[發明專利]一種高溫熔體物性測量裝置

有效

• 申請號: 201610075721.8
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105716997B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 呂學偉;鄧青宇;嚴志明;張杰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N11/14
• 分類號: G01N11/14;G01N9/04;G01N13/02;G01R27/22
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司50218
• 代理人: 穆祥維

1.一種高溫熔體物性測量裝置，其特征在于：包括物性測量系統(1)、加熱爐(2)、升降系統(3)、真空及氣氛控制系統(4)、溫度控制系統(5)和控制顯示系統(6)；

物性測量系統(1)：包括第一測量結構，該第一測量結構包括第一真空腔體(1-1)、電機(1-2)、扭矩傳感器(1-3)、質量傳感器(1-4)、第一彈簧管(1-5)、連桿(1-6)和測頭(1-7)；

所述第一真空腔體(1-1)的底部與第一彈簧管(1-5)的頂端密封連通，連桿(1-6)由位于第一真空腔體(1-1)內的上半部和設置在第一彈簧管(1-5)內的下半部組成，電機(1-2)、扭矩傳感器(1-3)和質量傳感器(1-4)設置在第一真空腔體(1-1)內，電機(1-2)的輸出軸與連桿(1-6)的頂端固定連接帶動連桿(1-6)轉動，扭矩傳感器(1-3)用于測量連桿(1-6)的扭矩，質量傳感器(1-4)用于測量連桿(1-6)的質量；測頭(1-7)可拆卸地連接在連桿(1-6)的底端；

加熱爐(2)：包括加熱爐體、連接管(2-13)、保溫罩(2-7)、加熱體(2-8)和實驗用坩堝(2-10)；

所述加熱爐體包括開口向上的U形的爐壁(2-15)和爐蓋(2-14)，爐蓋(2-14)設置在爐壁(2-15)的上方，且與爐壁(2-15)的開口密封連接形成反應腔；所述爐壁(2-15)上具有熱電偶安裝孔(2-4)、加熱體導線入口(2-6)和氣體進口(2-12)，爐壁(2-15)上還設有加熱爐抽氣閥(2-5)；

所述保溫罩(2-7)為開口向下的U形結構，其設置在反應腔內，加熱體(2-8)設置在保溫罩(2-7)內，實驗用坩堝(2-10)位于加熱體(2-8)和保溫罩(2-7)形成的空間內；

所述連接管(2-13)的頂端與第一彈簧管(1-5)的底端可拆卸密封連接，連接管(2-13)的底端依次穿過爐蓋(2-14)和保溫罩(2-7)的上部；連接管(2-13)位于爐蓋(2-14)上方的部分從上而下依次設有測量系統抽氣閥(2-1)和加熱爐密封閥(2-2)；

升降系統(3)：包括安裝臺(3-1)、第一升降桿(3-2)、第二升降桿(3-3)、位移傳感器、加熱爐安裝架(3-4)和升降桿驅動件(3-5)；

所述升降桿驅動件(3-5)驅動第一升降桿(3-2)和第二升降桿(3-3)的頂端產生上下位移，第二升降桿(3-3)的頂端與安裝臺(3-1)可轉動連接，加熱爐安裝架(3-4)固定在升降桿驅動件(3-5)的外殼上；位移傳感器用于檢測第二升降桿(3-3)上下移動的位移；

所述加熱爐(2)安裝在加熱爐安裝架(3-4)上，第一升降桿(3-2)的頂端與爐蓋(2-14)固定連接，物性測量系統(1)設置在安裝臺(3-1)上；

真空及氣氛控制系統(4)：包括氣瓶、真空泵和真空控制柜；

所述氣瓶通過氣管與氣體進口(2-12)連通，真空泵通過管道及測量系統抽氣閥(2-1)與連接管(2-13)連通，實現對物性測量系統(1)抽真空，真空泵還通過管道及加熱爐抽氣閥(2-5)與反應腔連通，實現對反應腔抽真空，真空控制柜的信號輸出端與真空泵連接，實現對抽真空過程的控制；

溫度控制系統(5)：包括熱電偶和溫控柜，所述熱電偶通過熱電偶安裝孔(2-4)安裝在爐壁(2-15)上，熱電偶的數據輸出端與溫控柜連接，將所測溫度信號輸入溫控柜，溫控柜根據接收到的溫度信號控制加熱體(2-8)的加熱溫度；

控制顯示系統(6)：包括控制器和顯示設備；

所述位移傳感器的信號輸出端與控制器的位移信號輸入端連接，控制器的位移控制信號輸出端與升降桿驅動件(3-5)連接，控制升降桿驅動件(3-5)工作；

所述扭矩傳感器(1-3)和質量傳感器(1-4)的信號輸出端分別與控制器的信號輸入端連接；控制器根據接收的扭矩信號和質量信號計算實驗用坩堝(2-10)內待測熔體(2-11)的物性，待測熔體(2-11)的物性包括待測熔體的粘度、密度和表面張力；

待測熔體的粘度η_待測：

控制器根據公式(1c)和(1d)計算測熔體的粘度η_待測；

η_待測＝K·M′(1c)；

其中，M′為側頭浸入待測熔體內攪動時扭矩傳感器(1-3)的讀數，M為側頭浸入標準熔體內攪動時扭矩傳感器(1-3)的讀數，η_已知為標準熔體的粘度；

待測熔體的密度：

控制器根據公式(2c)計算測熔體的ρ_待測；

其中，m₀為測頭懸空時質量傳感器(1-4)的讀數，m₁為側頭浸入標準熔體中質量傳感器(1-4)的讀數，m₂為側頭浸入待測熔體中質量傳感器(1-4)的讀數，ρ_已知為標準熔體的密度；

待測熔體表面張力：

控制器根據公式(3b)和(3c)計算測熔體的σ_待測；

σ_待測＝k·(m₄-m₀)·g(3b)；

其中，k為測量常數，m₄為側頭(1-7)從待測熔體中拉脫時質量傳感器(1-4)的讀數，m₃為側頭(1-7)從標準熔體中拉脫時質量傳感器(1-4)的讀數，m₀為測頭懸空時質量傳感器(1-4)的讀數，g為重力加速度，σ_已知為標準熔體的密度；

所述標準熔體是指熔體的粘度、密度和表面張力已知的熔體；

所述控制器的物性信號輸出端與顯示器設備的信號輸入端連接，顯示設備將控制器計算的待測熔體的物性進行顯示。