一种手持式管状基体表面本征接触角测量仪的制作方法

1.本实用新型属于材料表面浸润性表征技术领域，具体涉及一种手持式管状基体表面本征接触角测量仪。


背景技术：

2.材料表面的浸润性对于许多工程和功能材料的应用都具有重要意义。尤其是超浸润材料，在自清洁、流体减阻、强化传热、防覆冰以及油水分离等领域有重要的应用价值。接触角尤其是本征接触角作为评价材料表面浸润性的重要指标之一，应该被准确的表征。对于平面基体，一般通过接触角测量仪(座滴法)来拟合液滴在基体表面的轮廓，进而获得液滴在其表面的接触角，该方法所获得接触角即为表观接触角也为本征接触角。但是对于管状基体，由于曲率影响，导致座滴法所获得的表观接触角与本征接触角存在较大偏差，造成材料表面浸润性的评价误差。现有的接触角测量仪无法直接经过测量得到管状基体表面的本征接触角。
3.因此，如何快速、便捷、准确地表征管状基体内外表面本征浸润性是本领域亟待解决的核心技术问题。


技术实现要素：

4.为实现本实用新型目的而采用的技术方案是这样的，一种手持式管状基体表面本征接触角测量仪，包括壳体、显示屏、手柄、主板模块和ccd相机。
5.所述壳体上端安装有液体进样器。所述液体进样器包括储液管和穿入在储液管中的推进杆，以及连接在储液管端部的针头。所述壳体的长度方向与针头的长度方向相同。将壳体在长度方向的两端分别记为前端和后端。其中，壳体的前端相对于后端，更加靠近针头。
6.所述手柄安装在壳体下端。所述手柄内部设置有电池容纳腔。所述电池容纳腔中安装有电池。所述手柄上设置有拍照开关。
7.所述显示屏安装在壳体的后端面上。所述壳体的后端面上还设置有控制按键模块。
8.所述ccd相机安装在壳体的前端面上。
9.所述主板模块安装在壳体内部。所述主板模块上安装有处理器。所述主板模块分别与ccd相机、显示屏、控制按键模块、拍照开关和电连接。
10.进一步，所述壳体的前端面上还安装有至少一个led灯。
11.所述手柄上设置有led灯开关。所述led灯开关分别与连接led灯和主板模块电连接。
12.进一步，所述控制按键模块包括数字按键、确认按键和方向按键。
13.进一步，所述壳体上端设置有对储液管进行限位的凹槽。
14.进一步，所述储液管通过至少一个紧固件固定在壳体上。
15.进一步，所述手柄外部包裹有软胶层。
16.本实用新型的技术效果是毋庸置疑的，本实用新型通过获得的液滴轮廓并输入液滴半径r和管状基体半径r即可直接获得管状基体本征接触角，将多个组件组合成一个手持式管状基体表面本征接触角测量仪，具有良好的便携性和移动性。本实用新型测试范围广，对管状基体的材质,以及对材料的亲疏水性均没有要求。
附图说明
17.图1为本实用新型的三维结构示意图1；
18.图2为本实用新型的三维结构示意图2；
19.图3为图2的a
‑
a向剖视图；
20.图4为水滴分别在疏水外表面、亲水外表面、亲水内表面和疏水内表面的径向和轴向的平面示意图；
21.图5为拍摄计算的管状基体疏水外表面光学图片与接触角测试图；
22.图6为拍摄计算的管状基体亲水外表面光学图片与接触角测试图；
23.图7为拍摄计算的管状基体亲水内表面光学图片与接触角测试图；
24.图8为拍摄计算的管状基体疏水内表面光学图片与接触角测试图。
25.图中：壳体1、凹槽101、限位块102、显示屏2、手柄3、电池容纳腔301、拍照开关302、led灯开关303、主板模块4、ccd相机5、储液管6、推进杆7、针头8、电池9、led灯10、数字按键11、确认按键12、方向按键13和紧固件14。
具体实施方式
26.下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不应该理解为本实用新型上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本实用新型上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的保护范围内。
27.实施例1：
28.本实施例公开一种手持式管状基体表面本征接触角测量仪，参见图1和图2，包括壳体1、显示屏2、手柄3、主板模块4和ccd相机5。
29.所述壳体1上端安装有液体进样器。具体的，参见图3，所述壳体1上端设置有对储液管6进行限位的凹槽101。所述液体进样器包括放置在凹槽101中的储液管6和穿入在储液管6中的推进杆7，以及连接在储液管6端部的针头8，本实施例中，针头8为可拆卸式针头，能够根据要求待测液液滴的大小进行拆卸更换。所述储液管6通过两个个紧固件14固定在壳体1上，本实施例中，紧固件14为抱箍。所述壳体1的长度方向与针头8的长度方向相同。将壳体1在长度方向的两端分别记为前端和后端。其中，壳体1的前端相对于后端，更加靠近针头8。
30.所述手柄3连接在壳体1下端。所述手柄3内部具有电池容纳腔301。所述电池容纳腔301中安装有电池9。所述手柄3外壁上装有拍照开关302和led灯开关303。所述手柄3外部包裹有软胶层，并在手指握持部位的波浪形凹凸处设有防滑纹。
31.所述显示屏2嵌入在壳体1的后端面上。所述壳体1的后端面上还嵌入有控制按键模块。所述控制按键模块包括数字按键11、确认按键12和方向按键13。
32.所述ccd相机5嵌入在壳体1的前端面上。所述壳体1的前端面上嵌入有四个led灯10。四个led灯10环绕ccd相机5布置。
33.所述主板模块4安装在壳体1内部。具体的，壳体1内壁凸起有用于安装主板模块4的限位块102，主板模块4通过螺钉连接在限位块102上。所述主板模块4上安装有处理器。所述主板模块4分别与ccd相机5、显示屏2、控制按键模块、拍照开关302、led灯开关303、led灯10和电连接。主板模块4上的处理器用于所拍液滴轮廓的图像处理、分析、计算、输出等用途。
34.使用时，长按确认按键12可执行开机/关机操作。所述数字按键11用来输入液滴半径r和管状基体半径r。方向按键13用来选择处理器计算公式，参见图4，对于疏水外表面和亲水内表面，处理器选取公式(1)进行计算，公式(1)如下：
[0035][0036]
式(1)中，θ为表观接触角，θ0为本征接触角。
[0037]
对于亲水外表面和疏水内表面，处理器选取公式(2)进行计算，公式(2)如下：
[0038][0039]
本实施例中，对具有疏水外表面的不锈钢管本征接触角进行测量，不锈钢管外表面半径r为8mm，液体进样器滴出液滴大小为7μl，液滴半径r为1.19mm；待液滴在不锈钢管外表面稳定后，按下拍照开关302拍下液滴在不锈钢管外表面的轮廓，主板模块4上的处理器对液滴轮廓进行分析，计算出该液滴在不锈钢管外表面的表观接触角θ；通过数字按键11输入管状基体的半径r和液滴半径r，通过方向按键13和确认按键12选择公式(1)进行计算，结果输出到显示屏2上，显示该不锈钢管外表面的本征接触角为102
°
，如图5所示。
[0040]
本实施例将多个组件组合成一个手持式管状基体表面本征接触角测量仪，具有良好的便携性和移动性，通过液滴轮廓并输入液滴半径r和不锈钢管外表面半径r即可直接获得不锈钢管本征接触角。
[0041]
实施例2：
[0042]
本实施例提供一种较为基础的实现方式，一种手持式管状基体表面本征接触角测量仪，参见图1和图2，包括壳体1、显示屏2、手柄3、主板模块4和ccd相机5。
[0043]
参见图3，所述壳体1上端设置有对储液管6进行限位的凹槽101。所述液体进样器包括放置在凹槽101中的储液管6和穿入在储液管6中的推进杆7，以及连接在储液管6端部的针头8，本实施例中，针头8为可拆卸式针头，能够根据要求待测液液滴的大小进行拆卸更换。所述储液管6通过两个个紧固件14固定在壳体1上，本实施例中，紧固件14为抱箍。所述壳体1的长度方向与针头8的长度方向相同。将壳体1在长度方向的两端分别记为前端和后端。其中，壳体1的前端相对于后端，更加靠近针头8。
[0044]
所述手柄3连接在壳体1下端。所述手柄3内部具有电池容纳腔301。所述电池容纳腔301中安装有电池9。所述手柄3外壁上装有拍照开关302。所述手柄3外部包裹有软胶层，并在手指握持部位的波浪形凹凸处设有防滑纹。
[0045]
所述显示屏2嵌入在壳体1的后端面上。所述壳体1的后端面上还嵌入有控制按键模块。所述控制按键模块包括数字按键11、确认按键12和方向按键13。
[0046]
所述ccd相机5嵌入在壳体1的前端面上。
[0047]
所述主板模块4安装在壳体1内部。具体的，壳体1内壁凸起有用于安装主板模块4的限位块102，主板模块4通过螺钉连接在限位块102上。所述主板模块4上安装有处理器。所述主板模块4分别与ccd相机5、显示屏2、控制按键模块、拍照开关302和电连接。主板模块4上的处理器用于所拍液滴轮廓的图像处理、分析、计算、输出等用途。
[0048]
使用时，长按确认按键12可执行开机/关机操作。所述数字按键11用来输入液滴半径r和管状基体半径r。方向按键13用来选择处理器计算公式，参见图4，对于疏水外表面和亲水内表面，处理器选取公式(1)进行计算，公式(1)如下：
[0049][0050]
式(1)中，θ为表观接触角，θ0为本征接触角。
[0051]
对于亲水外表面和疏水内表面，处理器选取公式(2)进行计算，公式(2)如下：
[0052][0053]
本实施例中，对外表面经过亲水处理的钛管本征接触角进行测量，钛管外表面半径r为10mm，液体进样器滴出液滴大小为5μl，液滴半径r为1.06mm；待液滴在钛管外表面稳定后，按下拍照开关302拍下液滴在钛管外表面的轮廓，主板模块4上的处理器对液滴轮廓进行分析，计算出该液滴在钛管外表面的表观接触角θ；通过数字按键11输入管状基体的半径r和液滴半径r，通过方向按键13和确认按键12选择公式(2)进行计算，结果输出到显示屏2上，显示该钛管外表面的本征接触角为54
°
，如图6所示。
[0054]
本实施例将多个组件组合成一个手持式管状基体表面本征接触角测量仪，具有良好的便携性和移动性，通过液滴轮廓并输入液滴半径r和钛管外表面半径r即可直接获得钛管本征接触角。
[0055]
实施例3：
[0056]
本实施例主要结构同实施例2，进一步，本实施例中，对内表面未经处理的钛管本征接触角进行测量，钛管内表面半径r为5mm，更换针头8，液体进样器滴出液滴大小为9μl，液滴半径r为3.25mm；待液滴在钛管内表面稳定后，按下拍照开关302拍下液滴在钛管内表面的轮廓，主板模块4上的处理器对液滴轮廓进行分析，计算出该液滴在钛管内表面的表观接触角θ；通过数字按键11输入管状基体的半径r和液滴半径r，通过方向按键13和确认按键12选择公式(1)进行计算，结果输出到显示屏2上，显示该钛管内表面的本征接触角为86
°
，如图7所示。
[0057]
实施例4：
[0058]
本实施例主要结构同实施例2，进一步，本实施例中，对内表面经过超疏水处理的钛管本征接触角进行测量，钛管内表面半径r为4mm，液体进样器滴出液滴大小为9μl，液滴半径r为1.29mm；待液滴在钛管外表面稳定后，按下拍照开关302拍下液滴在钛管内表面的轮廓，主板模块4上的处理器对液滴轮廓进行分析，计算出该液滴在钛管内表面的表观接触角θ；通过数字按键11输入管状基体的半径r和液滴半径r，通过方向按键13和确认按键12选
择公式(2)进行计算，结果输出到显示屏2上，显示该钛管内表面的本征接触角为152
°
，如图8所示。
[0059]
实施例5：
[0060]
本实施例主要结构同实施例2，进一步，所述壳体1的前端面上嵌入有四个led灯10。四个led灯10环绕ccd相机5布置。
[0061]
所述手柄3上安装有led灯开关303。所述led灯开关303分别与连接led灯10和主板模块4电连接。通过led灯开关303打开四个led灯，使得ccd相机5能够在多种光线环境下进行拍摄。