[发明专利]弹簧振子自由振动法快速测定高温熔体粘度的装置及方法

说明书

技术领域：

本发明涉及的是冶金和铸造领域，具体涉及一种弹簧振子自由振动法快速测定高温熔体粘度的装置及方法。

背景技术：

研究表明，粘度是熔体微观结构的重要宏观表现，在铸造过程中，由于金属的遗传效应，液态金属的结构对于其凝固后的组织及性能具有重要的影响。此外，液态金属粘滞性还标志着其流动性的好坏，不仅影响充型过程，也是影响熔体中小气泡和非金属夹杂物上浮的重要因素。因此，粘度的测量对于金属材料的科学研究和铸造生产具有十分重要的现实意义。

高温熔体粘度检测是在常温液体粘度检测原理基础上发展起来的。有关液体粘度测定方法及装置的研究成果比较多，典型的传统测定方法有毛细管法、扭摆振动法、落球法、旋转法等，人们对这些方法在应用上进行了很多的实验研究和改进，也有一些新的研究成果报道。然而由于采用毛细管法、扭摆振动法、落球法和旋转法等基本方法所设计的测试装置需要采集液体自然流动时间或者悬丝扭转角、落球时间及速度变化等微小物理量，要求测试设备十分精密，应用中对工作环境要求十分严格，特别是对于高温熔体粘度检测，在高温工作环境的特殊条件下，许多测试方法在工业生产现场实时检测时受到了一定程度的限制。因此，以提高检测系统稳定性、可靠性和便捷性为重点，研究一种新的高温熔体粘度快速测定方法，对于开发新一代高温熔体粘度快速检测仪器具有非常重要的意义。

发明内容：

本发明的目的是提供一种以叶片为振子，利用弹簧振子在被测液体中作阻尼振动时，各振动周期内最大速度对数衰减率作被测液体粘度的表征参数，实现各种液体粘度的快速准确检测的装置及方法。

上述发明的目的通过以下的技术方案实现：

弹簧振子自由振动法快速测定高温熔体粘度的方法，将一个质量为m的叶片振子、连杆、竖直悬挂的弹簧组成振动系统，振子在液体中自由垂直振动时，受到与粘度有关的液层摩擦力的作用，各个振动周期内最大速度逐渐衰减；振动过程中，系统各相关常数不变；建立各周期内最大速度平均对数衰减率λ与粘度η的关系η=1a04mkλ24π2+λ2,]]>通过测定各周期最大速度平均对数衰减率λ，实现粘度η的测定。

弹簧振子自由振动法快速测定高温熔体粘度的装置，其组成包括：叶片振子，所述的叶片振子连接连杆的一端，所述的弹簧套入连杆连接成一体，所述的连杆另一端连接永久磁铁，所述的永久磁铁外圈套有线圈，所述的线圈的尺寸大于永久磁铁的外圈尺寸，所述的线圈连接信号放大处理器，所述的信号放大处理器连接计算机，所述的叶片振子伸入到坩埚内。

所述的弹簧振子自由振动法快速测定高温熔体粘度的装置，所述的被测熔体装在坩埚内，所述的坩埚置于叶片振子正下方的平台上，所述的连杆、永久磁铁和线圈均装在带有螺纹杆的壳体内。

有益效果：

1.本发明的叶片振子在熔体中振动，受到的阻尼作用与熔体的粘度有较明确的对应关系，数据运算时相应的数学依据充分可靠，所得数据可信度较高。

2.本发明的弹簧振子装置搭建成本低廉，操作便捷，系统自身稳定性较好，不易受外界干扰。

3.本发明由于系统常数与弹簧振子的质量及弹簧的劲度常数有关，对于粘度不同的熔体可以通过更换弹簧和振片，改变系统常数，从而实现改变测量范围的目的。

4.本发明将速度信号转换为电磁信号后，系统信号便于采集和处理，为提高粘度测量的自动化程度创造了条件。

5.本发明在实际检测中，振片用耐高温陶瓷材料作成，连杆用φ≤2.5mm耐高温金属长杆连接，由此既可以增大熔体与传感器之间的距离，对传感器起到一定保护作用，还以减小连杆半径对检测结果的影响，由此既可以增大熔体与传感器之间的距离，对传感器起到一定保护作用，还以减小连杆半径对检测结果的影响。