表面张力仪机械升降结构的设计要求以及加工精度

表面张力仪作为测试液体表面张力及液液界面张力的分析仪器，已经经过了近100年的发展历程，特别是近20年来，随着进口表面张力仪将铂金板法测量技术引进到中国后，表面张力仪的技术应用得到了迅速的发展。无论在电镀行业、墨水行业、油墨行业、油漆涂料行业还是化妆品、农药等行业，各个研究单位以及学校、公司大部分均已经采购了表面张力仪。

20世纪80-90年代，中国的表面张力仪以国产的铂金环法表面张力仪为主。但是众所周知的原因，铂金环法的表面张力仪的测量精度和操作要求非常高，加上国产的铂金环法表面张力仪在设计环的参数以及整机的机械加工方面均无法达到很高的水平，因而，表面张力测值结果的精度一直达不到科研要求，只能作为教学演示原理所用。事实上，国外的表面张力仪通常采用了两种原理：一种为基于阿莎算法的铂金板法，以A.W.Neumann教授为代表；另一种为经典的吊板法，以德系表面张力仪为主。两者的区别在于：后者需要将铂金板浸入样品一定高度后再拉升回，而前者没有这样的动作。

通常，作为研究所用，我们建议采购铂金板法原理的表面张力仪。由于存在两种不同的铂金板法原理，因而，在硬件结构的设计方面事实上，德系的表面张力仪的设计加工精度要求比较低，而阿莎算法的表面张力仪要求非常高。这些要求主要为：

1、阿莎算法由于采用润湿速度用以分析润湿接触角以及润湿高度，因而，对于分析天平的速度有非常高的要求。而德系的表面张力仪没有修正接触角值和浮力值，且测试表面张力为静态表面张力值，因而，对于分析天平本身的要求比较低，普通的赛多利斯的分析天平也能够满足要求。

2、阿莎算法要求升降系统的独值速度非常快且能够实现零回程间隙，零回差，精度要求更高，通常要求um级，因而，阿莎算法的表面张力仪通常会采用激光控制所用的光学平移台，通常的控制丝杆螺距要求为0.5mm以内。

而德系的表面张力仪在设计升降系统时通常要求不高。虽然经典铂金板法对于升降系统从机械加工精度和结构方面均有要求，但如果这些表面张力仪忽略这些要求，采用皮带轮以及减速直流电机的方式 ，对于一个静态的测值结果而言，误差也是能够接受的。这是因为，经典的铂金板法的浸入样品的动作已经使得润湿高度过度而导致测值偏大，在无法证明其偏大多少值的情况下，采用蒸馏水进行判断的方式有时是无法进行评估的。

众所周知，皮带轮和减速直流电机均会带来非常大的回程间隙。这个回程间隙在电机升起（正转）以及降下（反转）的过程中，会带来明显的位移偏差。而事实上，在德系的仪器采用了这样的结构过程中，测值结果的影响不是很大，正说明其测值原理上以及分析天平的灵敏度均没有达到很好的标准。