流体型灭火剂表面张力测量中的误差分析

摘要：介绍泡沫灭火剂、水系灭火剂等流体型灭火剂产 品表面张力測量方法以及测量过程中容易出现的各种误差，对其产生的原因进行分析。可通过恒温水域或低温试验槽等控 温装置确保测量温度在合理的范围内，尽量减小温度造成的测 量误差。应保证测量中泡沫溶液质量分数的精确性；在测量时 要注意保持销金环的菰度和水平度，钳全环使用后应注意清洗 并高温灼烧。

在消防领域中，特别是对于流体灭火剂，表面张力是 非常重要的一项技术指标。对表面张力大小的适当控制 可以影响流体灭火剂的流动特性，进而影响其灭火性能。 当然，还没有特定的研究表明表面张力的大小能否直接 决定该类产品的灭火性能，但是可以肯定灭火剂的表面 张力可以在一定程度上影响其灭火效力。由此可见，无 论是对于灭火剂产品的生产单位，还是对于该类产品的 检测机构而言，准确测量表面张力的大小是衡量灭火剂 产品性能的一项重要工作。

1表面张力的测■

液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法。 静力学法有毛细管上升法、du Nouy环法、Wilhelmy盘法 法等，动力学法有震荡射流法、毛细管波法等■迄今为 止，实际生产中多采用静力学测定方法。而在消防科技 领域中，最常用来测量流体灭火剂产品表面张力的方法 是吊环法，即duNoiiy环法。吊环法是一种直接测定被 测液体表面张力，不需提供基准物质表面张力的方法。 因而具有精度较高、操作简便、结果直接等特点。吊环法 测量原理。

如图1所示，将一个用直径为2r由钮丝制成的内径 为2R’的圆环平置于液面，当圆环被向上缓慢提起时，在请修科孕与技术2013年3月第32卷第3期圆环的内外表面会形成与环表面相垂直的液膜，内外液 膜表面张力的合力竖直向下与拉力平衡。当液膜被切断 的瞬间，设此时液体的表面张力为S总拉力与圆环重力 的差为八则有式（1）。

f= 2nR’a + 2no{R’ 4- r） （1）

如果令R = R’ + r,而且当该伯丝足够细，与圆环的 内径2R’相比,可以将其直径2r忽略为零的话，则式（1） 可以改写为式（2）。

(2)

对于拉力f的测量，一般利用电阻应变片来实现表 面张力的非电量电测，提高实验系统的稳定性和准确度， 并实现自动化测量，既利用吊环法并结合计算机实现自 动化测量。

但是，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，并且环的半径和被拉起的液膜的半径稍 有不同，所以吊环法的精度稍低，但是应用很方便，不仅 可以测量气一液界面的表面张力，也可以测量液一液界 面张力。对于外力，可以使用螺旋秤或者传感器测量，当 然圆环要相当平整，通常用钳或含10%锭的钳制成。

2测量中的误差分析

笔者对流体型灭火剂产品表面张力测量过程中可能 出现的几种误差进行分析，并提出可供参考的避免误差 发生的方法。

2.1温度影响造成的误差

温度条件对于液体表面张力存在着很大的影响。大 量试验数据表明，液体的表面张力会随着温度的升高而 降低。通过对一系列流体灭火剂产品，包括不同配比的 泡沫灭火剂（成膜型）、水系灭火剂等样品进行测试，可以 清晰地从表1、表2中看出，温度的变化对流体型灭火剤 的表面张力存在一定程度的影响。

*1成膜型泡沫灭火剂在不同温度下的表面张力测■值

衰2水系灭火剂在不同温度下的衰面张力测值

通过对不同质量分数的泡沫灭火剂和水系灭火剂在 不同温度下的表面张力进行测量对比（见图2、图3所 示）。可以看出，温度对流体型灭火剂的表面张力存在一 定程度的影响，而且，温度差异越大，表面张力测量数值 相差越多。这是由于随着液体温度的升高，分子在其平 衡位置振动的幅度增大,驰豫时间急剧地增大’分子的扩 散加快，同时，随着温度的升高，那些热运动动能较大的 分子能够克服液体分子的引力而成为蒸发分子，因而液 体的密度减小，分子的吸引力也随之减小，表面位能降 低，故表面张力也就减小了。这从理论上分析了表面张 力随温度的升高而降低的原因。

在对流体型灭火剂的表面张力进行测量的过程中, 要通过恒温水域或低温试验槽等控温装置确保测量温度 在规定的范围内，尽量减小测量的温度差异，这样才能保 证所测量的表面张力值为该样品的准确数值。

2.2质量分数影响造成的误差

此质量分数影响只针对于浓缩型流体灭火剂产品。 通常所用的泡沫灭火剂产品一般有1%、3%、6%的配比, 而水系灭火剂一般为1%、3%、6%、10%的配比。在对浓 缩型流体灭火剂产品进行表面张力的测量时，要按照配 比与蒸憶水配制成混合液体，再进行测量，这就使得在配 制过程中有可能会出现一些问题，进而影响所配置样品 液体的质量分数。通过对不同类型的灭火剂样品在不同 质量分数下的表面张力进行测量可以 看出，质量分数误差会对灭火剂样品的表面张力产生一 定的影响。

表3成膜型泡诔灭火剂在不同质量分故下的表面张力测虽值

表4水系灭火剂在不同质量分数下的表面张力测值

从数据中可以看出，不同种类的流体型 灭火剂样品在同一温度下，其测量质量分数发生变化时， 表面张力的测量结果也会发生变化。尽管测量质量分数 的变化对表面张力测量值的影响并不是很大，但这种影 响还是存在的（见图4、图5所示）。会岀现质量分数对表 面张力造成影响的原因很简单，流体型灭火剂样品中添 加了控制表面张力的表面活性剂，质量分数不同，意味着 流体型灭火剂用量不同，从而导致所含表面活性剂的量 有所不同，这样就会直接导致所测量表面张力值的变化。

2.3测量设备使用不当造成的误差

目前，表面张力测量所使用的仪器设备基本上都是 表面张力仪，只是按照自动化程度的不同分为手动型、半 自动型和全自动型，其测量方法主要为上文中提到的吊 环法,但由于其测量原理和所使用的主要原配件是相同 的，因而无论是哪种型号的表面张力仪，在使用的过程中 都要注意以下几点，因为对仪器设备不正确或不恰当使 用都会给表面张力的测量结果带来影响。

(1) 钮金环的使用和清洗。尽管表面张力仪的型号 有所不同，但基于其相同的测量原理，都无一例外地要使 用到钳金环。可以说钮金环是表面张力仪设备中非常重 要的配件，如果对它使用不谨慎或清洁不彻底很可能会 对表面张力的测量值产生很大的影响。在测量使用时要 注意保持钳金环的形状，特别是圆环的弧度和水平度，一 旦环体变形或不能平行于液面就会使测量结果产生很大 的误差。另外，在每次使用后都要对其进行清洗，一般使 用的清洗剂为石油醒和丁酮，也可用蒸馅水和无水乙醇 代替，清洗的目的是为了去除环体表面附着的样品溶液 或其他溶液成分，但只靠清洗并不能完全清除钳金环表 面的残留物，还要通过高温灼烧彻底清洁，才能将环体表 面的附着物清除干净。因为这些附着物会在下次测量时 对表面张力的测量结果产生很大的影响，因此要给予足 够的重视。

(2) 仪器修正系数的使用。目前所使用的表面张力 仪中，除了全自动智能型张力仪外，其他的张力仪测量得 到的结果都是一个误差值，要经过进一步的修正得到最 后的确定值，而每台设备都会自带一个修正系数,通常状 况下为一个计算公式，会在设备的使用说明书中标出。 由此可见，如果直接使用测量数值,会存在很大的误差。 因此，设备的使用者要特别注意这一点，在进行测量得到 数值后还要使用设备提供的修正系数进行修正才能最终 得出准确的表面张力值。

钳金环的清洗对表面张力测量值会造成很大的影 响；而忽略了仪器的修正系数会使得所测得的表面张力 洁飴科学专故术2013年3月第32卷第3期 测量值与真实值之间存在很大的误差。

可以通过对钮金环进行彻底的清洗和灼烧来去除潜 在的测量值影响因素，并注意修正系数的使用，这样可以 最大限度地减小或者避免测量设备带来的误差。

3总结

根据流体型灭火剂的用途，表面张力是一项很重要 的性能指标，能否准确测量流体型灭火剂的表面张力就 显得尤为重要。但是，在对流体型灭火剂表面张力的测 量过程中存在着很多可能出现误差的因素，主要可能由 测量样品的温度差异、质量分数差异和测量设备的使用 不当引起。因而,无论是该类产品的生产单位、使用单位 还是检测单位都应该全面了解可能出现误差的情况，并 采取一定的方法或达到一定的技术要求尽量减小所产生 的测量误差，力争得到最准确的表面张力测量结果。

来源：奇葩财经长谈