基于表面活性剂溶液沸腾换热特性的表面活性剂鉴别方法及其鉴别设备

摘要

本发明公开了一种基于表面活性剂溶液沸腾特性的表面活性剂鉴别方法及其鉴别设备，利用鉴别设备获得多种已知表面活性剂溶液的沸腾特性参数，同时收集每种已知表面活性剂溶液获得沸腾特性参数所基于的前提条件，将这种已知表面活性剂溶液的沸腾特性参数及相对应的前提条件作为这种表面活性剂的鉴别判据；收集不同浓度、不同前提条件和不同种类表面活性剂的鉴别判据，构建出表面活性剂鉴别判据数据库；再获得在特定前提条件下待鉴别的表面活性剂的鉴别判据；将待鉴别表面活性剂的鉴别判据与表面活性剂鉴别判据数据库中的鉴别判据进行比对，按照鉴别判据的比对方法，实现对待鉴别表面活性剂的鉴别。

说明书

技术领域

本发明属于物质鉴别技术领域，尤其是一种基于表面活性剂溶液沸腾换热特性的表面活性剂物质鉴别方法及其鉴别设备。

背景技术

物质鉴别在各行各业都有巨大需求，目前也提出了许多的物质鉴别方法。专利1(Chen Zhiqiang，Zhang Li，Kang Kejun，Wang Xuewu，Huang Qingping，Li Yuanjing，LiuYinong，Zhao Ziran，Xiao Yongshun，8290230，美国专利，Method and apparatus forsubstance identification)提出使用高能射线和低能射线透射被检查物体，以获得该物体的高能透射图像和低能透射图像来鉴别物质。专利2(Boecker Sebastian，RascheFlorian，Zichner Thomas，8263931，美国专利，Method for identifying in particularunknown substances by mass spectrometry)提出通过质谱法鉴定未知物质。专利3(H·弗赫斯，T·弗里德里希，W·施雷普。鉴别活性物质的方法[P]。德国：CN1231728，1999)提出利用扫描式光学近场显微镜设备所观察到的信号变化来检测活性物质。专利4(朱拓，倪晓武，陈国庆，高淑梅，虞锐鹏，徐辉，何海建，顾恩东。一种通过荧光光谱鉴别醇类物质的方法[P]。江苏：CN101042344，2007)提供一种利用荧光光谱方法鉴别不同浓度和不同种类的醇类物质。专利5(史薇，周成卓，谭皓月，温家琦，于红霞。基于特征液质碎片匹配的环境样品中雄激素活性物质的鉴别方法[P]，江苏省：CN111413444A，2020)提取可表征活性的特征碎片，构建基于特征碎片的雄激素活性物质筛选和鉴别方法。纵观这些方法，比较一致的特点是基本上都需要采用价格昂贵和操作需要专业化的如质谱仪、色谱仪和光谱仪等仪器，不利于实现简单经济的物质鉴别。因此，寻求简单可靠、经济实用的物质鉴别方法是当今急需解决的问题。

溶液中添加少量表面活性剂后，形成了具有一定质量浓度的表面活性剂极稀溶液。由于表面活性剂具有在气、液、固三相组成的各种界面上产生吸附的特性，当使表面活性剂溶液沸腾时，和原溶液相比，表面活性剂溶液的沸腾气泡行为和沸腾换热等特性会发生改变。在相同的沸腾工况下，表面活性剂种类不同、表面活性剂溶液的质量浓度不同，表面活性剂溶液的沸腾换热特性也会不同，若能提取未知表面活性剂物质的沸腾换热特性参数，与已知物质的沸腾换热特性参数对比，从而可据此对表面活性剂种类进行鉴别。本发明提供的鉴别方法就是根据上述原理来鉴别表面活性剂物质。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了基于表面活性剂溶液沸腾换热特性的表面活性剂鉴别方法及鉴别设备，利用表面活性剂溶液的沸腾换热特性，提供一种简单、方便实用、鉴别精准和价格经济的表面活性剂鉴别方法和鉴别设备。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于表面活性剂溶液沸腾特性的表面活性剂鉴别方法，包括如下步骤：

步骤1，获得多种已知表面活性剂溶液的沸腾特性参数，同时收集每种已知表面活性剂溶液获得沸腾特性参数所基于的前提条件，将这种已知表面活性剂溶液的沸腾特性参数及相对应的前提条件作为这种表面活性剂的鉴别判据；将不同浓度、不同前提条件和不同种表面活性剂的鉴别判据构建表面活性剂鉴别判据数据库；

步骤2，获得在特定前提条件下待鉴别的表面活性剂的鉴别判据；

步骤3，将步骤2中所采集的待鉴别表面活性剂的鉴别判据与表面活性剂鉴别判据数据库中的数据进行数据比对，进而实现对待鉴别表面活性剂的鉴别。

进一步，所述沸腾特性参数包括沸腾气泡特性参数、沸腾换热特性参数以及沸腾气泡特性参数与沸腾换热特性参数之间的相关关系参数；

进一步，所述沸腾气泡特性参数包括沸腾气泡脱离直径D

其中，n为气泡自沸腾表面形成、生长至脱离的气泡个数，D

所述沸腾换热特性参数包括壁面过热度Δt和沸腾换热系数h，分别表示为：

Δt＝t

其中，t

所述获得沸腾气泡特性参数与沸腾换热特性参数之间的相关关系参数R表示为：

其中，Δt是壁面过热度；h是沸腾换热系数；Δτ是时间间隔，D

进一步，获得沸腾特性参数的前提条件包括：包括溶剂种类、配置的表面活性剂溶液的质量浓度、沸腾形式及获得相应沸腾形式的加热装置、拍摄设备的设置参数、沸腾表面材质种类和表面特征参数、加热方式及加热量设置参数、拍摄成像设备拍摄参数、图像处理设置参数、数据采集设备设置参数；

进一步，所述步骤3中数据比对的方法为：

若已知表面活性剂的鉴别判据与待鉴别表面活性剂的鉴别判据的相对误差的绝对值全部都在0-10％的范围内，则确定比对成功并确定被鉴别表面活性剂种类；

若已知表面活性剂的鉴别判据与待鉴别表面活性剂的鉴别判据的相对误差的绝对值全部都大于10％，则认为比对不成功；

若已知表面活性剂的鉴别判据与待鉴别表面活性剂的鉴别判据的相对误差的绝对值部分在0-10％的范围内，则单独比对由沸腾气泡特性参数形成的判据，如果沸腾气泡特性参数的相对误差的绝对值在0-10％的范围内，则确定比对成功并确定被鉴别表面活性剂种类；或者单独比对沸腾换热特性参数，或者单独比对沸腾气泡特性参数与沸腾换热特性参数之间的相关关系参数R，如果相对误差的绝对值都在0-20％的范围内，则确定比对成功并确定被鉴别表面活性剂种类。

一种基于表面活性剂溶液沸腾特性的表面活性剂鉴别设备，包括溶液配置系统、沸腾测试系统、计算机系统和设备箱体；溶液配置系统用于完成表面活性剂溶液的配置；所述沸腾测试系统用于实现表面活性剂溶液的沸腾及参数采集；所述计算机系统实现对表面活性剂鉴别设备、溶液配置系统、沸腾测试系统和计算机系统本身的控制及数据处理，判据比对和结果输出，同时起显示、控制和软件载体的作用；所述设备箱体用来集中放置溶液配置系统、沸腾测试系统、计算机系统中的相关设备，从而组成一套便于携带和存放的表面活性剂物质鉴别设备。

进一步，沸腾测试系统包括沸腾容器、第一加热装置、第二加热装置、冷却装置、数据采集装置、拍摄设备及绝热装置；沸腾容器的底面与第一加热装置相接触，由第一加热装置提供沸腾表面；在沸腾容器的侧壁设有第二加热装置，用于对沸腾表面提供热流及补充沸腾溶液的散热损失热量；冷却装置设置于沸腾容器的顶部，用于将沸腾产生的蒸汽冷凝成液体并回收至沸腾容器；由沸腾容器、第一加热装置、第二加热装置、冷却装置联合实现表面活性剂溶液的各种沸腾工况；所述数据采集装置用于采集沸腾容器内沸腾过程中的温度参数和加热量参数；所述拍摄设备朝向沸腾容器的沸腾表面设置，用于采集表面活性剂溶液在沸腾表面上的沸腾气泡图像；绝热装置包裹在沸腾测试系统外部实现保温绝热。

进一步，所述计算机系统包含有控制单元和预装的鉴别软件系统；所述控制单元用来控制称重设备、加热装置、数据采集装置和拍摄设备的工作；所述鉴别软件单元的功能为：(1)对拍摄设备采集的图像信号处理及计算、提取沸腾气泡特性参数；(2)对数据采集装置采集的沸腾过程中的温度参数、加热量参数进行处理和计算、提取沸腾换热特性参数；(3)提取沸腾气泡特性参数和提取沸腾换热特性参数之间的相关关系参数；(4)存储已知表面活性剂物质判据数据库、鉴别判断表面活性剂以及输出鉴别结果。

进一步，控制单元包括信号采集模块、信号处理模块、数据缓存模块、数据传输模块，显示模块、通讯模块和电源模块；所述信号采集模块分别与称重设备、加热装置、数据采集装置、拍摄设备之间信号连接，用于采集称重设备传输的质量信号、数据采集装置采集的数据信号和拍摄设备所拍摄图像信号；信号处理模块接收信号采集模块所采集的信号并进行处理提取表面活性剂溶液的沸腾特性参数；数据缓存模块用于存储信号处理模块提取的表面活性剂溶液的沸腾特性参数；数据传输模块向鉴别软件系统传送数据缓存模块存储的数据以及接收鉴别软件系统发送的数据；显示模块用于显示操作命令、用户交互信息和比对结果；通讯模块用于计算机系统与称重设备、加热装置、数据采集装置和拍摄设备及用户侧其它设备进行通讯；电源模块给计算机系统、称重设备、加热装置、数据采集装置和拍摄设备及用户侧设备提供电源。

进一步，所述鉴别软件系统包括数据层子单元、处理层子单元和用户层子单元；数据层子单元包括称重设备数据库模块、加热装置数据库模块、数据采集装置数据库模块、拍摄设备数据库模块和判据数据库模块；且数据层子单元的各个模块分别用于存储称重设备所产生的数据、加热装置产生的数据、数据采集装置产生的数据、拍摄设备所产生的数据、已知表面活性剂溶液的鉴别判据数据库和用户自定义的判据数据；

处理层子单元包括操作控制模块、设备控制模块、数据接收模块、数据处理模块、数据存储模块、判据比对模块、显示模块和通讯模块；操作控制模块用于本发明物质鉴别设备的操作控制；设备控制模块用于控制称重设备、加热装置、数据采集装置和拍摄设备的开启、关闭及其数据信息的传递；数据接收模块用于将来自称重设备、加热装置、数据采集装置和拍摄设备的信号传送给计算机系统，并接收计算机系统发出的指令；数据处理模块用于对来自称重设备、加热装置、数据采集装置和拍摄设备的信号进行信号处理并形成鉴别判据数据；数据存储模块用于存储处理后的数据；判据对比模块用于从数据存储模块和判据数据库模块调取鉴别判据数据，并依据预定义判据进行被鉴别物质与已知物质的鉴别判据对比并产生物质鉴别结果；显示模块用于显示操作指令、数据信息和物质鉴别结果等；通讯模块用于控制计算机系统通讯接口连接称重设备、加热装置、数据采集装置和拍摄设备及用户侧其他设备进行通讯；

用户层子单元包括溶液配置模块、沸腾测试模块、图像拍摄模块、判据管理模块和结果显示模块；溶液配置模块用于指导或引导用户完成溶液配置的操作流程；沸腾测试模块用于指导或引导用户完成沸腾测试的操作流程；图像拍摄模块用于指导或引导用户完成沸腾气泡图像采集的操作流程；判据管理模块用于指导或引导用户完成已知表面活性剂物质的鉴别判据的导入、删除或修改等操作流程；结果显示模块用于指导或引导用户完成鉴别结果的显示、查询等操作流程。

本发明的有益效果：

1、本申请所提出的一种基于表面活性剂溶液沸腾特性的表面活性剂鉴别方法，利用表面活性剂溶液在沸腾过程中沸腾气泡特性、沸腾换热特性及其相关关系进行表面活性剂种类的鉴别，鉴别原理简单可靠，鉴别判据丰富，鉴别策略合理，鉴别精准度高。

2、本申请所设计的一种基于表面活性剂溶液沸腾特性的表面活性剂鉴别设备，该鉴别设备简单易于实现且价格经济，和现有的光谱仪、质谱仪等昂贵设备相比，其硬件费用大大降低。

3、本申请所设计的鉴别设备无需特殊维护，维护成本基本可以忽略。另外，鉴别操作流程简单，无需专业特殊培训，适合于大众化使用。

附图说明

图1是本发明表面活性剂鉴别方法流程图；

图2是本发明表面活性剂鉴别设备的示意图；

图3是本发明表面活性剂鉴别设备的沸腾测试系统图；

图4是本发明表面活性剂鉴别设备的沸腾测试系统中加热装置图；

图5是本发明表面活性剂鉴别设备的控制单元图；

图6是本发明表面活性剂鉴别设备中的鉴别软件系统构架示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的基于表面活性剂溶液沸腾特性的表面活性剂鉴别方法，包括如下步骤：

步骤1，获得多种已知表面活性剂溶液的沸腾特性参数(包括沸腾气泡特性参数、沸腾换热特性参数以及沸腾气泡特性参数与沸腾换热特性参数之间的相关关系)，同时收集每种已知表面活性剂溶液获得沸腾特性参数所基于的前提条件，将该种已知表面活性剂溶液的沸腾特性参数及相对应的前提条件作为该种表面活性剂的鉴别判据；将不同浓度、不同前提条件和不同种表面活性剂的鉴别判据构建表面活性剂鉴别判据数据库；具体过程为：

步骤1.1，配置多种已知的表面活性剂不同浓度的表面活性剂溶液，配置方法为：

步骤1.1.1，在室温条件下，对已知的表面活性剂溶液浓度取值从20ppm开始，按等差序列选取，公差为40ppm，依次选取20、60、100、140、180、220、260、300ppm等多个质量浓度进行配置；

步骤1.1.2，根据选定的表面活性剂的溶液质量浓度，用称重设备11和溶液容器12配置一定质量的表面活性剂物质，再根据表面活性剂溶液的质量浓度，计算出所需溶剂的质量并用物质称重设备11和溶液容器12称取相应质量的溶剂；将上述称取的溶剂和称取的表面活性剂，倒入溶液容器12，配置出一定质量浓度的表面活性剂溶液；在本实施例中，溶剂可以采用水溶液，如果使用水溶液为了提供准确性的鉴别判据，防止水中杂质对鉴别判据的影响，配置表面活性剂溶液的水溶液宜为纯净水、蒸馏水或去离子水。表面活性剂溶液的溶剂也可以是非水溶液。在本实施例中，表面活性剂溶液浓度范围、取值公差、选取浓度个数也非固定，可自行决定，但优选浓度范围在0-300ppm。

步骤1.2，检测所配置的不同浓度的表面活性剂溶液在不同前提条件下的沸腾特性参数。

步骤1.2.1，将步骤1.1中配置的表面活性剂溶液倒入沸腾测试系统02的沸腾容器13中，根据选定的前提条件，开展表面活性剂溶液的沸腾测试；

步骤1.2.2，用数据采集装置16采集表面活性剂溶液沸腾过程中的沸腾参数，沸腾参数包括温度参数、加热量参数及其他用户需求参数(如测量环境温度、湿度和测量时间等)；用拍摄设备17拍摄表面活性剂溶液沸腾过程中的沸腾气泡图像信号；

步骤1.2.3，分别将数据采集装置16所采集的沸腾参数和拍摄设备17所采集的沸腾气泡图像信号输入计算机系统03；通过计算机系统03及其控制单元19分别对沸腾气泡图像信号进行量化处理、对所采集的沸腾参数进行计算处理，获得表面活性剂溶液沸腾时的沸腾特性参数，沸腾特性参数包括沸腾气泡特性参数、沸腾换热特性参数及沸腾气泡特性参数与沸腾换热特性参数之间的相关关系。

步骤1.3，基于所获取的沸腾特性参数、已知表面活性剂物质和前提条件形成已知表面活性剂物质的鉴别判据数据库。具体过程如下：

同时，计算机系统03提取获得沸腾特性参数时对应的溶质(即已知表面活性剂种类)和前提条件(包括溶剂种类、配置的表面活性剂溶液的质量浓度、沸腾形式及获得相应沸腾形式的加热装置、拍摄设备的设置参数、沸腾表面材质种类和表面特征参数、加热方式及加热量设置参数、拍摄成像设备拍摄参数、图像处理设置参数、数据采集设备设置参数)，将获得的沸腾特性参数及其对应的溶液条件、前提条件均存储到判据数据库中，从而获得在该条件下的已知表面活性剂物质的鉴别判据；依次对不同质量浓度的已知表面活性剂溶液重复上述测试，即可获得已知表面活性剂物质的鉴别判据数据库。

步骤2，获取待鉴别的表面活性剂的鉴别判据；具体过程为：

步骤2.1，确定待鉴别表面活性剂鉴别的前提条件，所述前提条件包括溶剂种类、表面活性剂溶液质量浓度、沸腾形式及获得相应沸腾形式的加热装置、拍摄设备的设置参数、沸腾表面材质种类和表面特征参数、加热方式及加热量设置参数、拍摄成像设备拍摄参数、图像处理设置参数、数据采集设备设置参数等；

步骤2.2，根据确定的前提条件，进行待鉴别表面活性物质溶液的配置；

步骤2.3，将待鉴别表面活性溶液倒入沸腾测试系统中的沸腾容器中，根据确定的前提条件，开展表面活性剂溶液的沸腾测试，用数据采集装置16采集待鉴别表面活性剂溶液沸腾过程中的沸腾参数(即温度参数、加热量参数及其他用户需求参数)；用拍摄设备17拍摄待鉴别表面活性剂溶液沸腾过程中的沸腾气泡图像信号；

步骤2.4，对沸腾气泡图像信号进行量化处理和对采集的沸腾参数进行计算处理，获得待鉴别表面活性剂溶液沸腾时的沸腾气泡特性参数、沸腾换热特性参数及其之间的相关关系参数，同时获得这些参数获取对应的前提条件，从而形成待鉴别表面活性剂的鉴别判据；

沸腾气泡特性参数包括沸腾气泡脱离直径和脱离频率，本实施例中获取沸腾气泡特性参数及其鉴别判据的方法为：

当表面活性剂溶液在加热表面发生核态沸腾时，在加热表面上，气泡会不断形成、生长和脱离，当热流密度或加热表面过热度不是很高时，如高过冷度下(15度以上)，单个气泡在沸腾表面上的产生、生长、脱离乃至破裂可清晰的获得其图像特征，通过对高速摄像设备拍摄的沸腾气泡图像，基于外形图像分析方法，借助图像处理软件对气泡图像信号的数字化处理，即可获得气泡的脱离直径，同时也可以获得气泡脱离直径随工况参数变化而变化的规律。在本发明中，考虑到沸腾气泡脱离时并非球形气泡，本发明中定义沸腾气泡当量球脱离直径。通过对沸腾气泡图像的处理，可获得沸腾气泡的体积，假设拍摄到的第i个沸腾气泡图像中沸腾气泡脱离时的体积为V

此外，考虑到沸腾气泡脱离直径具有统计分布特征，沸腾气泡脱离直径用算术平均计算平均值。当拍摄设备在某工况下采集的脱离气泡有n个时，此时沸腾气泡的平均当量脱离直径D

表面活性剂溶液种类、浓度、热流密度、过冷度等发生变化时，所获得的沸腾气泡的平均当量脱离直径都不同。当沸腾工况条件一致时，即可根据沸腾气泡的平均当量脱离直径来鉴别表面活性剂种类。以沸腾气泡的平均当量脱离直径为例，相同前提条件下，以沸腾气泡的平均当量脱离直径为基准的鉴别判据相对误差的绝对值定义为：

对气泡的脱离频率，在一定的沸腾工况下，假设在时间间隔Δτ内，拍摄设备第i次采集到气泡自沸腾表面形成、生长至脱离的气泡有n个，此时沸腾气泡脱离频率的定义为：

考虑到沸腾气泡脱离频率具有统计分布特征，沸腾气泡脱离频率用算术平均计算平均值。在某工况下，拍摄设备在相同的时间间隔Δτ内连续采集m次，此时沸腾气泡的平均脱离频率可表达为：

以沸腾气泡的平均脱离频率为例，相同前提条件下，以沸腾气泡的平均脱离频率为基准的鉴别判据相对误差的绝对值定义为：

上述沸腾气泡特性参数不仅限于包括沸腾气泡脱离直径和脱离频率，还包括气泡生长时间、气泡孕育时间、气泡周期时间、气泡上升速度、气泡密度等沸腾气泡特性参数。

沸腾换热特性参数包括壁面过热度和沸腾换热系数，在本实施例中获取沸腾换热特性参数及其鉴别判据的方法为：

本发明中壁面过热度Δt的定义为沸腾表面平均温度t

Δt＝t

对沸腾换热系数h，本发明中的定义为：一定沸腾表面下，沸腾换热系数等于热流密度q除以壁面过热度Δt，热流密度为加热装置施加给沸腾表面的加热功率Q除以沸腾表面的面积A。沸腾换热系数h的计算式为：

以沸腾换热特性参数为基准的鉴别判据相对误差的绝对值的定义类似于沸腾气泡特性参数，分别为：

沸腾换热特性参数不仅限于壁面过热度和沸腾换热系数，还包括起始沸腾点、临界热流密度等沸腾换热特性参数。

获得沸腾气泡特性参数与沸腾换热特性参数之间的相关关系参数的方法为：在较高的壁面过热度下(通常大于15摄氏度)，沸腾换热过程以气泡蒸发机理为主，生长一个沸腾气泡的蒸发热Q

假设在时间间隔Δτ内，拍摄设备采集到n个气泡的生长，则此时沸腾气泡总的蒸发热流q

生长沸腾气泡的蒸发热是通过气泡的横截面积传入的，而传入气泡的热量来自于沸腾表面的加热量，据此机理或模型，即可建立沸腾换热特性参数与沸腾气泡特性参数之间的相关关系，相关关系可写成：

也可表达成：

其中，q是热流密度，Q是加热功率，A是沸腾表面的面积，h是沸腾换热系，Δt是壁面过热度；定义沸腾换热特性参数与沸腾气泡特性参数之间的相关关系参数R，表达为：

此式即给出了沸腾换热特性参数(沸腾换热系数和壁面过热度)与沸腾气泡特性参数(沸腾气泡脱离当量平均直径)之间的相关关系参数R。溶剂为水时，蒸气密度ρ

步骤3，将步骤2中所采集的待鉴别表面活性剂的鉴别判据与表面活性剂鉴别判据数据库中的数据进行比对，进而实现对待鉴别表面活性剂的鉴别；具体过程为：

借助计算机系统03及其控制单元19，将步骤2中获取的待鉴别表面活性剂的鉴别判据与鉴别判据数据库中相同前提条件下的已知表面活性剂的鉴别判据进行比对；若已知表面活性剂的鉴别判据与待鉴别表面活性剂的鉴别判据的相对误差的绝对值全部都在0-10％的范围内，则确定比对成功，已知表面活性剂与被鉴别表面活性剂是同一种物质；如果已知表面活性剂的鉴别判据与待鉴别表面活性剂的鉴别判据的相对误差的绝对值全部都大于10％，则认为比对不成功，已知表面活性剂与被鉴别表面活性剂物质不是同一种物质；如果已知表面活性剂的鉴别判据与待鉴别表面活性剂的鉴别判据的相对误差的绝对值部分在0-10％的范围内，部分大于10％，则单独比对由沸腾气泡特性参数形成的判据，如果沸腾气泡特性参数的相对误差的绝对值在0-10％的范围内，则确定比对成功，已知表面活性剂与被鉴别表面活性剂是同一种物质；也可单独比对由沸腾换热特性参数形成的鉴别判据，或者单独比对由沸腾气泡特性参数与沸腾换热特性参数的依变关系参数形成的判据，如果相对误差的绝对值都在0-20％的范围内，则确定比对成功，已知表面活性剂与被鉴别表面活性剂是同一种物质。

如图2所示的基于表面活性剂溶液沸腾特性的表面活性剂鉴别设备0，包括溶液配置系统01、沸腾测试系统02、计算机系统03和设备箱体04。溶液配置系统01用于完成表面活性剂溶液的配置；所述沸腾测试系统02用于实现表面活性剂溶液的沸腾及其参数采集；所述计算机系统03实现对表面活性剂鉴别设备0、溶液配置系统01、沸腾测试系统02和计算机系统03本身的控制及其数据处理，判据比对和结果输出等，同时起显示、控制和软件载体的作用；所述设备箱体04用来集中放置溶液配置系统01、沸腾测试系统02、计算机系统03中的相关设备，从而组成一套便于携带和存放的表面活性剂物质鉴别设备0。

具体而言，溶液配置系统01包括称重设备11和溶液容器12；称重设备11用来称量待测表面活性剂质量和溶剂质量并配置一定质量浓度的表面活性剂溶液；称重设备11可为电子天平，根据表面活性剂的质量浓度范围和精度要求，称重设备量程范围宜为0-150克，精度优选为0.1毫克。为便于鉴别设备的自动控制，称重设备11优选配置有通讯端口的称重设备，便于实现称重设备11的开启和关闭控制、参数设置控制和质量数据的传递及存储等功能。溶液容器12用来盛放表面活性剂物质、溶剂和配置的表面活性剂溶液。溶液容器优选为容积为150毫升至500毫升的玻璃烧杯。

沸腾测试系统02如图3所示，包括沸腾容器13、第一加热装置14A、第二加热装置14B、冷却装置15、数据采集装置16、拍摄设备17及绝热装置18。沸腾容器13的底面与第一加热装置14A相接触，由第一加热装置14A提供沸腾表面；在沸腾容器13的侧壁设有第二加热装置14B，用于对沸腾表面提供热流及补充沸腾溶液的散热损失热量；冷却装置15设置于沸腾容器13的顶部，其为间壁式换热器，用于将沸腾产生的蒸汽冷凝成液体并回收至沸腾容器13，冷却介质为冷水或空气，冷却介质的流量和温度根据沸腾工况来确定，冷却装置15上开设有通气小孔，以保证沸腾容器中压力与大气压力相一致。沸腾容器13、第一加热装置14A、第二加热装置14B、冷却装置15联合实现表面活性剂溶液的各种沸腾工况。所述数据采集装置16为适用多类型信号、多通道的数据采集装置，优选参数为模拟输入通道数不少于32通道、外部输入信号可为温度、电流、电压、电阻、开关状态等、采样周期优选最低可至5毫秒、具备运算功能和统计功能和相应存储装置；数据采集装置16用于采集沸腾容器13内沸腾过程中的温度参数和加热量参数，其中，温度参数包括沸腾表面的温度、沸腾容器中溶液的温度、绝热装置18中绝热材料的温度、环境温度；加热量参数包括加热装置的加热功率或加热电流及电压。拍摄设备17朝向沸腾容器13的沸腾表面设置，用于采集表面活性剂溶液在沸腾表面上的沸腾气泡图像。所述拍摄设备17优选为高速数码摄像设备，最快帧比率宜大于每秒25帧，快门速度宜小于0.1秒最小曝光，拍摄设备17优选配有通讯端口，便于实现拍摄设备的自动开启和关闭控制、拍摄参数的设置和润湿图像信息的传递及存储。

绝热装置18包裹在沸腾容器13和第一加热装置14A的外部，用于对沸腾容器13和加热装置的保温绝热，保证沸腾系统近似为绝热系统。沸腾容器13优选为有机玻璃材质或带有可视孔的金属材质的正方形容器，高度优选为150-200毫米，容积优选为400-600毫升。所述绝热装置18为填充有保温绝热材料的固定在沸腾容器四周的保温层，所用保温材料可优选为石棉、玻璃纤维、矿渣棉、气凝胶毡等中温场合用的经济保温绝热材料，保温层外围用铝箔包裹固定，保温层的厚度通过保温材料种类和沸腾工况来确定，所述拍摄设备17及其光源对应的区域不填充保温材料，以便实现沸腾气泡图像的拍摄。

所述第一加热装置14A和第二加热装置14B如图4所示，其为恒热流密度加热装置，包括稳压电源141、第一调压器142A、第二调压器142B、第一电压测量元件143A、第二电压测量元件143B、第一电流测量元件144A、第二电流测量元件144B、第一电阻加热元件145A、第二电阻加热元件145B、沸腾表面146；稳压电源141分别通过第一调压器142A、第二调压器142B对应连接第一电阻加热元件145A和第二电阻加热元件145B；利用稳压电源141和调压器用来稳定和调节电阻加热元件的加热电压，从而实现电阻加热元件的加热量的稳定和调整，稳压电源141的电压优选为220V交流电源或直流电源；分别利用第一电流测量元件144A、第二电流测量元件144B、第一电压测量元件143A、第二电压测量元件143B测量第一电阻加热元件145A和第二电阻加热元件145B的加热电压和电流，电压测量元件和电流测量元件优选为精度为0.01伏特和0.001安培的测量元件，且优选为带电压或电流信号输出的测量元件，便于测量数据的传输、显示和保存；电阻加热元件优选为加热薄膜或加热丝及加热带；沸腾表面146可为各种金属材质和尺寸的固体表面，保持沸腾表面146平整清洁，同时用砂纸精磨，以保证各个位置具有相同的表面粗糙度，沸腾表面146优选为紫铜固体表面；沸腾表面146的尺寸优选为长3厘米、宽3厘米、厚0.5厘米，砂纸优选为600#的金相砂纸。所述第一加热装置14A也可为恒壁温加热装置，此时加热介质为热流体和热蒸气，加热介质的流量和温度根据沸腾工况要求来确定。

计算机系统03包含有控制单元19和预装的鉴别软件系统20。控制单元19用来控制称重设备11、加热装置(包括第一加热装置14A和第二加热装置14B)、数据采集装置16和拍摄设备17的工作；鉴别软件单元20实现以下功能：(1)对拍摄设备17采集的图像信号处理及计算、提取沸腾气泡特性参数；(2)对数据采集装置16采集的沸腾过程中的温度参数、加热量参数进行处理和计算、提取沸腾换热特性参数；(3)提取沸腾气泡特性参数和提取沸腾换热特性参数之间的相关关系R；(4)存储已知表面活性剂物质判据数据库、鉴别判断表面活性剂以及输出鉴别结果。如图5所示，控制单元19包括信号采集模块21、信号处理模块22、数据缓存模块23、数据传输模块24，显示模块25、通讯模块26和电源模块27。所述信号采集模块21分别与称重设备11、加热装置、数据采集装置16、拍摄设备17之间信号连接，用于采集称重设备11传输的质量信号、数据采集装置16采集的数据信号和拍摄设备17所拍摄图像信号，进而获取称重设备11所称量物质的质量信息、数据采集装置16所采集的数据信息和拍摄设备15所拍摄的图像信息。信号处理模块22接收信号采集模块21所采集的信号并进行处理，信号处理模块22对图像信号参数数据信号进行处理，获得表面活性剂溶液的沸腾气泡行为特性参数和沸腾换热特性参数，以及提取沸腾气泡特性参数和提取沸腾换热特性参数的依变关系及相关关系参数。数据缓存模块23用于存储信号处理模块22提取的沸腾气泡特性参数、沸腾换热特性参数及其它们之间的相关关系参数。数据传输模块24用于将数据缓存模块23存储的数据传送给鉴别软件系统18和接收鉴别软件系统18发送的数据。显示模块25用于显示操作命令、用户交互信息和比对结果等。通讯模块26用于计算机系统03与称重设备11、加热装置、数据采集装置16和拍摄设备17及用户侧其它设备进行通讯。电源模块27给计算机系统03供应电源，也可给称重设备11、加热装置、数据采集装置16和拍摄设备17及用户侧设备提供电源。

如图6所示的鉴别软件系统20预装在计算机系统03内，同时依托于控制单元19。鉴别软件系统20的构架包括数据层子单元31、处理层子单元32和用户层子单元33。

数据层子单元31包括称重设备数据库模块311、加热装置数据库模块312、数据采集装置数据库模块313、拍摄设备数据库模块314和判据数据库模块315。称重设备数据库模块311用于存储称重设备11所产生的数据，加热装置数据库模块312用于存储加热装置产生的数据，数据采集装置数据库模块313用于存储数据采集装置产生的数据，拍摄设备数据库模块314用于存储拍摄设备15所产生的数据，判据数据库模块315用于存储已知表面活性剂溶液的鉴别判据数据库和用户自定义的判据数据。

处理层子单元32包括操作控制模块321、设备控制模块322、数据接收模块323、数据处理模块324、数据存储模块325、判据比对模块326、显示模块327和通讯模块328。操作控制模块321用于本发明物质鉴别设备0的操作控制。设备控制模块322用于控制称重设备11、加热装置、数据采集装置16和拍摄设备17的开启、关闭及其数据信息的传递。数据接收模块323用于将来自称重设备11、加热装置、数据采集装置16和拍摄设备17的信号传送给计算机系统03，并接收计算机系统03发出的指令。数据处理模块324用于对来自称重设备11、加热装置、数据采集装置16和拍摄设备17的信号进行信号处理，并形成鉴别判据数据。数据存储模块325用于存储处理后的数据。判据对比模块326用于从数据存储模块325和判据数据库模块315调取鉴别判据数据，并依据预定义判据进行被鉴别物质与已知物质的鉴别判据对比并产生物质鉴别结果。显示模块327用于显示操作指令、数据信息和物质鉴别结果等。通讯模块328用于控制计算机系统通讯接口连接称重设备11、加热装置、数据采集装置16和拍摄设备17及用户侧其他设备进行通讯。由于鉴别软件系统20也受控制单元19的控制，依托于控制单元19，因此所述处理层子单元32的部分功能与控制单元19的基本重合。

用户层子单元33包括溶液配置模块331、沸腾测试模块332、图像拍摄模块333、判据管理模块334和结果显示模块335。溶液配置模块331用于指导或引导用户完成溶液配置的操作流程；沸腾测试模块332用于指导或引导用户完成沸腾测试的操作流程；图像拍摄模块333用于指导或引导用户完成沸腾气泡图像采集的操作流程；判据管理模块334用于指导或引导用户完成已知表面活性剂物质的鉴别判据的导入、删除或修改等操作流程；结果显示模块335用于指导或引导用户完成鉴别结果的显示、查询等操作流程。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。