1.核心壓力測量系統(tǒng)

 

這是儀器的“感知中樞”，負責(zé)精準(zhǔn)捕捉氣泡生成過程中的壓力變化，直接決定測量精度。

 

高精度壓力傳感器：是壓力測量的核心元件，需能檢測微小的壓力波動（通常精度達0.1Pa級別）。當(dāng)氣泡在毛細管尖端形成、長大至臨界狀態(tài)時，傳感器實時采集壓力信號，并將物理壓力轉(zhuǎn)化為可被電路識別的電信號。其靈敏度、線性度和穩(wěn)定性直接影響最終張力計算的準(zhǔn)確性。

 

壓力信號處理模塊：接收傳感器輸出的原始電信號后，通過濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）等處理，將干擾信號剔除，把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再傳輸至數(shù)據(jù)處理單元進行計算。

 

2.氣泡生成與控制組件

 

該部分負責(zé)按可控方式生成氣泡，確保氣泡形成過程符合測試原理（如Lamellae方程或Maxwell模型）的要求。

 

精密毛細管/探針：是氣泡與液體接觸的關(guān)鍵部件，其內(nèi)徑尺寸（通常為幾十至幾百微米）需根據(jù)測試液體的張力范圍精確選擇（張力越小，毛細管內(nèi)徑通常越小）。毛細管尖端需經(jīng)過拋光處理，保證表面光滑、邊緣規(guī)整，避免因尖端缺陷導(dǎo)致氣泡形態(tài)異常，影響壓力測量。部分儀器配備可更換的毛細管套件，以適配不同測試需求。

 

微量進樣/輸液系統(tǒng)：通過高精度注射泵或蠕動泵控制氣體（如氮氣、空氣）或液體的輸送速率，實現(xiàn)氣泡生成速度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)（通常氣泡生成周期為幾秒至幾十秒）。穩(wěn)定的輸送速率能確保氣泡均勻長大，避免因流速波動導(dǎo)致壓力峰值紊亂，是獲得穩(wěn)定最大壓力值的前提。

 

3.樣品測試環(huán)境組件

 

為測試提供穩(wěn)定、可控的環(huán)境，減少外界因素對液體表面/界面狀態(tài)的干擾。

 

樣品池/測試容器：用于盛放待測液體樣品，通常由惰性材料（如玻璃、聚四氟乙烯）制成，避免與樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或物理吸附。部分樣品池具備恒溫功能（通過水浴或帕爾貼元件控溫），可維持測試溫度在設(shè)定范圍（精度通常為±0.1℃），因為溫度對液體表面張力影響顯著，恒溫環(huán)境是保證數(shù)據(jù)重復(fù)性的重要條件。

 

環(huán)境控制模塊：部分儀器配備防塵、防振動的測試腔，或可通入惰性氣體隔絕空氣，避免樣品揮發(fā)、氧化，或外界雜質(zhì)污染樣品表面，尤其適用于易揮發(fā)、易氧化的液體（如有機溶劑、生物體液）測試。

 

4.驅(qū)動與控制系統(tǒng)

 

作為儀器的“執(zhí)行與指揮中心”，協(xié)調(diào)各組件按預(yù)設(shè)程序運行，實現(xiàn)自動化測試。

 

驅(qū)動單元：包括泵驅(qū)動電路、溫度控制電路等，根據(jù)控制系統(tǒng)的指令，驅(qū)動注射泵、控溫裝置等組件工作，確保氣泡生成速率、測試溫度等參數(shù)按設(shè)定值穩(wěn)定運行。

 

主控電路板/微處理器：接收用戶通過操作界面輸入的參數(shù)（如毛細管內(nèi)徑、測試溫度、氣泡周期），按內(nèi)置程序向各驅(qū)動單元發(fā)送指令，同時同步接收壓力傳感器的信號，協(xié)調(diào)整個測試流程的時序。

 

5.數(shù)據(jù)處理與顯示組件

 

負責(zé)張力計算、數(shù)據(jù)存儲與結(jié)果呈現(xiàn)，是儀器與用戶交互的核心。

 

數(shù)據(jù)處理單元：基于預(yù)設(shè)的表面/界面張力計算公式（如γ=ΔP_max×r/2，其中ΔP_max為最大壓力差，r為毛細管半徑），結(jié)合傳感器采集的壓力數(shù)據(jù)、用戶輸入的毛細管參數(shù)等，自動計算出張力值。部分高級算法還能對數(shù)據(jù)進行平滑處理、異常值剔除，提升結(jié)果可靠性。

 

人機交互界面：由顯示屏（如觸摸屏）和操作按鍵/軟件組成，用戶可通過界面設(shè)置測試參數(shù)、啟動/停止測試，實時查看壓力曲線、張力數(shù)值等數(shù)據(jù)。儀器通常支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲（如保存為Excel、TXT格式）、曲線回放和報表生成，方便數(shù)據(jù)后續(xù)分析。