用力敏传感器测量液体表面张力系数
利用力传感器测量液体表面张力系数
利用力传感器测量液体表面张力系数
王佳美;丁益民;徐瑶;张申落
【期刊名称】《物理通报》
【年(卷),期】2023()1
【摘要】为了解决传统实验中肉眼观察数字电压表的数值存在较大误差且计算过程繁琐的问题,将力敏传感器引入实验的同时,结合单片机和上位机系统,在实验过程时间段内连续采集数据点,绘制出外力变化的曲线图像,更为精确地确定环形液膜拉断瞬间的脱离力,减小误差,从而使得实验结果更加精确.
【总页数】4页(P89-92)
【作者】王佳美;丁益民;徐瑶;张申落
【作者单位】湖北大学物理与电子科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.用力敏传感器测量液体表面张力系数的实验现象分析
2.用力敏传感器测液体表面张力系数的不确定度分析及影响因素分析
3.用力敏传感器测量液体表面张力系数
4.用力敏传感器测量液体表面张力系数
5.用力敏传感器测量液体表面张力系数的实验研究
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大学物理实验——表面张力系数
大学物理实验报告题目：液体表面张力系数的测定专业班次： 姓名： 日期：2014-10-14一、实验名称液体表面张力系数的测定二、实验任务(1)用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该传感器的灵敏度，学习传感器的定标 方式。
(2)观看拉脱法测液体表面张力的物理进程和物理现象，并用物理学大体概念和定律进 行分析和研究，加深对物理规律的熟悉。
(3)测量室温下水的表面张力系数。
三、实验仪器液体表面张力系数测定仪、垂直调剂台、硅压阻力敏传感器、铝合金吊环、吊盘、砝码、玻璃皿、镊子和游标卡尺。
四、实验原理1．硅压阻力敏传感器的灵敏度当传感器的力臂发生形变时，硅力敏传感芯片就会把这一形变转变成电压值，有数字电压表显示出来。
在弹性范围内，力臂的形变与挂钩所受的力成正比，而硅力敏传感芯片的输出电压与力臂的形变成正比；也确实是说传感器的输出电压与挂钩上所受的力成正比，其比值称为传感器的灵敏度，即F ∆•=∆B U2．实验的大体构思与原理在实验中，将一个金属圆环固定在传感器上，该环浸没于液体中，当把圆环渐渐从液体中拉起时，金属圆环会受到液体表面膜的拉力作用。
表面膜拉力的大小为()()απππαα212122D D r r l f +=+=∆=式中D 一、D ２别离为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数。
在液面拉脱的刹时，那个表面膜的拉力消失。
因此，金属圆环拉脱刹时前后传感器受到的拉力差为()απ21D D f += （1）并以数字式电压表输出显示为()B U U f /21-= （2）式中U1为吊环即将拉断液体柱前一刹时数字电压表读数值，U2为拉断时刹时数字电压表读数，B 为力敏传感器的灵敏度。
由（1）（2），咱们能够取得液体的表面张力系数为()()[]2121/U D D B U +-=πα （3）因此，只要测量出（U1-U2），B ，D1和D2，就能够取得液体的表面张力系数α。
五、实验操作步骤1.力敏传感器的定标每一个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标，步骤如下：(1)打开仪器的电源开关，将仪器预热。
基于力敏传感器测无机盐溶液表面张力系数与浓度关系
基于力敏传感器测无机盐溶液表面张力系数与浓度关系作者：许巧平来源：《当代化工》2015年第06期Measuring;the;Relationship;Between;Surface;Tension;Coefficientand;Inorganic;Salt;Solution;Concentration;With;Force;SensorXV;Qiao-ping（College;of;Physics;and;Electronic;Information，;Yan’an;University，;Shaanxi;Yan’an;71600 0，;China）液体表面张力系数是表征液体性质的一个重要物理量，物质液体状态的许多性质都与液体的表面张力相关，如毛细现象、浸润现象等。
因此，测量液体表面张力系数对于科学研究和实际应用都具有重要意义。
液体表面张力系数的测定也是理工科学生要掌握的重要实验之一。
为了加强了解影响不同液体的表面张力系数的因素，测量了两种不同浓度无机盐溶液表面张力系数。
1;;实验原理2;;实验装置图1为实验装置图，其中，液体表面张力系数测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测量;;电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表，其他装置包括铁架台、微调升降台、装有力敏传感器的固定杆、盛液体的玻璃皿和圆形吊环[2]。
图1;;液体表面张力系数测定装置Fig.1;Device;for;measuring;the;liquid;surface;tension;coefficient3;;实验步骤（1）调节仪器底座和传感器两端水平;接通组合测试仪电源，将仪器预热15;min。
（2）在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。
（3）在传感器两端挂上砝码盘，调节电子组合仪上补偿电压旋钮，使数字电压表显示为零值。
（4）在砝码盘上依次加至0.500;g等质量的砝码6次，记录相应这些力作用下数字电压表的数值，填入表1中。
用最小二乘法作直线拟合，求出传感器灵敏度K。
液体表面张力实验报告
液体表面张力实验报告
【实验内容、数据表格】
1．硅压阻力敏传感器定标
力敏传感器上分别加各种质量砝码，测出相应的电压输出值，实验结果见表1。
经作图法拟合得传感器的灵敏度 mV/N。
天津地区重力加速度g=9.801m/S2。
2．纯净水表面张力系数的测量
用游标卡尺测量金属圆环：外径D1= cm,内径D2= cm，调节上升架，记录环在即将拉断水柱时数字电压表读数U1，拉断时数字电压表的读数U2，结果见表2，测量6次。
在此温度下水的表面张力系数为 N/m。
经查表，在T= ℃时水的表面张力系数为 N/m，百分误差为 %。
【数据处理】
1．硅压阻力敏传感器定标
根据数据表格1，在坐标纸上做关于砝码质量与输出电压之间的关系，并拟合出传感器的灵敏度曲线，求出灵敏度。
此处粘贴坐标纸
计算公式：。
液体表面张力系数的测量
实验2－4 液体表面张力系数的测量（教师用书）一、实验的目的、意义和要求液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数。
测量液体的表面张力系数有多种方法，常用的有拉脱法、毛细管法、平板法、最大泡压法和滴重法。
本实验要求掌握一种或多种测量液体表面张力的方法，了解各种方法的特点，并通过实验进一步了解液体的表面张力与其浓度、温度等的关系。
二、参考书籍与材料1.贾玉润、王公治、凌佩玲主编，大学物理实验，上海：复旦大学出版社，1987年2.沈元华、陆申龙，基础物理实验，北京：高等教育出版社，2003年3. A.W.亚当森著，顾惕人译，表面的物理化学（上册），北京：科学出版社，1984年4.焦丽凤、陆申龙，用力敏传感器测量液体表面张力系数，物理实验2002年第22卷第7期第40-42页5.顾惕人等，表面化学[M]，北京：科学出版社，1994年6.赵凯华，定性与半定量物理学，北京：高等教育出版社，1991年7.（日）广田钢藏、加滕俊二、山下卓哉著，张宪臣译，李树林校，物理化学计算，黑龙江：黑龙江科学技术出版社，1984年8.李殿阁编著，物理化学实验技能，北京：科学出版社，1984年三、实验前应回答的问题（一）表面张力1.什么是表面张力？什么是表面张力系数？答：表面张力是指作用于液体表面上任一假想直线的两侧，垂直于该直线且平行于液面，并使液面具有收缩倾向的一种力。
从微观上看，表面张力是由于液体表面层内分子作用的结果。
可以用表面张力系数来定量地描写液体表面张力的大小。
设想在液面上一长度为l的直线，在l的两侧，表面张力以拉力的形式相互作用着，拉力的方向垂直于该直线，拉力的大小正比于l，即f = α l，式中α 表示作用于直线的单位长度上的表面张力，称为表面张力系数，其单位为N/m。
液体表面张力的大小与液体的成分有关。
不同的液体由于它们有不同的摩尔体积、分子极性和分子间力而具有不同的表面张力。
实验表明温度对液体表面张力影响极大，表面张力随温度升高而减小，二者通常相当准确地成直线关系。
液体表面张力系数的测量实验
实验六 液体表面张力系数的测定【目的】1．用片码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该传感器的灵敏度，学习传感器的定标方法。
2．学会用拉脱法测量纯水和其它液体的表面张力系数。
【器材】FD-NST-B 型液体表面张力系数测定仪，铝合金吊环，玻璃器皿，镊子，片码。
【仪器简介】FD-NST-B 型液体表面张力系数测量实验仪主要由实验装置和实验主机以及吊环、片码等配件组成，如图1所示。
图1 液体表面张力系数测定仪装置【原理】液体表面存在着使液面收缩到最小趋势的表面张力，若在液体表面划一长为L 的线段，则线段两边的液面均有一个与液面相切且垂直于线段的表面张力f ，其大小与线段长度L 成正比，即L f α= （1）式中α称为液体的表面张力系数，单位为N ⋅M -1，在数值上等于单位长度上的表面张力。
实验证明，表面张力系数的大小与液体的温度、纯度、种类和它上方的气体成分有关。
温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
将内径为D 1，外径为D 2的金属吊环悬挂在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起吊环，吊环就会拉起一个与液体相连的水柱。
由于表面张力等力的作用，传感器上的拉力逐渐达到最大值然后开始下降，假设拉脱前瞬间拉力为F 。
则F 应当是金属环重力G 与水柱拉引金属环的表面张力f 之和，即f G F += （2）由于水柱有两个液面，且两液面的直径与金属环的内外径相同，则有)(21D D f +=απ （3）图2 液膜拉破前瞬间的受力分析图所以液体的表面张力系数为：)](/[21D D f +=πα （4）表面张力的数值一般很小，测量微小力必须用特殊的仪器。
本实验用FD-NST-B 型液体表面张力系数测定仪进行测量。
FD-NST-B 型液体表面张力系数测定仪用到的测力计是硅压阻力敏传感器，该传感器灵敏度高，线性和稳定性好，以数字式电压表输出显示。
若力敏传感器拉力为F 时，数字式电压表的示数为U ，则有BUF =（5） 式中B 表示力敏传感器的灵敏度，单位V/N 。
液体表面张力系数的测定(修)
液体表面张力系数的测定一、实验目的1．用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数2．学习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．本实验采用拉脱法测量液体的表面张力系数。
测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，求得该液体表面张力系数的实验方法称为拉脱法．一个金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面脱离时需要的力，即传感器受到的拉力差值f为b5E2RGbCAPF=π(D1+D2>α <1）式中： D1、D2分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数，g为重力加速度，所以液体表面张力系数为：p1EanqFDPwα= F/[π(D1+D2>] <2）由<1）式，得液体表面张力f=(U1－U2>/K <3）K为力敏传感器灵敏度，单位V/N。
若金属片为环状吊片时，考虑一级近似，可以认为脱离力为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即F=α·π(D1十D2> <1）式中，F为脱离力，D1，D2分别为圆环的外径和内径，α为液体的表面张力系数．本实验采用硅压阻式力敏传感器，它由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥，当外界压力作用于金属梁时，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此，即DXDiTa9E3d△U=KF <2）式中，F为外力的大小，K为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，单位V/N。
△U为传感器输出电压的大小。
由<2）和<3）式，液体表面张力系数为：α= △U / [Kπ(D1+D2>]<3）三、实验仪器液体表面张力测定仪，金属架台,微调升降台,装有力敏传感器的固定杆,盛液体的玻璃皿和金属环状吊片。
四、实验内容1、力敏传感器的定标每个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标，定标步骤如下：<1）打开仪器的电源开关，将仪器预热。
力敏传感器(教学类别)
液体表面张力系数的测定液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数．测量液体的表面张力系数有多种方法，拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法之一．该方法的特点是，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚．用拉脱法测量液体表面张力，对测量力的仪器要求较高，由于用拉脱法测量液体表面的张力约在1×10-3～1×10-2 N之间，因此需要有一种量程范围较小，灵敏度高，且稳定性好的测量力的仪器．近年来，新发展的硅压阻式力敏传感器张力测定仪正好能满足测量液体表面张力的需要，它比传统的焦利秤、扭秤等灵敏度高，稳定性好，且可数字信号显示，利于计算机实时测量，为了能对各类液体的表面张力系数的不同有深刻的理解，在对水进行测量以后，再对不同浓度的酒精溶液进行测量，这样可以明显观察到表面张力系数随液体浓度的变化而变化的现象，从而对这个概念加深理解。
[实验目的]1．用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数2．学习力敏传感器的定标方法[实验原理]测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，求得该液体表面张力系数的实验方法称为拉脱法．若金属片为环状吊片时，考虑一级近似，可以认为脱离力为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即F=α·π(D1十D2) （1）式中，F为脱离力，D1，D2分别为圆环的外径和内径，α为液体的表面张力系数．硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥，当外界压力作用于金属梁时，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此，即△U=KF （2）式中，F为外力的大小，K为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，△U为传感器输出电压的大小。
[实验装置]1.结构图图1 结构图1、水平调节螺丝2、升降螺丝3、玻璃器皿4、吊环5、力敏传感器6、支架7、固定螺丝8、航空插头9、底座 10、数字电压表 11、调零图2为实验装置图,其中,液体表面张力测定仪包括硅扩散电阻非平衡电桥的电源和测量电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表．其他装置包括铁架台,微调升降台,装有力敏传感器的固定杆,盛液体的玻璃皿和圆环形吊片,实验证明,当环的直径在3cm附近而液体和金属环接触的接触角近似为零时.运用公式(1)测量各种液体的表面张力系数的结果较为正确。