一种多功能接触角测量系统的制作方法

本发明涉及材料表面性能测试，具体涉及一种多功能接触角测量系统。

背景技术：

1、接触角测量是评价材料表面润湿性的重要手段，广泛应用于材料科学、表面工程、生物医学、微电子制造等领域。传统的接触角测量系统通常包括成像装置、光源、测量腔和滴液系统，通过将已知表面张力的测试液体滴加至待测样品表面，利用成像装置拍摄液滴形态并计算接触角。

2、然而，现有的接触角测量系统存在以下不足：

3、第一，传统系统仅能提供常温储液瓶中的标准测试液体，无法模拟实际工况中特殊气体在冷表面冷凝形成液滴的真实场景。在许多工业应用领域，如化工换热器防腐、制冷系统回油、电子元器件防潮密封、航空航天燃料系统等，材料表面的接触角测量需要在特殊气体冷凝条件下进行，即特殊气体在材料表面原位冷凝形成液滴后测量接触角，这种测量方式更能反映材料的实际服役性能。

4、第二，现有技术中尚未出现能够同时实现标准液滴滴定和特殊气体冷凝液滴滴定的集成化接触角测量系统。操作者需要分别在独立的装置中进行冷凝液制备和接触角测量，操作繁琐，且冷凝液在转移过程中可能发生温度变化、挥发损失或污染，影响测量精度，尤其是对于低沸点、易挥发的特殊气体冷凝液，转移过程几乎不可行。

5、第三，特殊气体的冷凝条件直接影响冷凝液滴的生成量和生成速率，现有装置缺乏对上述参数的精确控制，导致冷凝液滴的尺寸和纯度难以保证，影响接触角测量的重复性和可比性。

技术实现思路

1、针对现有接触角测量系统功能单一、无法实现特殊气体原位冷凝液滴制备和测量的技术缺陷，本发明提供一种多功能接触角测量系统，旨在实现以下目的：在同一系统内集成标准液滴供给和特殊气体冷凝液滴供给两套独立供液路径；通过冷凝装置将储气罐供给的特殊测试气体冷却为液态冷凝液，实现特殊气体冷凝液的原位制备和直接滴加；通过密闭循环设计和保温腔体确保低沸点冷凝液在输送过程中不发生汽化损失。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多功能接触角测量系统，包括成像装置、光源以及设置在所述成像装置与所述光源之间的测量腔，所述测量腔内顶部设有滴液针管；

3、所述滴液针管通过管路与第一输液泵的排液口连通，所述第一输液泵的进液口通过管路与储水瓶连通，所述第一输液泵用于将所述储水瓶内的测试液体输送至所述滴液针管；

4、所述滴液针管还通过管路与第二输液泵的排液口连通，所述第二输液泵的进液口通过管路与冷凝腔的出液口连通，所述冷凝腔的进气口通过管路与储气罐连通，所述储气罐用于向所述冷凝腔供给测试气体；

5、所述冷凝腔内部设有冷凝装置，所述冷凝装置用于将所述冷凝腔内的测试气体冷却，使所述测试气体冷凝成液态冷凝液，所述冷凝液经所述出液口进入所述第二输液泵，并由所述第二输液泵输送至所述滴液针管。

6、进一步的，所述冷凝腔通过管路与所述测量腔连通，所述冷凝装置将所述冷凝腔内的气体冷却至预设温度后，经所述管路送入所述测量腔，以使所述测量腔内的温度维持于所述预设温度，

7、进一步的，所述冷凝装置包括设置在所述冷凝腔体内部的低温冷头，所述低温冷头安装在低温制冷机上，所述低温冷头为锥形结构，且所述低温冷头的尖端朝向所述冷凝腔体的底部，所述低温冷头的平端朝向所述冷凝腔体的顶部；

8、所述低温冷头的锥形表面用于供所述测试气体在其上冷凝形成冷凝液滴，所述冷凝液滴在重力作用下沿所述锥形表面向所述尖端运动，并从所述尖端滴落至所述冷凝腔体的底部。

9、进一步的，所述第二输液泵的进液口通过管路与储液瓶连通，所述储液瓶通过管路与所述冷凝腔的出液口连通。

10、进一步的，所述测量腔和所述冷凝腔体均设置在保温腔内部，所述保温腔用于隔绝所述测量腔和所述冷凝腔体与外部环境之间的热交换，以使所述测量腔和所述冷凝腔体维持在预设温度范围内。

11、进一步的，所述保温腔上安装有温度传感器。

12、进一步的，所述测量腔通过管路与稳压泵连通，所述稳压泵用于调节所述测量腔内的气体压力，使所述测量腔内的压力维持在预设压力值

13、进一步的，所述测量腔顶部和底部均通过管路与废物收集装置连通；所述测量腔底部与废物收集装置连通的管路用于将所述测量腔废液排入所述废物收集装置；所述测量腔顶部与废物收集装置连通的管路用于将所述测量腔内的废气抽入所述废物收集装置。

14、进一步的，所述测量腔体通过管路与预留管口连通，所述预留管口用于连接外部其它功能模块。

15、进一步的，所述测量腔内部设有工作台，所述工作台与用于驱动其升降的顶升机构连接。

16、本发明的有益效果包括：

17、1.本发明的多功能接触角测量系统，通过在系统中同时设置连通储水瓶的第一供液路径和连通储气罐的第二供液路径，实现了在同一接触角测量系统内既可进行标准液滴测量，又可进行特殊气体冷凝液滴测量，拓展了系统的功能范围，填补了特殊气体冷凝接触角测量领域的设备空白。

18、2.本发明的多功能接触角测量系统，通过冷凝装置将储气罐供给的特殊测试气体原位冷却为液态冷凝液，并直接通过第二输液泵输送至滴液针管，实现了特殊气体冷凝液的即制即用，避免了冷凝液在转移过程中因温度升高而汽化、因接触空气而污染或因挥发而导致组分变化的问题，尤其适用于低沸点、易挥发或对空气敏感的特殊气体冷凝液。

19、3.本发明的多功能接触角测量系统，冷凝腔通过管路与测量腔连通，冷凝腔内经冷凝装置冷却后的低温气体经该管路进入测量腔，使测量腔内的环境温度维持在预设低温状态，从而为低沸点冷凝液的接触角测量提供稳定的低温环境，有效防止液态测试气体在滴加至样品表面过程中因温度升高而发生汽化，确保冷凝液滴以纯液相状态到达样品表面，保证接触角测量结果的准确性和可重复性。

1.一种多功能接触角测量系统，包括成像装置、光源以及设置在所述成像装置与所述光源之间的测量腔，所述测量腔内顶部设有滴液针管；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的多功能接触角测量系统，其特征在于，所述冷凝腔通过管路与所述测量腔连通，所述冷凝装置将所述冷凝腔内的气体冷却至预设温度后，经所述管路送入所述测量腔，以使所述测量腔内的温度维持于所述预设温度。

3.根据权利要求1所述的多功能接触角测量系统，其特征在于，所述冷凝装置包括设置在所述冷凝腔体内部的低温冷头，所述低温冷头安装在低温制冷机上，所述低温冷头为锥形结构，且所述低温冷头的尖端朝向所述冷凝腔体的底部，所述低温冷头的平端朝向所述冷凝腔体的顶部；

4.根据权利要求1所述的多功能接触角测量系统，其特征在于，所述第二输液泵的进液口通过管路与储液瓶连通，所述储液瓶通过管路与所述冷凝腔的出液口连通。

5.根据权利要求1所述的多功能接触角测量系统，其特征在于，所述测量腔和所述冷凝腔体均设置在保温腔内部，所述保温腔用于隔绝所述测量腔和所述冷凝腔体与外部环境之间的热交换，以使所述测量腔和所述冷凝腔体维持在预设温度范围内。

6.根据权利要求5所述的多功能接触角测量系统，其特征在于，所述保温腔上安装有温度传感器。

7.根据权利要求1所述的多功能接触角测量系统，其特征在于.所述测量腔通过管路与稳压泵连通，所述稳压泵用于调节所述测量腔内的气体压力，使所述测量腔内的压力维持在预设压力值。

8.根据权利要求1所述的多功能接触角测量系统，其特征在于，所述测量腔顶部和底部均通过管路与废物收集装置连通；所述测量腔底部与废物收集装置连通的管路用于将所述测量腔废液排入所述废物收集装置；所述测量腔顶部与废物收集装置连通的管路用于将所述测量腔内的废气抽入所述废物收集装置。

9.根据权利要求1所述的多功能接触角测量系统，其特征在于，所述测量腔体通过管路与预留管口连通，所述预留管口用于连接外部其它功能模块。

10.根据权利要求1所述的多功能接触角测量系统，其特征在于，所述测量腔内部设有工作台，所述工作台与用于驱动其升降的顶升机构连接。