專利名稱：厚度可調的液膜產生裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及泡沫膜物理化學性質測定裝置，尤其是涉及一種例如測定泡沫膜(也稱自由液膜，以下簡稱為液膜)的動態力學性質，測定泡沫膜的分離壓等的厚度可調的液
膜產生裝置。
背景技術：
泡沫體系在工農業生產及日常生活中有著廣泛的應用。隨著石油工業的發展，人們越來越多地將泡沫用于鉆井、壓裂、酸化、三次采油等勘探、開發和采油領域。泡沫體系最重要的特性是泡沫的穩定性。以往的研究表明，溶液表面粘彈性對泡沫穩定性有著重要影響，但需要強調的是這種表面粘彈性是在相當深厚的溶液表面上測定的。“一種研究泡沫液膜性質的新方法”(《石油勘探與開發》，1995年，第三期，第96 99頁)一文指出，與泡沫穩定性關系更直接、更密切的應該是自由液膜(free liquid film，FLF，或稱泡沫膜，有時簡稱液膜)的力學性質，同時公開了一種自由液膜動態拉伸粘彈性的測定裝置。通過兩個銳邊圓環，上環懸掛于電子分析天平的掛鉤上，測定過程中其空間位置靜止不動。下環置于液盤上，液盤與下環外側之間充滿被測溶液。液盤在程控馬達的驅動下可做勻速垂直升降及振幅為0-5mm范圍內的正弦振動。液盤上升，使上、下環接觸，然后使液盤下降，上、下環之間就形成了近似圓柱形液膜。排出液盤中的液體，且在下環的側面作憎水處理，液膜與下部的其它部位的聯系被切斷，然后啟動馬達使液盤帶動下環做正弦振動，液膜產生正弦拉伸應變，其振幅，頻率及相位由位移傳感器輸入到雙筆記錄儀，另一筆記錄上環電子分析天平傳來的自由液膜的交變應力，從而得到應變和應力的振幅及相位差。理論推算和實驗結果都表明，泡沫膜的力學性質(如拉伸粘彈性，分離壓等)與泡沫膜的厚度有密切關系。但上述文獻中提到的自由液膜，其薄厚完全依賴自然的重力排液。 雖然可以根據液膜電導數據粗略判斷液膜的大致厚度，再通過切斷排液出路的方法可以使液膜的厚度控制在一定范圍內，但很難獲得可以進行重復試驗的厚度比較一致的液膜。更為重要的是，在比較不同起泡液性能的實驗中，使用厚度不一致的液膜沒有實質意義。另外，上述方法中液膜減薄的過程是不可逆的，而且，當液膜很薄時，重力排液速度非常慢，要獲得所需厚度的薄液膜需要耗費很長時間。
發明內容
針對上述方法中的缺陷，本發明提供一種厚度可調的液膜產生裝置，可以根據需要產生一定膜厚的液膜，且液膜的厚度可以自由調控。本發明的技術解決方案是一種厚度可調的液膜產生裝置，其中，該裝置包括上環組件，為一個倒扣且底部鏤空的金屬淺盤，該淺盤的盤口設有上環形刀口 ；下環組件，包括金屬導電環，該導電環內側設有與所述上環形刀口相向的下環形刀口，所述上環形刀口及下環形刀口大小相同且同軸水平；所述金屬導電環的下環形刀口的外周側開設有環槽，所述下環組件還包括導液層，為設于所述環槽上部的多孔材料層，該導液層的上表面低于所述下環形刀口設置，所述導液層底面與該環槽圍合形成一封閉的供液空槽，環形蓋板，由憎水處理的金屬或聚四氟乙烯制成，其能夠拆卸地固定于所述金屬導電環的外環上，且部分遮蓋于所述導液層上方，該環形蓋板的內周緣與該下環形刀口之間形成有朝向該液膜產生裝置中心的溢流槽；軟管接頭，設置于所述金屬導電環上，該軟管接頭與所述供液空槽連通，且外接供液-壓力調節系統。所述上環組件能夠相對所述下環組件上下移動。如上所述，本發明的厚度可調的液膜產生裝置確實具有如下優點本發明厚度可調的液膜產生裝置，可以根據需要產生一定厚度的液膜，且液膜的厚度可以自由調控。用于測定泡沫膜的物理化學性質，例如液膜張力，動態拉伸粘彈性或分離壓等泡沫膜的力學、光學和電學性質。另外，使用本發明的裝置，可以獲得比自然重力排液更厚或更薄的液膜，且排液過程可逆，膜厚控制較為精確，便于進行重復試驗和對比試驗。
圖1本發明厚度可調的液膜產生裝置的結構示意圖；圖2本發明的下環組件的俯視示意圖；圖3本發明的下環組件的左視圖。主要元件標號說明A上環組件 B下環組件 1金屬導電環2導液層3環形蓋板 4軟管接頭5下環形刀口6溢流槽 7供液空槽8供液-壓力調節系統 9液膜10上環形刀口
具體實施例方式本發明的厚度可調的液膜產生裝置，其中，該裝置包括上環組件及下環組件；上環組件為一個倒扣且底部鏤空的金屬淺盤，該淺盤的盤口設有上環形刀口 ；下環組件為金屬導電環，該導電環內側設有與所述上環形刀口相向的下環形刀口，所述上環形刀口及下環形刀口大小相同且同軸水平；所述金屬導電環的下環形刀口的外周側開設有環槽，所述下環組件還包括導液層、環形蓋板及軟管接頭；導液層為設于所述環槽上部的多孔材料層，該導液層的上表面低于所述下環形刀口設置，所述導液層底面與該環槽圍合形成一封閉的供液空槽；環形蓋板由憎水處理的金屬或聚四氟乙烯制成，其能夠拆卸地固定于所述金屬導電環的外環上，且部分遮蓋于所述導液層上方，該環形蓋板的內周緣與該下環形刀口之間形成有朝向該液膜產生裝置中心的溢流槽；軟管接頭設置于所述金屬導電環上，該軟管接頭與所述供液空槽連通，且外接供液-壓力調節系統。所述上環組件能夠相對所述下環組件上下移動。為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照
本發明的具體實施方式
。如圖1至圖3所示，為本發明的厚度可調的液膜產生裝置的較佳實施例的結構示意圖、下環組件俯視結構示意圖及下環組件的側面結構示意圖，為了能夠制造出厚度可調的液膜9，本發明的厚度可調的液膜產生裝置包括上環組件A及下環組件B;其中，上環組件 A為一個倒扣且底部鏤空的金屬淺盤，該淺盤的盤口設有上環形刀口 10 ； S卩，該上環形刀口 10是朝下設置的。下環組件B包括金屬導電環1，該導電環內側設有與所述上環形刀口 10 相向的下環形刀口 5，該下環形刀口 5是朝上設置的；所述上環形刀口 10及下環形刀口 5大小相同且同軸水平，上環形刀口 10與下環形刀口 5于豎直方向相對設置；所述金屬導電環 1的下環形刀口 5的外周側開設有環槽，所述下環組件B還包括導液層2、環形蓋板3及軟管接頭4 ；導液層2為設于所述環槽上部的多孔材料層，該導液層2的上表面低于所述下環形刀口 5設置，所述導液層2底面與該環槽圍合形成一封閉的供液空槽7 ；環形蓋板3由憎水處理的金屬或聚四氟乙烯制成，其能夠拆卸地固定于所述金屬導電環1的外環上，且部分遮蓋于所述導液層2上方；該金屬導電環1內設有的環槽將該金屬導電環1頂部分隔為內環及外環，而環形蓋板3的內徑比內環的外徑大，同時小于外環的內徑，從而當環形蓋板 3固定在該金屬導電環1的外環上時，環形蓋板3高于所述下環形刀口 5設置，該環形蓋板 3的內周緣與該下環形刀口 5之間形成有朝向該液膜產生裝置中心的溢流槽6，即所述環形蓋板3內周緣、導液層2上表面及下環形刀口 5形成由小環形刀口向金屬導電環1內部方向流動的溢流槽6。所述軟管接頭4設置于所述金屬導電環1上，該軟管接頭4與所述供液空槽7連通，且外接供液-壓力調節系統8，供液-壓力調節系統8提供的液體經由該軟管接頭4注入到供液空槽7中，并且液體注入的量是由供液-壓力調節系統8控制的；液體能夠經由供液空槽7通過由多孔材料制成的導液層2到達導液層2上方的溢流槽6中，再經過下環形刀口 5溢流至金屬導電環1的中心孔。借此，下環形刀口 5能夠得到液體的覆蓋。 所述上環組件A與所述下環組件B相向正對設置，上環組件A能夠相對下環組件B上下移動，從而改變上環形刀口 10與下環形刀口 5之間的距離。較佳的，本發明的厚度可調的液膜產生裝置，其中，所述導液層2的上表面低于所述下環形刀口 1 2mm。借此，導液層2上表面外露的部分能夠形成一溢流槽6，當液體穿過導液層2到達導液層2上表面時，能夠在導液層2上表面積聚一定深度，再由下環形刀口 5溢流出去，提高液膜9供液的均勻性和連續性。如圖所示，本發明的厚度可調的液膜產生裝置，其較佳的實施例中，所述導液層2 的上表面與所述環槽的外側頂面相平；而當環形蓋板3固定至金屬導電環1上時，增水處理的環形蓋板3底面能夠與導液層2的上表面貼緊，使其形成相對密封的結構，借此，向上通過導液層2的液體便只能傾向于下環形刀口 5 —側流動，而不會積聚在導液層2與環形蓋板3之間。本發明的厚度可調的液膜產生裝置，較佳的，所述環形蓋板3經由螺釘連接固定至所述金屬導電環1的外環上。在制作過程中可用一平板將導液層2整體封住，使得多孔材料能將整個環槽開口蓋住，在導液層2制作完成后，再拆下平板，用螺釘將環形蓋板3固定在金屬導電環1上。當然，環形蓋板3也可以用其他可拆卸的固定方式固定至金屬導電環1上，并不以此為限。本發明的厚度可調的液膜產生裝置，其溢流槽6的大小尺寸關系到溢流槽6中液體的量的大小，從而影響到液膜9形成連續性和穩定性等問題，較佳的，本發明的溢流槽6 寬度為0. 1 2mm，有利于液體的傳導，其形成的液膜9效果較佳。更進一步的，本發明的優選的溢流槽6寬度為0. 1 0. 5mm。本發明的厚度可調的液膜產生裝置，上環形刀口 10及下環形刀口 5直徑的大小直接影響到液膜9的直徑大小。理論上，在液膜9高度不變的情況下，直徑越大，液膜9形狀越接近圓柱面，這樣的曲面方便進行動態力學參數的計算以及膜厚的測定。考慮到空間限制，較佳的，所述上環形刀口 10及下環形刀口 5的直徑大小范圍為10 200mm。而更優選的方案中，本發明的厚度可調的液膜產生裝置，較佳的，所述上環形刀口 10及下環形刀口 5 的直徑大小范圍為50 120mm。本發明的厚度可調的液膜產生裝置，為了提高金屬導電環1的使用效果及使用壽命，較佳的，所述金屬導電環1的材料為耐熱、耐腐蝕金屬材料。其中，所述金屬導電環1的材料可以是不銹鋼或鉬。環形蓋板3可用材料為不銹鋼、鉬、聚四氟乙烯、玻璃等耐腐蝕的金屬或非金屬材料。涂覆用憎水材料為氯硅烷類試劑(如二氯二甲基硅烷)或碳氟類憎水材料。當環形蓋板3材料采用聚四氟乙烯時，由于其本身憎水，不再需要涂覆憎水材料。本發明的厚度可調的液膜產生裝置，其中，導液層2也多孔材料制成，為了使導液層2上下兩側的空間相對密封，使空氣不能夠經由導液層2進入供液空槽7中；較佳的，所述多孔材料為親水多孔材料。其中，所述多孔材料優選為燒結玻璃；也可以使其它強親水多孔材料。同時，本發明的厚度可調的液膜產生裝置的導液層2的厚度也與液體供給的量的大小和速度有關，較佳的，所述導液層2厚度范圍為1 10mm，其寬度范圍為1 20mm。本發明的厚度可調的液膜產生裝置，當環形蓋板3需要進行憎水處理時，較佳的， 本發明中所述憎水處理為采用硅烷類或碳氟類憎水材料涂覆于金屬表面。更進一步的，所述硅烷類憎水材料優選為二氯二甲基硅烷。如上所述的本發明的厚度可調的液膜產生裝置，請一并參照圖1至圖3所示，其較佳實施例的結構及具體實施使用的過程如下本發明的厚度可調的液膜產生裝置包括上環組件A和下環組件B兩部分，所述上環組件A為一個倒扣的底部鏤空的金屬淺盤，淺盤的盤口有上環形刀口 10，所述下環組件B 為金屬導電環1，環內側有與上環形刀口 10相向的下環形刀口 5，所述上環形刀口 10及下環形刀口 5大小相同且同軸水平；其中，下環組件B還包括多孔材料導液層2、憎水處理的金屬或聚四氟乙烯環形蓋板3和軟管接頭4，所述金屬導電環1的一面開有環槽，所述導液層2位于環槽上部，且導液層2的上表面低于下環形刀口 5，導液層2與環槽內部形成一封閉的供液空槽7空間，環形蓋板3部分遮蓋于導液層2上且可拆式固定于環槽的外側，環形蓋板3與下環形刀口 5之間形成溢流槽6，軟管接頭4位于金屬導電環1上，其外接供液-壓力調節系統8且與供液空槽7相通。本發明的厚度可調的液膜產生裝置通過供液-壓力調節系統向供液空槽中注入液體后，液體穿過導液層，并逐漸溢由流槽溢流至金屬導電環中心，使下環形刀口上充分覆蓋液體；同時，經由上環形刀口與下環形刀口相接觸后的相對垂直移動，可以拉伸得到垂直的、近似圓柱形的液膜9。其中，液體壓力以下環形刀口 5處的水力學靜壓力為零。當供
7液-壓力調節系統8有正壓力時，由于環形蓋板3表面憎水，導液層2排出的液體能夠通過溢流槽6將被測液體壓到上環形刀口及下環形刀口拉伸所得的液膜9內，使得液膜9增厚； 當供液-壓力調節系統8有負壓力時，由于多孔材料的孔隙直徑很小，并且是強親水的，膜外空氣不能進入導液層2，只能是膜內液體克服分離壓(或稱楔壓)通過導液層2進入供液-壓力調節系統8，則液膜9減薄。多孔材料的孔隙直徑越小，可使用的負壓越大，所能獲得的液膜9厚度越小，直到牛頓黑膜生成。液膜9厚度可以通過外部的干涉儀來測定。當液膜9達到所需厚度時，膜內外保持一定的壓力差，從而實現液膜9厚度的可調、可控。本發明厚度可調的液膜產生裝置，可以根據泡沫膜物理化學性質測定中所需要的膜厚產生液膜，且膜厚是可調可控的。泡沫膜物理化學性質包括液膜張力等表面熱力學性質、動態拉伸粘彈性等動力學性質，以及液膜的光學、電學性質等。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬于本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，該裝置包括上環組件，為一個倒扣且底部鏤空的金屬淺盤，該淺盤的盤口設有上環形刀口 ；下環組件，包括金屬導電環，該導電環內側設有與所述上環形刀口相向的下環形刀口， 所述上環形刀口及下環形刀口大小相同且同軸水平；所述金屬導電環的下環形刀口的外周側開設有環槽，所述下環組件還包括導液層，為設于所述環槽上部的多孔材料層，該導液層的上表面低于所述下環形刀口設置，所述導液層底面與該環槽圍合形成一封閉的供液空槽，環形蓋板，由憎水處理的金屬或聚四氟乙烯制成，其能夠拆卸地固定于所述金屬導電環的外環上，且部分遮蓋于所述導液層上方，該環形蓋板的內周緣與該下環形刀口之間形成有朝向該液膜產生裝置中心的溢流槽；軟管接頭，設置于所述金屬導電環上，該軟管接頭與所述供液空槽連通，且外接供液-壓力調節系統；所述上環組件能夠相對所述下環組件上下移動。
2.如權利要求1所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述導液層的上表面低于所述下環形刀口 1 2mm。
3.如權利要求1或2所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述導液層的上表面與所述環槽的外側頂面相平。
4.如權利要求1所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述環形蓋板經由螺釘連接固定至所述金屬導電環的外環上。
5.如權利要求1所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述溢流槽寬度為 0. 1 2mmο
6.如權利要求5所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述溢流槽寬度為 0. 1 0. 5mmο
7.如權利要求1所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述上環形刀口及下環形刀口的直徑大小范圍為10 200mm。
8.如權利要求7所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述上環形刀口及下環形刀口的直徑大小范圍為50 120mm。
9.如權利要求1所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述金屬導電環的材料為耐熱、耐腐蝕金屬材料。
10.如權利要求9所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述金屬導電環的材料為不銹鋼或鉬。
11.如權利要求1所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述多孔材料為親水多孔材料。
12.如權利要求11所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述多孔材料為燒結玻璃。
13.如權利要求1所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述導液層厚度范圍為1 10mm，其寬度范圍為1 20mm。
14.如權利要求1所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述憎水處理為采用硅烷類或碳氟類憎水材料涂覆于金屬表面。
15.如權利要求14所述的厚度可調的液膜產生裝置，其特征在于，所述硅烷類憎水材料為二氯二甲基硅烷。
全文摘要
本發明公開了一種厚度可調的液膜產生裝置，包括上環組件和下環組件兩部分，下環組件包括金屬導電環，導液層、環形蓋板和軟管接頭，所述金屬導電環的上表面開有環槽，導液層與環槽形成一封閉的供液空槽，環形蓋板與下環形刀口之間形成溢流槽，軟管接頭外接供液-壓力調節系統且與供液空槽相通。當供液-壓力調節系統有正壓力時，導液層排出的液體能夠通過溢流槽將被測液體壓到液膜內，使得液膜增厚；當供液-壓力調節系統有負壓力時，膜外空氣不能進入導液層，只能是膜內液體克服分離壓通過導液層進入供液-壓力調節系統，則液膜減薄。當液膜達到所需厚度時，膜內外保持一定的壓力差，從而實現液膜厚度的可調、可控。
文檔編號G01N33/00GK102520122SQ20111040962
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月9日 優先權日2011年12月9日
發明者侯慶鋒, 宋新民, 張禹負, 王紅莊, 翁蕊, 馬德勝 申請人:中國石油天然氣股份有限公司