摘要：利用同种磁性液体表面张力智能测试仪在不同边界条件下对磁性液体的表面张力系数进行了测试，实验结果表明，磁性液体表面张力系数与磁场强度及其饱和磁化强度成正比。利用不同仪器、在相同边界条件下对同种磁性液体表面张力系数测试的结果表明，智能仪器能够准确获取磁性液体液膜断前、断后的电压值，减小依靠人眼盲读电压值产生的误差，测试精度比传统仪器提高了4.14。

磁性液体是由表面活性剂包覆的，直径小于10nm的单畴磁性纳米颗粒均匀地分散在载液中而形成的一种超顺磁性固一液相的溶胶液体，是一种受磁场控制并且可以流动的液态纳米磁性功能材料。由于场致磁性液体的特殊性能，近年来已成功地应用于靶向治疗、阻尼缓冲、热交换、动态密封和磁选矿等多个领域。对磁性液体的表观密度、润滑和密封性能、表面张力等已经进行了较多研究，但对于磁性液体基于磁场下表面张力系数的实验研究较少，而磁场下磁性液体的表面张力系数的变化规律直接影响其在输运技术、浮选技术上的应用，如陈达畅等人研究了磁场中基于磁性液体表面张力系数的磁流体密封模型。因此，本文利用磁性液体表面张力智能测试仪在不同边界条件（磁场）下，研究了磁性液体表面张力系数的变化规律；利用不同仪器、在相同边界条件（磁场）下对同种磁性液体表面张力系数进行测试，得出智能仪器测试精度比传统仪器测试精度提高了4.14，对进一步拓展磁性液体在输运技术、浮选技术等方面的应用提供理论支持。

1. 变化磁场条件下测试磁性液体的表面张力系数

1.1 测试装置

该测试装置主要由励磁线圈、力敏传感器、升降台、控制器、励磁电源和计算机系统构成。如图1所示，可以通过力敏传感器将力学量转变为电学量，利用AD转换器及单片机将信号传送至计算机，在计算机操作界面上完成磁性液体表面张力系数的测试过程，图2是磁性液体表面张力系数智能测试仪实物图。

1.2 测试原理

如图1所示，将金属吊环固定在力敏传感器的拉钩上，并将吊环浸没于磁性液体中，匀速缓慢拉起金属吊环，吊环将受到拉力、重力和表面张力作用。经过推导、换算，磁性液体表面张力系数α与液膜拉断前后瞬间电压读数U的关系为：α=(U1-U2)/(B(D1+D2))。式中：U1和U2分别是磁性液体液膜拉断前后瞬间输出的电压值，可传统读数，也可智能获得；B为力敏传感器的灵敏度，可用定标的方法计算；D1和D2分别是金属吊环的内外径，可直接测量。

1.3 测试材料

利用磁性液体表面张力智能测试仪（简称智能测试仪）测试磁性液体的表面张力系数，所用测试材料有饱和磁化强度（Ms）不同的磁性液体（如表1，1A/m=4π×10-3Gs）、金属吊环、砝码盘和砝码。

1.4 测试过程

磁性液体表面张力系数的测试，依据式（1）逐项测出力敏传感器的灵敏度B、金属吊环内外径D1和D2以及不同磁场条件下液膜瞬间拉断前后的电压值U1和U2。利用智能测试仪的具体测试过程如下：①灵敏度测量。将砝码盘挂在力敏传感器的挂钩上，电压表调零，点击“灵敏度测量”选项卡（图3），逐次将7个砝码片加入砝码盘中，点击“灵敏度测量”按钮，测完后计算机直接得出灵敏度B值，点击“存盘”将数据及曲线自动保存在D盘。②表面张力系数的测量。将待测液体盛人玻璃器皿内，置于升降平台上，点击“表面张力系数测量”选项卡（图3），设定所需的励磁电流值。代入式（1），求得不同Ms值磁性液体的表面张力系数，其与Ms关系如图7所示。

由图7可知，α与Ms有关。Ms小于120Gs时，α与Ms成正比；大于120Gs小于200Gs时，α缓慢增加；大于200Gs小于440Gs时，成线性增加；大于440Gs时，基本恒定。这种变化规律主要是由于不同磁饱和强度的磁性液体所含磁性颗粒的数目不同所致。

2. 零磁场条件下测试同种磁性液体的表面张力系数

零磁场条件下，分别利用智能测试仪和FD—NST—I型测定仪测试EFH1型磁性液体（表2）表面张力系数。智能测试仪通过力敏传感器定标、查找计算机显示液膜拉断前后的电压值U1和U2，并代入式（1），采用统计平均值法求得的表面张力系数为α≈28.7×10-3N/m，与表2表面张力系数的相对偏差为1.03%。而采用FD—NST—I型测定仪测试该液体表面张力系数α≈27.5×10-3N/m，相对偏差为5.17%。显然，智能测试仪能够准确获取液膜断前、断后的电压值，减小依靠人眼盲读电压值产生的误差，测试精度比传统仪器提高了4.14。

3. 结论

本文利用磁性液体表面张力智能测试仪在不同磁场边界条件下对磁性液体的表面张力系数进行了测量。实验结果表明，磁性液体的表面张力系数与磁场强弱及自身参数有关。磁场强的地方，磁性液体饱和磁化强度较大的磁性液体，其表面张力系数大；磁场弱的地方，Ms较小的磁性液体，其表面张力系数也小。利用不同仪器、在相同边界条件下对同种磁性液体表面张力系数测试的结果表明，智能测试仪能够准确获取磁性液体液膜断前、断后的电压值，减小依靠人眼盲读产生的测试误差，测试精度比传统仪器提高了4.14。获取场致磁性液体表面张力系数的变化规律，将为磁性液体的输运技术、浮选技术及密封技术的应用提供一定的理论基础。