Метою роботи є розроблення удосконалених методу розгорнутого меніска та приладу для підвищення точності результатів контролю поверхневих властивостей на межах розділу рідина - повітря - тверде тіло. Відповідно до цієї мети необхідно вирішити такі задачі: o провести аналіз відомих методів контролю ПН і ККЗ рідин і розчинів ПАР за допомогою дослідження форми менісків та їх технічних реалізацій, зокрема, провести порівняльний аналіз відомих методів дослідження ПН рідин методом розгорнутого меніска і виявити шляхи удосконалення цього методу; o розробити і дослідити модель розгорнутого меніска, виявити особливості меніска такого типу; o розробити удосконалений метод розгорнутого меніска для контролю ПН та ККЗ розчинів ПАР із покроковою методикою визначення координат точок контуру меніска; o розробити та виготовити прилад для контролю ПН та ККЗ рідин та водних розчинів ПАР методом розгорнутого меніска та розробити методику роботи з цим приладом; o здійснити метрологічний аналіз розроблених удосконалених методу і приладу для контролю ПН та ККЗ рідин та водних розчинів ПАР методом розгорнутого меніска та оцінити вірогідність контролю розробленим приладом; o провести лабораторні випробування розробленого приладу для контролю ПН та ККЗ рідин та водних розчинів ПАР методом розгорнутого меніска. Об'єктом дослідження є процес контролю поверхневих властивостей розчинів ПАР на межах розділу фаз. Предметом дослідження є методи та засоби аналізу форми меніска для контролю поверхневого натягу та крайового кута змочування розчинами ПАР твердих тіл. ЗМІСТ ВСТУП 5 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ ВІДОМИХ МЕТОДІВ І ЗАСОБІВ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОВЕРХНЕВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НА МЕЖАХ РОЗДІЛУ ФАЗ 12 1.1 Аналіз відомих методів досліджень поверхневих властивостей речовин 12 1.2 Аналіз сучасних методів і засобів контролю поверхневих властивостей речовин, основаних на дослідженні форм осесиметричних менісків рідини 21 1.3 Аналіз факторів впливу на поверхневі властивості на межах розділу фаз та існуючого методу розгорнутого меніска 28 Обґрунтування і вибір напрямку дослідження 36 РОЗДІЛ 2 РОЗРОБЛЕННЯ УДОСКОНАЛЕНОГО МЕТОДУ ВИЗНАЧЕННЯ ПОВЕРХНЕВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ РІДИН НА ОСНОВІ АНАЛІЗУ ПРОФІЛЯ РОЗГОРНУТОГО МЕНІСКА БІЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЦИЛІНДРИЧНОГО СТРИЖНЯ 37 2.1 Удосконалений метод визначення поверхневих властивостей на межі розділу рідина - повітря - тверде тіло на основі аналізу профілю розгорнутого меніска 37 2.2 Математичне моделювання профілю розгорнутого меніска 39 2.3 Особливості розрахунку теоретичного профілю розгорнутого меніска 47 2.3.1 Зміна профілю розгорнутого меніска в залежності від початкових умов 47 2.3.2 Ітераційна процедура визначення кута змочування та поверхневого натягу удосконаленим методом розгорнутого меніска 52 2.4 Методика порівняння координат точок експериментального і теоретичного контурів розгорнутого меніска 59 2.5 Вплив меніска контрольованої рідини, утвореного над стінками посудини, на форму розгорнутого меніска 62 Висновки до розділу 70 РОЗДІЛ З РОЗРОБЛЕННЯ УДОСКОНАЛЕНОГО ПРИЛАДУ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОВЕРХНЕВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НА МЕЖІ РОЗДІЛУ ФАЗ РІДИНА - ГАЗ - ТВЕРДЕ ТІЛО 72 3.1 Структурна схема приладу 72 3.2 Розроблення конструкції вузлів оптичної системи приладу 74 3.3 Розроблення і опис конструкції блоків приладу 76 3.4 Опис роботи електричної схеми вимірювального блоку приладу 81 3.5 Методика визначення координат точок контуру розгорнутого меніска із його зображення 82 3.5.1 Визначення координат контуру експериментального розгорнутого меніска із піксельною точністю 82 3.5.2 Визначення координат контуру експериментального розгорнутого меніска із субпіксельною точністю 92 3.6 Калібрування відеокамери приладу 94 Висновки до розділу 96 РОЗДІЛ 4 МЕТРОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ УДОСКОНАЛЕНОГО МЕТОДУ І ПРИЛАДУ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ПОВЕРХНЕВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НА МЕЖАХ РОЗДІЛУ ФАЗ 97 4.1 Аналіз невизначеностей вимірювань поверхневого натягу і крайового кута змочування на межах розділу фаз удосконаленими методом розгорнутого меніска і приладом 97 4.2 Оцінка стандартних невизначеностей вхідних величин і результатів вимірювання поверхневого натягу і крайового кута змочування розробленим приладом 102 4.3 Бюджет сумарної невизначеності вимірювання поверхневого натягу і крайового кута змочування та визначення їх розширених невизначеностей 117 4.4 Оцінювання вірогідності контролю поверхневих властивостей на межах розділу фаз 119 Висновки до розділу 123 РОЗДІЛ 5 РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ПОВЕРХНЕВИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НА МЕЖАХ РОЗДІЛУ ФАЗ РОЗРОБЛЕНИМ ПРИЛАДОМ, ЩО РЕАЛІЗУЄ УДОСКОНАЛЕНИЙ МЕТОД РОЗГОРНУТОГО МЕНІСКА 125 5.1 Методика дослідження поверхневих властивостей на межі розділу рідина - повітря - тверде тіло розробленим приладом удосконаленим методом розгорнутого меніска 125 5.2 Лабораторні випробування розробленого приладу і аналіз їх результатів 135 Висновки до розділу 142 ВИСНОВКИ 143 Список використаних джерел 145 ДОДАТКИ 157