一种高温熔体物性测量装置

摘要

本发明提供了一种高温熔体物性测量装置，它包括物性测量系统、加热炉、升降系统、真空及气氛控制系统置、温度控制系统和控制显示系统。物性测量系统用于获取测量数据，加热炉用于提供数据提取环境，升降系统用于控制物性测量系统和加热炉的相对位置，真空及气氛控制系统用于保证物性测量系统、加热炉的反应气氛和压力一致，温度控制系统用于保证加热炉中的反应温度，控制显示系统用于对测量数据进行处理计算高温熔体物性并进行显示。该装置可以保证在良好的升温速率和精确的温度控制下快速精确的测量出高温熔体的粘度、密度、表面张力和电导率。

主权项

一种高温熔体物性测量装置，其特征在于：包括物性测量系统(1)、加热炉(2)、升降系统(3)、真空及气氛控制系统(4)、温度控制系统(5)和控制显示系统(6)；物性测量系统(1)：包括第一测量结构，该第一测量结构包括第一真空腔体(1‑1)、电机(1‑2)、扭矩传感器(1‑3)、质量传感器(1‑4)、第一弹簧管(1‑5)、连杆(1‑6)和测头(1‑7)；所述第一真空腔体(1‑1)的底部与第一弹簧管(1‑5)的顶端密封连通，连杆(1‑6)由位于第一真空腔体(1‑1)内的上半部和设置在第一弹簧管(1‑5)内的下半部组成，电机(1‑2)、扭矩传感器(1‑3)和质量传感器(1‑4)设置在第一真空腔体(1‑1)内，电机(1‑2)的输出轴与连杆(1‑6)的顶端固定连接带动连杆(1‑6)转动，扭矩传感器(1‑3)用于测量连杆(1‑6)的扭矩，质量传感器(1‑4)用于测量连杆(1‑6)的质量；测头(1‑7)可拆卸地连接在连杆(1‑6)的底端；加热炉(2)：包括加热炉体、连接管(2‑13)、保温罩(2‑7)、加热体(2‑8)和实验用坩埚(2‑10)；所述加热炉体包括开口向上的U形的炉壁(2‑15)和炉盖(2‑14)，炉盖(2‑14)设置在炉壁(2‑15)的上方，且与炉壁(2‑15)的开口密封连接形成反应腔；所述炉壁(2‑15)上具有热电偶安装孔(2‑4)、加热体导线入口(2‑6)和气体进口(2‑12)，炉壁(2‑15)上还设有加热炉抽气阀(2‑5)；所述保温罩(2‑7)为开口向下的U形结构，其设置在反应腔内，加热体(2‑8)设置在保温罩(2‑7)内，实验用坩埚(2‑10)位于加热体(2‑8)和保温罩(2‑7)形成的空间内；所述连接管(2‑13)的顶端与第一弹簧管(1‑5)的底端可拆卸密封连接，连接管(2‑13)的底端依次穿过炉盖(2‑14)和保温罩(2‑7)的上部；连接管(2‑13)位于炉盖(2‑14)上方的部分从上而下依次设有测量系统抽气阀(2‑1)和加热炉密封阀(2‑2)；升降系统(3)：包括安装台(3‑1)、第一升降杆(3‑2)、第二升降杆(3‑3)、位移传感器、加热炉安装架(3‑4)和升降杆驱动件(3‑5)；所述升降杆驱动件(3‑5)驱动第一升降杆(3‑2)和第二升降杆(3‑3)的顶端产生上下位移，第二升降杆(3‑3)的顶端与安装台(3‑1)可转动连接，加热炉安装架(3‑4)固定在升降杆驱动件(3‑5)的外壳上；位移传感器用于检测第二升降杆(3‑3)上下移动的位移；所述加热炉(2)安装在加热炉安装架(3‑4)上，第一升降杆(3‑2)的顶端与炉盖(2‑14)固定连接，物性测量系统(1)设置在安装台(3‑1)上；真空及气氛控制系统(4)：包括气瓶、真空泵和真空控制柜；所述气瓶通过气管与气体进口(2‑12)连通，真空泵通过管道及测量系统抽气阀(2‑1)与连接管(2‑13)连通，实现对物性测量系统(1)抽真空，真空泵还通过管道及加热炉抽气阀(2‑5)与反应腔连通，实现对反应腔抽真空，真空控制柜的信号输出端与真空泵连接，实现对抽真空过程的控制；温度控制系统(5)：包括热电偶和温控柜，所述热电偶通过热电偶安装孔(2‑4)安装在炉壁(2‑15)上，热电偶的数据输出端与温控柜连接，将所测温度信号输入温控柜，温控柜根据接收到的温度信号控制加热体(2‑8)的加热温度；控制显示系统(6)：包括控制器和显示设备；所述位移传感器的信号输出端与控制器的位移信号输入端连接，控制器的位移控制信号输出端与升降杆驱动件(3‑5)连接，控制升降杆驱动件(3‑5)工作；所述扭矩传感器(1‑3)和质量传感器(1‑4)的信号输出端分别与控制器的信号输入端连接；控制器根据接收的扭矩信号和质量信号计算实验用坩埚(2‑10)内待测熔体(2‑11)的物性，待测熔体(2‑11)的物性包括待测熔体的粘度、密度和表面张力；待测熔体的粘度η_待测：控制器根据公式(1c)和(1d)计算测熔体的粘度η_待测；η_待测＝K·M′  (1c)；其中，R实验用坩埚(2‑10)的内径、r测头(1‑7)的外径，h为侧头浸入标准熔体的深度，M′为侧头浸入待测熔体内搅动时扭矩传感器(1‑3)的读数，M为侧头浸入标准熔体内搅动时扭矩传感器(1‑3)的读数，η_已知为标准熔体的粘度；待测熔体的密度：控制器根据公式(2c)计算测熔体的ρ_待测；其中，m₀为测头悬空时质量传感器(1‑4)的读数，m₁为侧头浸入标准熔体中质量传感器(1‑4)的读数，m₂为侧头浸入待测熔体中质量传感器(1‑4)的读数，ρ_已知为标准熔体的密度；待测熔体表面张力：控制器根据公式(3b)和(3c)计算测熔体的σ_待测；σ_待测＝k·(m₄‑m₀)·g  (3b)；其中，k为测量常数，m₄为侧头(1‑7)从待测熔体中拉脱时质量传感器(1‑4)的读数，m₃为侧头(1‑7)从标准熔体中拉脱时质量传感器(1‑4)的读数，m₀为测头悬空时质量传感器(1‑4)的读数，g为重力加速度，σ_已知为标准熔体的密度；所述标准熔体是指熔体的粘度、密度和表面张力已知的熔体；所述控制器的物性信号输出端与显示器设备的信号输入端连接，显示设备将控制器计算的待测熔体的物性进行显示。