液体表面张力系数的测定一、实验目的1测量液体的表面张力系数2观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象 3学习硅压阻力敏传感器的定标方法二、实验原理液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数。液体的表面张力系数在物理和物理 化学领域中有重要作用,常用的测量方法有拉脱法、毛细管法和最大泡压法等。用拉脱法 测量时，所测的液体表面张力在1 X10-3 N至1X10-2 N之间，因而所用测力仪器必须量程 范围小,灵敏度高,稳定性好。新发展的用硅压阻式力敏传感器制成的半导体应变计,能满 足这些要求，其灵敏度约为3 X103mV/ N ，测量结果的准确度高，并可使用数字信号显示。1组成和测量原理 测量一个已知周长的金属圆环从待测液体表面脱离时所需要的力，从而求得该液体的 表面张力系数的方法称为拉脱法。使用金属吊环法，考虑一级近似可认为脱离力为表面张力系数乘上脱离表面的周长， 即：（）f =a兀9 + D 丿（1）12式中，/为脱离力，D 和D分别为圆环的外径和内径，a为液体的表面张力系数。12 半导体应变计又称硅压阻式力敏传感器，它利用半导体压阻效应，采用半导体的集成 电路工艺和微细加工技术， 使应变部分与感应膜部形成一体， 并将输出信号放大电路， 信号 处理电路等集成在同一块芯片制成。因此，具有输出信号大，频率响应快，电路处理方便，可 靠性高， 体积小， 重量轻等优点， 可用于压力、拉力、扭矩、位移、角速度和加速度等物理 量的测量和控制，也可用于血压、颅压、心音、脉搏等生理，生化指标的测量和控制系统中。 半导体应变计由弹性梁（金属薄片） 和贴在梁上的传感器芯片组成，如图1 所示：图1 半导体应变器的位置图2 传感器的内部电路图中： 1 为传感器芯片，2 为弹性梁，3 为挂钩。 传感器芯片由4 个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥， 如图2 所示。 当外界压力作用于弹性梁上时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出， 输出电压大小与所加外力成正比，即：AU 二 Kf（2）式中，f为外力的大小，K为半导体应变计的灵敏度，AU为传感器输出电压的大 小。2实验装置实验仪器如图3 所示：三、实验仪器FD-NST-1液体表面张力系数测定仪一台，硅压阻力敏传感器一个，垂直调节台一架, 铝合金吊环一个，吊盘一个， 0.5g 片码七只（硅压阻力敏传感器定标用），玻璃皿一套， 镊子一把，温度计一个，游标卡尺一把四、实验步骤1接通数字电压表,将仪器预热 15 分钟。2清洗玻璃器皿和吊环。3在玻璃器皿内放入被测液体（水）并安放在升降台上。（玻璃器皿底部可用双面胶 与升降台面贴紧固定）4在传感器梁端头小沟中,挂上吊盘,将数字电压表示值调为零。对力敏传感器定标：在吊盘中依次加入 0.5g 的片码,并依次记录相应质量下数字电压表的读数,用最小二 乘法拟合,求出仪器的灵敏度 K 。（安放砝码时应尽量轻）5. 用游标卡尺测量出铝合金吊环的外径D 和内径D。（各测五次）126. 在使用 NaOH 溶液去污后,将金属环用纯水和待测液体洗净后擦干,挂在传感器的小 钩上,调节底板下的螺丝并使环的下沿和液面平行。7. 调节培养皿下的升降台,使其上升直至环的下沿全部浸没于待测液体中。然后反方 向调节升降台,使液面逐渐下降,这时, 吊环和液面间形成一环形液膜,继续使液面下降, 测出数字电压表在环形液面即将拉断时的读数U和拉断后瞬间的读数U。12在测定液体表面张力系数的过程中，可观察到液体产生的浮力和张力的情况与现象， 并可观察吊环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。8. 将实验数据代入f和AU式,求出该液体的表面张力系数a。五、实验数据记录及处理1硅压阻力敏传感器定标物体质量m (g)0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500输出电压V(mv)2表面张力系数测量(所测液体：)温度：t=OC六、实验注意事项1. 吊环须严格处理干净。可用NaOH溶液洗净油污或杂质后，用清洁水冲洗干净，并 用热吹风烘干。2. 吊环水平须调节好，注意偏差1。，测量结果引入误差为0.5% ；偏差2 2，则误差为 1.6% ；。3. 在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。4. 实验室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不正确。5. 力敏传感器使用时用力不宜大于0.098N。过大的拉力使传感器容易损坏。6. 实验结束须将吊环用清洁纸擦干，并用清洁纸包好，放入干燥缸内。7. 在实验过程中，应防止灰尘和油污及其它杂质污染被测液体，特别注意手指不要 接触被测液体。