本发明涉及一种低气压液体表面张力系数测量装置，属于液体物理性质测量领域。
背景技术：
表面张力是液体的基本性质，在工业、农业、医学、化学、热学、冶炼等领域均有重要应用。在水力学中，表面张力与水流掺气、气泡运移、水雾弥漫等密切相关。随着我国水利工程建设不断发展，水力开发重点逐渐转向水能资源丰富的第一阶梯。在高海拔条件下，环境低气压可能影响水流掺气、压力、空化、雾化等各项水力特性，特别对于高速水流，极易产生空蚀磨蚀、流激振动、剧烈脉动等现象，危及工程安全。因此，低气压下液体表面张力测量意义重大。
目前测量液体表面张力系数的方法主要有：毛细上升法、最大气泡压力法、吊环法、悬滴法、表面波法。毛细上升法基于毛细管原理，是测定液体表面张力系数较准确的方法，一般用于当地大气压下测量，但难以直接测量不同低气压下液体表面张力。最大气泡压力法通过向插入液体的毛细管吹入惰性气体，测量管口气泡内外最大压差计算表面张力系数，装置简单，但气泡生成速度不宜控制，且气泡往往不能近似为球形影响测量精度。吊环法是通过测量铂丝圆环从液面拉起过程中的拉力计算液膜表面张力系数，应用方便，可测量气-液、液-液界面张力，但由于液膜有一定的厚度，同时由于上拉环也将带起若干液体，导致吊环法的精度偏低。悬滴法利用液体从很细的管口中滴落时液滴重量和表面张力相等的原理，测量原理简单，易于实现，但只能应用于液滴很小的情况。表面波法通过测量液体表面波的频率和波长计算表面张力系数，测量精度主要取决于波长和频率测量仪器，可测量各种条件下液体表面张力，但设备复杂、造价昂贵，不易实现。
技术实现要素：
针对以上缺陷，本发明提供一种低成本、高精度、可应用于不同低气压下液体表面张力系数测量装置。
所述的低气压液体表面张力系数测量装置包括：真空箱、真空阀、真空泵、烧杯、毛细管、细铁棒、尺读望远镜。待测液体放置于烧杯内，烧杯连同待测液体放置于真空箱内，毛细管绑扎在细铁棒上，细铁棒插入真空箱内，真空泵通过真空阀与真空箱连接，真空箱密闭后，打开真空泵抽气，待真空箱内达到目标气压后，关闭抽气真空阀及真空泵，将细铁棒缓慢向下移动，当毛细管的一端恰好与待测液体的液面接触时细铁棒停止移动，待毛细管内液面上升停止后，利用尺读望远镜读出毛细管液面上升高度，再计算出液体表面张力系数。
所述的真空箱，由顶盖与箱体组成，顶盖与箱体之间采用橡胶圈密封。箱体外壳为有机玻璃，厚度15mm以上；顶盖上安装一个抽气真空阀连接真空泵用于抽气，安装一个放气阀用于放气及调节真空度，安装一个真空压力表测量真空箱内真空度，安装一个密闭孔以插入细铁棒。
所述的毛细管，内径在0.3mm～1mm之间，外径在0.5mm～2mm之间。
所述的表面张力系数计算方法为：某气压下液体表面张力系数γ计算公式如下：
其中，ρ为液体密度；
g为重力加速度；
r为毛细管内径；
h毛细管内液面上升高度；
θ为玻璃与液体的接触角；
r1为烧杯内径；
r2为毛细管外径。
本发明与现有技术相比有如下优点：
(1)可测量不同低气压下液体表面张力系数。本发明利用小减压箱，可便捷地实现不同的低气压环境；
(2)成本低、精度高。本发明基于毛细管原理，考虑了液面凹凸及有限面域修正，保证了测量精度，并且装置及观测设备简单，成本较低。
附图说明
附图1是本发明测量装置示意图。
1真空箱箱体；2烧杯；3待测液体；4毛细管；5细铁棒；6真空压力表；7放气阀；8抽气真空阀；9密闭孔；10真空泵；11真空箱顶盖。
具体实施方式
实施例1
低气压液体表面张力系数测量装置示意图见图1，其中1为真空箱，2为烧杯，3为待测液体，4为毛细管，5为细铁棒，6为真空压力表，7为放气阀，8为抽气真空阀，9为密闭孔，10为真空泵。将烧杯2洗净，待测液体3为水，置于烧杯2内，烧杯2内液面高度不低于5cm，再将烧杯2连同待测液体3放置于真空箱箱体1内。将毛细管4绑扎在细铁棒5上，再将细铁棒5插入真空箱顶盖11的密闭孔9内。将真空箱顶盖11盖在真空箱箱体1上，中间垫好橡胶圈。关闭放气阀7，打开抽气真空阀8。打开真空泵10开始抽气，待真空压力表示值稳定在目标气压0.05MPa后，关闭抽气真空阀8及真空泵10。将细铁棒5缓慢向下移动，当毛细管4的一端恰好与待测液体3的液面接触时细铁棒5停止移动。待毛细管4内液面上升停止后，利用尺读望远镜读出毛细管液面上升高度h＝0.041m。
已知毛细管4内径r为0.4mm，外径r2为0.8mm，烧杯2内径r1为0.1m，对于清洁的玻璃和水，接触角θ近似为0，待测液体3的密度ρ为1000kg/m3，重力加速度g为9.8m/s2，则气压为0.05MPa时，20℃水体的表面张力系数γ计算公式如下：