[發(fā)明專(zhuān)利]一種高溫熔體物性測(cè)量裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610075721.8
• 申請(qǐng)日: 2016-02-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105716997B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂學(xué)偉;鄧青宇;嚴(yán)志明;張杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N11/14
• 分類(lèi)號(hào): G01N11/14;G01N9/04;G01N13/02;G01R27/22
• 代理公司: 重慶信航知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司50218
• 代理人: 穆祥維

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種測(cè)量裝置，具體涉及一種高溫熔體物性測(cè)量裝置。

背景技術(shù)

高溫熔體的粘度、密度以及表面張力是高溫熔體的三種非常重要的參數(shù)。而電導(dǎo)率是電爐冶煉的重要參數(shù)。目前國(guó)內(nèi)外采用旋轉(zhuǎn)法測(cè)量粘度測(cè)試儀，該測(cè)試儀發(fā)熱體采用硅鉬材質(zhì)的加熱電爐，最高工作溫度1450℃和1600℃，PID計(jì)算機(jī)程序控制溫控。測(cè)量高溫熔體的的粘度(旋轉(zhuǎn)柱提法)、表面張力(拉筒法)和密度(阿基米德法)。該設(shè)備基本滿(mǎn)足高溫熔體物性綜合測(cè)試，粘度測(cè)量范圍：0.01～30Pa.s(0.1～300泊)。但是這種測(cè)量方法的粘度測(cè)量裝置與密度、表面張力測(cè)量以及電導(dǎo)率測(cè)量裝置在多個(gè)平臺(tái)上，測(cè)頭與表面張力的測(cè)頭也是分開(kāi)的，需要采用兩根測(cè)桿和測(cè)頭，測(cè)量時(shí)更換十分麻煩，部分熔體的熔點(diǎn)很高，硅鉬加熱體不能滿(mǎn)足要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)存的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是為解決上述問(wèn)題而提供了一種高溫熔體物性測(cè)量裝置，此處的高溫熔體物性指粘度、密度、表面張力和電導(dǎo)率。該裝置可以保證在高溫下使用一根連桿和一個(gè)測(cè)頭準(zhǔn)確的測(cè)量出高溫熔體的粘度、密度以及表面張力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種高溫熔體物性測(cè)量裝置，包括物性測(cè)量系統(tǒng)、加熱爐、升降系統(tǒng)、真空及氣氛控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和控制顯示系統(tǒng)；

物性測(cè)量系統(tǒng)：包括第一測(cè)量結(jié)構(gòu)，該第一測(cè)量結(jié)構(gòu)包括第一真空腔體、電機(jī)、扭矩傳感器、質(zhì)量傳感器、第一彈簧管、連桿和測(cè)頭；

所述第一真空腔體的底部與第一彈簧管的頂端密封連通，連桿由位于第一真空腔體內(nèi)的上半部和設(shè)置在第一彈簧管內(nèi)的下半部組成，電機(jī)、扭矩傳感器和質(zhì)量傳感器設(shè)置在第一真空腔體內(nèi)，電機(jī)的輸出軸與連桿的頂端固定連接帶動(dòng)連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，扭矩傳感器用于測(cè)量連桿的扭矩，質(zhì)量傳感器用于測(cè)量連桿的質(zhì)量；測(cè)頭可拆卸地連接在連桿的底端；

加熱爐：包括加熱爐體、連接管、保溫罩、加熱體和實(shí)驗(yàn)用坩堝；

所述加熱爐體包括開(kāi)口向上的U形的爐壁和爐蓋，爐蓋設(shè)置在爐壁的上方，且與爐壁的開(kāi)口密封連接形成反應(yīng)腔；所述爐壁上具有熱電偶安裝孔、加熱體導(dǎo)線(xiàn)入口和氣體進(jìn)口，爐壁上還設(shè)有加熱爐抽氣閥；

所述保溫罩為開(kāi)口向下的U形結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在反應(yīng)腔內(nèi)，加熱體設(shè)置在保溫罩內(nèi)，實(shí)驗(yàn)用坩堝位于加熱體和保溫罩形成的空間內(nèi)；

所述連接管的頂端與第一彈簧管的底端可拆卸密封連接，連接管的底端依次穿過(guò)爐蓋和保溫罩的上部；連接管位于爐蓋上方的部分從上而下依次設(shè)有測(cè)量系統(tǒng)抽氣閥和加熱爐密封閥；

升降系統(tǒng)：包括安裝臺(tái)、第一升降桿、第二升降桿、位移傳感器、加熱爐安裝架和升降桿驅(qū)動(dòng)件；

所述升降桿驅(qū)動(dòng)件驅(qū)動(dòng)第一升降桿和第二升降桿的頂端產(chǎn)生上下位移，第二升降桿的頂端與安裝臺(tái)可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，加熱爐安裝架固定在升降桿驅(qū)動(dòng)件的外殼上；位移傳感器用于檢測(cè)第二升降桿上下移動(dòng)的位移；

所述加熱爐安裝在加熱爐安裝架上，第一升降桿的頂端與爐蓋固定連接，物性測(cè)量系統(tǒng)設(shè)置在安裝臺(tái)上；

真空及氣氛控制系統(tǒng)：包括氣瓶、真空泵和真空控制柜；

所述氣瓶通過(guò)氣管與氣體進(jìn)口連通，真空泵通過(guò)管道及測(cè)量系統(tǒng)抽氣閥與連接管連通，實(shí)現(xiàn)對(duì)物性測(cè)量系統(tǒng)抽真空，真空泵還通過(guò)管道及加熱爐抽氣閥與反應(yīng)腔連通，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)腔抽真空，真空控制柜的信號(hào)輸出端與真空泵連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)抽真空過(guò)程的控制；

溫度控制系統(tǒng)：包括熱電偶和溫控柜，所述熱電偶通過(guò)熱電偶安裝孔安裝在爐壁上，熱電偶的數(shù)據(jù)輸出端與溫控柜連接，將所測(cè)溫度信號(hào)輸入溫控柜，溫控柜根據(jù)接收到的溫度信號(hào)控制加熱體的加熱溫度；

控制顯示系統(tǒng)：包括控制器和顯示設(shè)備；

所述位移傳感器的信號(hào)輸出端與控制器的位移信號(hào)輸入端連接，控制器的位移控制信號(hào)輸出端與升降桿驅(qū)動(dòng)件連接，控制升降桿驅(qū)動(dòng)件工作；

所述扭矩傳感器和質(zhì)量傳感器的信號(hào)輸出端分別與控制器的信號(hào)輸入端連接；控制器根據(jù)接收的扭矩信號(hào)和質(zhì)量信號(hào)計(jì)算實(shí)驗(yàn)用坩堝內(nèi)待測(cè)熔體的物性，待測(cè)熔體的物性包括待測(cè)熔體的粘度、密度和表面張力；

待測(cè)熔體的粘度η_待測(cè)：

控制器根據(jù)公式(1c)和(1d)計(jì)算測(cè)熔體的粘度η_待測(cè)；

η_待測(cè)＝K·M′(1c)；

其中，R實(shí)驗(yàn)用坩堝的內(nèi)徑、r測(cè)頭的外徑，h為側(cè)頭浸入標(biāo)準(zhǔn)熔體的深度，M′為側(cè)頭浸入待測(cè)熔體內(nèi)攪動(dòng)時(shí)扭矩傳感器的讀數(shù)，M為側(cè)頭浸入標(biāo)準(zhǔn)熔體內(nèi)攪動(dòng)時(shí)扭矩傳感器的讀數(shù)，η_已知為標(biāo)準(zhǔn)熔體的粘度；

待測(cè)熔體的密度：