摘要：利用同種磁性液體表麵張力智能測試儀在不同邊界條件下對磁性液體的表麵張力係數進行了測試，實驗結果表明，磁性液體表麵張力係數與磁場強度及其飽和磁化強度成正比。利用不同儀器、在相同邊界條件下對同種磁性液體表麵張力係數測試的結果表明，智能儀器能夠準確獲取磁性液體液膜斷前、斷後的電壓值，減小依靠人眼盲讀電壓值產生的誤差，測試精度比傳統儀器提高了4.14。

磁性液體是由表麵活性劑包覆的，直徑小於10nm的單疇磁性納米顆粒均勻地分散在載液中而形成的一種超順磁性固一液相的溶膠液體，是一種受磁場控製並且可以流動的液態納米磁性功能材料。由於場致磁性液體的特殊性能，近年來已成功地應用於靶向治療、阻尼緩衝、熱交換、動態密封和磁選礦等多個領域。對磁性液體的表觀密度、潤滑和密封性能、表麵張力等已經進行了較多研究，但對於磁性液體基於磁場下表麵張力係數的實驗研究較少，而磁場下磁性液體的表麵張力係數的變化規律直接影響其在輸運技術、浮選技術上的應用，如陳達暢等人研究了磁場中基於磁性液體表麵張力係數的磁流體密封模型。因此，本文利用磁性液體表麵張力智能測試儀在不同邊界條件（磁場）下，研究了磁性液體表麵張力係數的變化規律；利用不同儀器、在相同邊界條件（磁場）下對同種磁性液體表麵張力係數進行測試，得出智能儀器測試精度比傳統儀器測試精度提高了4.14，對進一步拓展磁性液體在輸運技術、浮選技術等方麵的應用提供理論支持。

1. 變化磁場條件下測試磁性液體的表麵張力係數

1.1 測試裝置

該測試裝置主要由勵磁線圈、力敏傳感器、升降台、控製器、勵磁電源和計算機係統構成。如圖1所示，可以通過力敏傳感器將力學量轉變為電學量，利用AD轉換器及單片機將信號傳送至計算機，在計算機操作界麵上完成磁性液體表麵張力係數的測試過程，圖2是磁性液體表麵張力係數智能測試儀實物圖。

1.2 測試原理

如圖1所示，將金屬吊環固定在力敏傳感器的拉鉤上，並將吊環浸沒於磁性液體中，勻速緩慢拉起金屬吊環，吊環將受到拉力、重力和表麵張力作用。經過推導、換算，磁性液體表麵張力係數α與液膜拉斷前後瞬間電壓讀數U的關係為：α=(U1-U2)/(B(D1+D2))。式中：U1和U2分別是磁性液體液膜拉斷前後瞬間輸出的電壓值，可傳統讀數，也可智能獲得；B為力敏傳感器的靈敏度，可用定標的方法計算；D1和D2分別是金屬吊環的內外徑，可直接測量。

1.3 測試材料

利用磁性液體表麵張力智能測試儀（簡稱智能測試儀）測試磁性液體的表麵張力係數，所用測試材料有飽和磁化強度（Ms）不同的磁性液體（如表1，1A/m=4π×10-3Gs）、金屬吊環、砝碼盤和砝碼。

1.4 測試過程

磁性液體表麵張力係數的測試，依據式（1）逐項測出力敏傳感器的靈敏度B、金屬吊環內外徑D1和D2以及不同磁場條件下液膜瞬間拉斷前後的電壓值U1和U2。利用智能測試儀的具體測試過程如下：①靈敏度測量。將砝碼盤掛在力敏傳感器的掛鉤上，電壓表調零，點擊“靈敏度測量”選項卡（圖3），逐次將7個砝碼片加入砝碼盤中，點擊“靈敏度測量”按鈕，測完後計算機直接得出靈敏度B值，點擊“存盤”將數據及曲線自動保存在D盤。②表麵張力係數的測量。將待測液體盛人玻璃器皿內，置於升降平台上，點擊“表麵張力係數測量”選項卡（圖3），設定所需的勵磁電流值。代入式（1），求得不同Ms值磁性液體的表麵張力係數，其與Ms關係如圖7所示。

由圖7可知，α與Ms有關。Ms小於120Gs時，α與Ms成正比；大於120Gs小於200Gs時，α緩慢增加；大於200Gs小於440Gs時，成線性增加；大於440Gs時，基本恒定。這種變化規律主要是由於不同磁飽和強度的磁性液體所含磁性顆粒的數目不同所致。

2. 零磁場條件下測試同種磁性液體的表麵張力係數

零磁場條件下，分別利用智能測試儀和FD—NST—I型測定儀測試EFH1型磁性液體（表2）表麵張力係數。智能測試儀通過力敏傳感器定標、查找計算機顯示液膜拉斷前後的電壓值U1和U2，並代入式（1），采用統計平均值法求得的表麵張力係數為α≈28.7×10-3N/m，與表2表麵張力係數的相對偏差為1.03%。而采用FD—NST—I型測定儀測試該液體表麵張力係數α≈27.5×10-3N/m，相對偏差為5.17%。顯然，智能測試儀能夠準確獲取液膜斷前、斷後的電壓值，減小依靠人眼盲讀電壓值產生的誤差，測試精度比傳統儀器提高了4.14。

3. 結論

本文利用磁性液體表麵張力智能測試儀在不同磁場邊界條件下對磁性液體的表麵張力係數進行了測量。實驗結果表明，磁性液體的表麵張力係數與磁場強弱及自身參數有關。磁場強的地方，磁性液體飽和磁化強度較大的磁性液體，其表麵張力係數大；磁場弱的地方，Ms較小的磁性液體，其表麵張力係數也小。利用不同儀器、在相同邊界條件下對同種磁性液體表麵張力係數測試的結果表明，智能測試儀能夠準確獲取磁性液體液膜斷前、斷後的電壓值，減小依靠人眼盲讀產生的測試誤差，測試精度比傳統儀器提高了4.14。獲取場致磁性液體表麵張力係數的變化規律，將為磁性液體的輸運技術、浮選技術及密封技術的應用提供一定的理論基礎。