作用的研究，能够进行通过称重方法来研究液体吸附剂。

主权项

1.一种液体吸附剂测试方法，液体吸附剂测试装置包括微天平(1)、悬挂杆(2)、电磁铁(3)、测试腔(4)、通气口I(5)、永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、感应线圈(9)、标准样品(10)、支撑位I(11)、托盘I(12)、托架(13)、托盘II(14)、支撑位II(15)、连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)、通气口II(20)、光源(21)、摄像机(22)、分压电阻(23)、直流电源(24)、反馈电路(25)、计算机(26)和位移台(27)，xyz为三维空间坐标系，微天平(1)连接计算机(26)，反馈电路(25)连接计算机(26)，测试腔(4)包括从上到下连接的腔I(4‑1)和腔II(4‑2)，微天平(1)位置固定，电磁铁(3)通过悬挂杆(2)连接于微天平(1)下方，能够通过微天平(1)调节悬挂杆(2)的长度，能够使得电磁铁(3)在y方向移动，腔I(4‑1)的内壁自上而下安装有通气口I(5)、支撑位I(11)和支撑位II(15)，所述永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、感应线圈(9)、标准样品(10)、托盘I(12)、托架(13)和托盘II(14)自上而下地依次位于腔I(4‑1)内，感应线圈(9)位于位移感应器(8)两侧，用于探测位移感应器(8)在y方向的位移并输入至计算机(26)；标准样品对于所测试的吸附气体为惰性，吸附气体不会被标准样品所吸附，标准样品在真空环境中的重量mrvac及体积Vrvac为已知；计算机(26)能够根据输入的永磁体(6)在y方向位移的预设值和感应线圈(9)测得的位移感应器(8)在y方向的位移，通过微天平(1)来调节悬挂杆(4)的长度，以此能够调节永磁体(6)的位置；所述永磁体(6)、位移感应器(8)、托盘I(12)和托盘II(14)之间相对位置不变并通过钢丝(7)依次连接，所述永磁体(6)、位移感应器(8)、托盘I(12)和托盘II(14)能够整体在y方向移动，标准样品(10)置于支撑位I(11)上，标准样品(10)具有竖直y方向的通孔，钢丝(7)无接触地穿过所述通孔，当永磁体(6)位于初始位置时，托盘I(12)位于标准样品(10)下方2毫米处，当永磁体(6)沿y正方向向上移动超过2毫米距离时，托盘I(12)能够将标准样品(10)向上提起，使得标准样品(10)与支撑位I(11)分离，托盘II(14)限位于托架(13)内，托架(13)的侧面下边具有凸缘，托架(13)位于支撑位I(11)和支撑位II(15)之间，托架(13)的起始位置为所述凸缘与支撑位II(15)接触的位置，当永磁体(6)从初始位置沿y正方向向上移动超过6毫米距离时，托盘II(14)能够将托架(13)向上提起，使得托架(13)与支撑位II(15)分离；所述直流电源(24)具有输出端和控制端，输出端输出电流至电磁铁(3)，输出端具有输出端正极和负极，控制端具有控制端正极和负极，输出端正极、分压电阻(23)、电磁铁(3)和输出端负极依次连接形成回路，分压电阻(23)的阻值为RS＝1欧姆；反馈电路(25)输出模拟电压至所述直流电源(24)的控制端，能够控制直流电源(24)的输出电流，已知直流电源(24)输出端对控制端的电压信号的响应的延迟时间为5毫秒；所述连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)和位移台(27)均位于腔II(4‑2)内，所述托架(13)、连接管(16)和样品腔(17)从上到下依次连接，样品腔(17)上面具有单向气孔，气体仅能够从下向上通过所述单向气孔，样品腔(17)中的气体能够通过所述单向气孔进入连接管(16)及腔I(4‑1)，气管II(19)固定于样品腔(17)下面，气管II(19)的上端和下端贯通，气管II(19)的上端位于样品腔(17)内、下端开口于腔II(4‑2)内，气管II(19)的外径为2.8毫米、内径为2.4毫米，气管I(18)嵌套于气管II(19)的外侧，气管I(18)内径为4毫米，气管I(18)的上端密封，气管I(18)的内上端面距离气管II(19)的上端为3毫米，气管I(18)的下端距离样品腔(17)的内下底面为1毫米，气管I(18)的上端与样品腔(17)的内上面通过位移台(27)连接，通过无线遥控所述位移台(27)，能够使得气管I(18)相对样品腔(17)沿y方向移动，并能够使得气管I(18)下端与样品腔(17)的内下底面接触并具有气密性，腔II(4‑2)具有通气口II(20)；样品腔(17)内具有吸附剂样品，光源(21)发出的光能够通过腔II(4‑2)、样品腔(17)照射到吸附剂样品上，能够通过摄像机(22)观测吸附剂样品，永磁体(6)、钢丝(7)、位移感应器(8)、托盘I(12)、托架(13)、托盘II(14)、连接管(16)、样品腔(17)、气管I(18)、气管II(19)和位移台(27)的重量均为已知且在气体中的浮力忽略不计；气管I(18)下端为一个内径为4毫米、外径8毫米、高为2毫米的圆环，所述圆环的侧面具有贯通的圆台形微气孔(18‑1)，所述微气孔(18‑1)在圆环内侧的开口直径为1毫米、在圆环外侧的开口直径为0.05毫米；反馈电路(25)包括基准电压集成电路(25‑1)、电容I(25‑2)、电容II(25‑3)、电阻I(25‑4)、电阻II(25‑5)、运算放大器I(25‑6)、电阻III(25‑7)、电阻IV(25‑8)、运算放大器II(25‑9)、电阻V(25‑10)、电容III(25‑11)和运算放大器III(25‑12)，基准电压集成电路(25‑1)型号为MAX6225，具有输入端、输出端、接地端和噪声抑制端，运算放大器I(25‑6)、运算放大器II(25‑9)和运算放大器III(25‑12)的型号均为OPA4228、均具有正相输入端、反相输入端和输出端，由基准电压集成电路(25‑1)、电容I(25‑2)、电容II(25‑3)、电阻I(25‑4)、电阻II(25‑5)、运算放大器I(25‑6)、电阻III(25‑7)、电阻IV(25‑8)和运算放大器II(25‑9)组成反馈电路(25)的基准电压电路部分，基准电压集成电路(25‑1)的噪声抑制端依次通过电容I(25‑2)和电阻II(25‑5)连接运算放大器I(25‑6)的正相输入端，基准电压集成电路(25‑1)的输出端通过电阻I(25‑4)连接运算放大器I(25‑6)的正相输入端，基准电压集成电路(25‑1)的接地端接地，基准电压集成电路(25‑1)的输入端保持恒压15V，分压电阻(23)的作用是将直流电源(24)的输出电流转换为电压VS输入反馈电路(25)，分压电阻(23)和直流电源(24)的输出端正极连接的一端接地，分压电阻(23)另一端连接运算放大器III(25‑12)的正相输入端；运算放大器I(25‑6)的反相输入端与运算放大器I(25‑6)的输出端相连接，运算放大器I(25‑6)的输出端通过电阻III(25‑7)连接运算放大器II(25‑9)的反相输入端，运算放大器II(25‑9)的反相输入端通过电阻IV(25‑8)连接运算放大器II(25‑9)的输出端，运算放大器II(25‑9)的正相输入端接地，运算放大器II(25‑9)的输出端通过电阻V(25‑10)连接运算放大器III(25‑12)的反相输入端，运算放大器II(25‑9)的输出端输出电压VR；运算放大器III(25‑12)、电容III(25‑11)和电阻V(25‑10)组成了运算放大积分电路部分，运算放大器III(25‑12)的反相输入端通过电容III(25‑11)连接运算放大器III(25‑12)的输出端，运算放大器III(25‑12)的输出端输出控制电压VC至直流电源(24)的控制端正极，运算放大积分电路部分的时间常数为5毫秒，与直流电源(24)输出端对控制端的电压信号的响应的延迟时间相同，电容III(25‑11)的电容值为2.2微法，电阻V(25‑10)的阻值为3.2千欧，电容I(25‑2)的电容值为1微法，电容II(25‑3)的电容值为2.2微法，电阻I(25‑4)的阻值为20千欧，电阻II(25‑5)的阻值为4千欧，电阻III(25‑7)的阻值为4千欧，电阻IV(25‑8)的阻值为5千欧，其特征是：所述‑种液体吸附剂测试方法包括通过称重方法来研究液体吸附剂的方法和观测气体在液体吸附剂中的气泡形状的方法：通过称重方法来研究液体吸附剂的步骤为：一.将已知体积V1及真空中重量m0vac的吸附剂样品放置于样品腔(17)内；二.通过计算机(26)来调节悬挂杆(2)的长度，使得永磁体(6)从初始位置沿正y方向向上移动8毫米，使得标准样品(10)与支撑位I(11)分离，使得托架(13)与支撑位II(15)分离；三.将吸附气体从通气口I(5)通入腔I(4‑1)，气体流速值为5至10SCCM，持续时间T，T的范围为30分钟到5小时；四.吸附气体从通气口I(5)通入腔I(4‑1)后通过支撑位II(15)与连接管(16)之间的间隙进入腔II(4‑2)，并通过气管II(19)下端从下至上进入气管I(18)，最终从气管I(18)下端进入样品腔(17)，与液体吸附剂样品接触；五.停止从通气口I(5)向腔I(4‑1)通入吸附气体，并静置装置五分钟；六.通过微天平(1)测量吸附剂样品及标准样品(10)在吸附气体环境中的总重量m1+mr；七.通过计算机(26)来调节悬挂杆(2)的长度，使得永磁体(6)沿负y方向向下移动6毫米，使得托架(13)回到起始位置；八.通过微天平(1)测量标准样品(10)在吸附气体环境中的总重量mr，计算得到吸附剂样品在吸附气体环境中的重量m1；九.计算得到吸附气体的密度十.对重量测量中的浮力进行校准，计算得到吸附剂样品吸附气体后的实际重量m1vac＝m1+V1ρg；十一.比较吸附剂样品在吸附气体前后的重量变化，以及通入气体的持续时间T，研究吸附剂样品对不同气体的吸附能力；观测气体在液体吸附剂中的气泡形状的步骤为：步骤一，通过计算机(26)来调节悬挂杆(2)的长度，使得永磁体(6)从初始位置沿正y方向向上移动8毫米，使得标准样品(10)与支撑位I(11)分离，使得托架(13)与支撑位II(15)分离；步骤二，通过无线遥控位移台(27)使得气管I(18)相对样品腔(17)沿y方向移动，并使得气管I(18)下端与样品腔(17)的内下底面接触并具有气密性；步骤三，将吸附气体从通气口II(20)通入腔II(4‑2)，吸附气体通过气管II(19)下端从下至上进入气管I(18)，最终从气管I(18)下端的微气孔(18‑1)进入样品腔(17)，与液体吸附剂样品接触；步骤四，调节从通气口II(20)通入腔II(4‑2)的吸附气体流速，使得气体以单个气泡的形式从微气孔(18‑1)进入样品腔(17)；步骤五，光源(21)发出的光通过腔II(4‑2)、样品腔(17)照射到吸附剂样品，通过摄像机(22)观测并记录吸附剂样品的液面位置及气泡在液体中从产生到破碎过程中的形状变化；步骤六，根据摄像机(22)采集得到的气泡形状信息，分析气体与液体吸附剂的相互作用。