专利名称：一种宽量程高温熔体磁场粘度计及用其测量粘度的方法
技术领域：
本发明涉及一种实验测试领域的宽量程高温熔体磁场粘度计，特别涉及一种能测量不同温度不同磁场条件下各种材料液体粘度的仪器及测试方法。
背景技术：
目前国内外有多种测量液体粘度的仪器设备，但多数用于测量自然条件常温液体的粘度，关于高温熔体粘度测量仪器则相对较少，特别是高温环境，如测试金属钢铁熔体的粘度，对仪器设备提出了更高的要求。广泛使用的高温熔体粘度计是旋转粘度计和回转振 动式高温熔体粘度计，但旋转粘度计由于将转子直接插入被测熔体中，因此不仅转子容易与熔体反应，改变熔体性质，限制了测量元素的范围，而且高温环境容易造成转子的损坏，并且不能高精度的测量，因此旋转粘度计已较少用于高温金属熔体的测量。但回转式高温熔体粘度计也存在一系列的问题，比如由于依靠坩埚和熔体之间的剪切摩擦力和剪切速率的比值来计算粘度值，测量的粘度值范围较小，如日本产回转振动式液体粘度计，粘度测试范围为I-IOcp (mPas)，此范围根本无法满足现有材料液体粘度值的测量要求。外加磁场是制备新材料和现有材料改性的重要手段，磁场环境下液体物理性质的研究越来越受到人们的关注，但市场上还没有这种产品，也从未有相关仪器的报道，尤其是磁场环境下高温金属熔体粘度测量仪器的发明未曾报道过。CN 2099316U发明了铁磁流体粘度测量仪，该仪器依靠电磁线圈产生感应磁场，通过转筒的扭矩与粘度的比例关系得出磁场下铁磁流体的粘度值，该装置仅限于粗略测量常温下铁磁流体的粘度值；CN 1114745A将振荡器浸没在流体中通过测量振荡器能量的粘滞损耗来测量电磁线圈感应磁场下流体的粘度。但其测量范围和流体种类受限。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术不足，而提供一种宽量程高温熔体磁场粘度计及用其测量粘度的方法，该种粘度计能同时测量磁场条件下与非磁场条件下的高温金属熔体的粘度。本发明是通过以下技术方案实现的一种宽量程高温熔体磁场粘度计，包括测量筒体、测量筒体上方的步进电机，步进电机通过转轴连接陶瓷挂丝，陶瓷挂丝的下端与测量筒体内的样品盛放装置相连，转轴上设有测量转轴转动衰减率的光学测定系统，测量筒体内设有升高样品温度的加热体，测量筒体外套有水平环形磁场装置使加热体位置处在磁场中，水平环形磁场装置的下面固定在升降系统上从而调整磁场位置，测量筒体上设有冷却系统和抽真空装置。所述的水平环形磁场装置由内外两个环形磁体套接而成，两个环形磁体能相对转动，外侧环形磁体上设有涡轮蜗杆装置来调整两个环形磁体相对位置从而调整磁场大小。涡轮蜗杆装置通过齿轮间的咬合，将水平方向的蜗杆转动转换为涡轮的圆周运动，带动环形磁体转动。
所述的升降系统包括支架、支撑磁场的平台，支撑磁场的平台与铰链连接，铰链套在横杆上，横杆中间与千斤顶的液压系统相连，液压系统上设有手柄。扳动手柄驱动液压泵工作，通过液压系统传动液压缸顶端的横杆升降，横杆带动铰链运动，铰链连接平台，从而控制平台的高度。所述的光学测定系统包括反光镜、激光发射器、探测器，反光镜固定在转轴上，激光发射器、探测器在测量筒体外，激光发射器、探测器与计算机系统连接，激光发射器发出激光，照射到转轴上的反光镜上，激光经反光镜反射回探测器，根据入射光与反射光的时间间隔测定转动衰减率。所述的抽真空装置包括转轴上的真空密封垫、测量筒体上端壁上设有的出气孔和进气孔、与进气孔相连的真空泵及扩散泵。所述的冷却系统为测量筒体壁上通有冷却介质的夹套结构。所述的加热体内壁上设有钥隔热片，测量筒体内底部设热电偶。所述的样品盛放装置包括氧化铝坩埚和陶瓷坩埚，陶瓷坩埚顶部连接陶瓷挂丝。通过计算机控制系统控制步进电机的转动，可设定大步进、快速复位的计算机控制系统给予脉冲信号，实现转轴大步正向转动，快速反向复位。加热体的外围设有水平环形磁场，转动蜗杆即可调节磁场的磁感应强度。水平环形磁场固定在一个自动升降系统上，可以同时水平旋转和上下移动环形磁场。悬挂坩埚的悬丝采用高强度陶瓷材料制成。用上述粘度计测量粘度的方法，步骤如下(I)将样品置于氧化铝坩埚内，样品的体积不超过坩埚的三分之二，再放入陶瓷坩埚内，下放到加热体的中心位置；(2)将测量筒体内抽真空，充入惰性保护气体，加热至待测样品熔点以上(不超过1700°C)，保温 20-40 分钟；(3)转动蜗杆来选择磁场的磁感应强度，根据不同材料的物理性质选择，磁场强度不闻于8000闻斯；(4)开启步进电机，使转轴初始转动惯量在5000_6000Kg · m2，转轴带动样品盛放装置转动，仪器外部的激光发射器发出激光，照射到转轴上的反光镜上，激光经反光镜反射回探测器，根据入射光与反射光的时间间隔测定转动衰减率，再根据转动衰减率与粘度的计算公式(I)得出相应的粘度值，
权利要求
1.一种宽量程高温熔体磁场粘度计，包括测量筒体、测量筒体上方的步进电机，其特征是，步进电机通过转轴连接陶瓷挂丝，陶瓷挂丝的下端与测量筒体内的样品盛放装置相连，转轴上设有测量转轴转动衰减率的光学测定系统，测量筒体内设有升高样品温度的加热体，测量筒体外套有水平环形磁场装置使加热体位置处在磁场中，水平环形磁场装置的下面固定在升降系统上从而调整磁场位置，测量筒体上设有冷却系统和抽真空装置。
2.根据权利要求I所述的宽量程高温熔体磁场粘度计，其特征是，所述的水平环形磁场装置由内外两个环形磁体套接而成，两个环形磁体能相对转动，外侧环形磁体上设有涡轮蜗杆装置来调整两个环形磁体相对位置从而调整磁场大小。
3.根据权利要求I所述的宽量程高温熔体磁场粘度计，其特征是，所述的升降系统包括支架、支撑磁场的平台，支撑磁场的平台与铰链连接，铰链套在横杆上，横杆中间与千斤顶的液压系统相连，液压系统上设有手柄。
4.根据权利要求I所述的宽量程高温熔体磁场粘度计，其特征是，所述的光学测定系统包括反光镜、激光发射器、探测器，反光镜固定在转轴上，激光发射器、探测器在测量筒体夕卜，激光发射器、探测器与计算机系统连接，激光发射器发出激光，照射到转轴上的反光镜上，激光经反光镜反射回探测器，根据入射光与反射光的时间间隔测定转动衰减率。
5.根据权利要求I所述的宽量程高温熔体磁场粘度计，其特征是，所述的抽真空装置包括转轴上的真空密封垫、测量筒体上端壁上设有的出气孔和进气孔、与进气孔相连的真空泵及扩散泵。
6.根据权利要求I所述的宽量程高温熔体磁场粘度计，其特征是，所述的冷却系统为测量筒体壁上通有冷却介质的夹套结构。
7.根据权利要求I所述的宽量程高温熔体磁场粘度计，其特征是，所述的加热体内壁上设有钥隔热片，测量筒体内底部设热电偶。
8.根据权利要求I所述的宽量程高温熔体磁场粘度计，其特征是，所述的样品盛放装置包括氧化铝坩埚和陶瓷坩埚，陶瓷坩埚顶部连接陶瓷挂丝。
9.用权利要求I所述粘度计测量粘度的方法，其特征是，步骤如下 (I)将样品置于氧化铝坩埚内，样品的体积不超过坩埚的三分之二，再放入陶瓷坩埚内，下放到加热体的中心位置； (2 )将测量筒体内抽真空，充入惰性保护气体，加热至待测样品熔点以上，保温2 O -4O分钟； (3)转动蜗杆来选择磁场的磁感应强度，根据不同材料的物理性质选择，磁场强度不高于8000闻斯； (4)开启步进电机，使转轴初始转动惯量在5000-6000Kg· m2，转轴带动样品盛放装置转动，仪器外部的激光发射器发出激光，照射到转轴上的反光镜上，激光经反光镜反射回探测器，根据入射光与反射光的时间间隔测定转动衰减率，再根据转动衰减率与粘度的计算公式(I)得出相应的粘度值，r mwM{mRe)2Tpm2 (I)式中，V表示运动粘度，m2/s ;m表示液体试样的质量，Kg ；1表示转动惯量，Kg · m2 ；RC表示坩埚半径，πι;δ和Sci分别表示装入待测物的氧化铝坩埚和空氧化铝坩埚的对数衰减率，百分比％ ；ΤΡ和Tptl分别表示熔体和空坩埚的对数衰减周期，s ;根据大量的实验数据的比较得出对于金属熔体ω=1，对于非金属熔体ω=0.9 ;HS表示坩埚中填充样品的高度，m;n表示与液体试样水平面接触的数目，开口容器，n=l，封闭容器，n=2 ； 由动力粘度与运动粘度的关系n = p V可求出动力粘度。
全文摘要
本发明涉及一种宽量程高温熔体磁场粘度计及用其测量粘度的方法，粘度计包括测量筒体、测量筒体上方的步进电机，步进电机通过转轴连接陶瓷挂丝，陶瓷挂丝的下端与测量筒体内的样品盛放装置相连，转轴上设有测量转轴转动衰减率的光学测定系统，测量筒体内设有升高样品温度的加热体，测量筒体外套有水平环形磁场装置使加热体位置处在磁场中，水平环形磁场装置的下面固定在升降系统上从而调整磁场位置，测量筒体上设有冷却系统和抽真空装置。本发明可以精确测定-30℃—1700℃范围内各种液态材料在不同磁场条件下的粘度值，并且使测量的粘度范围大大提高到0.1Cp—100cp(mPa·s)，测量周期短，精度高。
文档编号G01N11/00GK102879302SQ20121038049
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月9日 优先权日2012年10月9日
发明者刘建同, 边秀房, 张凯 申请人:山东大学