[发明专利]一种高温熔体物性测量装置

说明书

技术领域

本发明属于一种测量装置，具体涉及一种高温熔体物性测量装置。

背景技术

高温熔体的粘度、密度以及表面张力是高温熔体的三种非常重要的参数。而电导率是电炉冶炼的重要参数。目前国内外采用旋转法测量粘度测试仪，该测试仪发热体采用硅钼材质的加热电炉，最高工作温度1450℃和1600℃，PID计算机程序控制温控。测量高温熔体的的粘度(旋转柱提法)、表面张力(拉筒法)和密度(阿基米德法)。该设备基本满足高温熔体物性综合测试，粘度测量范围：0.01～30Pa.s(0.1～300泊)。但是这种测量方法的粘度测量装置与密度、表面张力测量以及电导率测量装置在多个平台上，测头与表面张力的测头也是分开的，需要采用两根测杆和测头，测量时更换十分麻烦，部分熔体的熔点很高，硅钼加热体不能满足要求。

发明内容

针对现存的上述问题，本发明的目的是为解决上述问题而提供了一种高温熔体物性测量装置，此处的高温熔体物性指粘度、密度、表面张力和电导率。该装置可以保证在高温下使用一根连杆和一个测头准确的测量出高温熔体的粘度、密度以及表面张力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高温熔体物性测量装置，包括物性测量系统、加热炉、升降系统、真空及气氛控制系统、温度控制系统和控制显示系统；

物性测量系统：包括第一测量结构，该第一测量结构包括第一真空腔体、电机、扭矩传感器、质量传感器、第一弹簧管、连杆和测头；

所述第一真空腔体的底部与第一弹簧管的顶端密封连通，连杆由位于第一真空腔体内的上半部和设置在第一弹簧管内的下半部组成，电机、扭矩传感器和质量传感器设置在第一真空腔体内，电机的输出轴与连杆的顶端固定连接带动连杆转动，扭矩传感器用于测量连杆的扭矩，质量传感器用于测量连杆的质量；测头可拆卸地连接在连杆的底端；

加热炉：包括加热炉体、连接管、保温罩、加热体和实验用坩埚；

所述加热炉体包括开口向上的U形的炉壁和炉盖，炉盖设置在炉壁的上方，且与炉壁的开口密封连接形成反应腔；所述炉壁上具有热电偶安装孔、加热体导线入口和气体进口，炉壁上还设有加热炉抽气阀；

所述保温罩为开口向下的U形结构，其设置在反应腔内，加热体设置在保温罩内，实验用坩埚位于加热体和保温罩形成的空间内；

所述连接管的顶端与第一弹簧管的底端可拆卸密封连接，连接管的底端依次穿过炉盖和保温罩的上部；连接管位于炉盖上方的部分从上而下依次设有测量系统抽气阀和加热炉密封阀；

升降系统：包括安装台、第一升降杆、第二升降杆、位移传感器、加热炉安装架和升降杆驱动件；

所述升降杆驱动件驱动第一升降杆和第二升降杆的顶端产生上下位移，第二升降杆的顶端与安装台可转动连接，加热炉安装架固定在升降杆驱动件的外壳上；位移传感器用于检测第二升降杆上下移动的位移；

所述加热炉安装在加热炉安装架上，第一升降杆的顶端与炉盖固定连接，物性测量系统设置在安装台上；

真空及气氛控制系统：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连通，真空泵通过管道及测量系统抽气阀与连接管连通，实现对物性测量系统抽真空，真空泵还通过管道及加热炉抽气阀与反应腔连通，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：包括热电偶和温控柜，所述热电偶通过热电偶安装孔安装在炉壁上，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的加热温度；

控制显示系统：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连接，控制升降杆驱动件工作；

所述扭矩传感器和质量传感器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内待测熔体的物性，待测熔体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实验用坩埚的内径、r测头的外径，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的读数，M为侧头浸入标准熔体内搅动时扭矩传感器的读数，η_已知为标准熔体的粘度；

待测熔体的密度：