本发明专利技术提供了一种高温熔体表面张力测量装置及测量方法，它包括表面张力测量系统、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。表面张力测量系统用于产生气泡和获取气泡内最大压力数据，加热炉用于提供数据提取环境，升降系统用于控制表面张力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表面张力测量系统、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表面张力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种测量装置，具体涉及一种高温熔体表面张力测量装置及测量方法。
技术介绍
高温熔体的表面张力是高温熔体的一种非常重要的参数，是影响多相体系传质和反应的关键因素之一。而对于冶金炉渣，特别是高钛渣，通过测量其表面张力，对泡沫化的原因和控制有重要的指导意义。目前测量高温熔体表面张力的测量方法主要有最大气泡压力法、拉筒法和静滴法等，其中拉筒法装置最简易，但无法满足测量精度上的要求。最大气泡压力法由Simon于1851年提出，后由Canter，Jaeger分别从理论和实用角度加以发展。实验的基本步骤是，将以毛细管插入待测液体内部，向管内缓慢通入惰性气体，随着吹入气体压力的增大，气泡逐渐长大，但气泡恰好是半球时，气泡内的压力达到最大值，此时通过测量气泡压力，计算得到液体的表面张力。但是，目前的测量装置中普遍存在无法满足测量精度和无法测量高温熔体的表面张力等缺点。
技术实现思路
针对现存的上述问题，本专利技术的第一个目的是提供了一种可测量高温熔体表面张力，且测量精度高的测量装置。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高温熔体表面张力测量装置，其特征在于：包括表面张力测量系统、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；表面张力测量系统：包括第一惰性气体储存瓶、第一减压阀数字式压差计、腔体、第一弹簧管和毛细管；所述毛细管通过腔体固定，保证毛细管处于竖直状态，且毛细管的顶部位于腔体内；所述毛细管位于腔体外侧的部分设置在第一弹簧管内；所述腔体的底部与第一弹簧管的顶端密封连通；所述第一惰性气体储存瓶的出气口通过气管与毛细管的上端连通，所述第一减压阀和数字式压差计分别设置在气管上，其中，第一减压阀位于第一惰性气体储存瓶出气口侧；加热炉：包括加热炉体、连接管、保温罩、石墨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，石墨加热体设置在保温罩内，实验用坩埚位于石墨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、光栅尺，第一升降杆、第二升降杆、加热炉安装架、光栅尺固定架和升降杆驱动件；所述升降杆驱动件驱动第一升降杆和第二升降杆上下移动，第二升降杆的顶端与安装台固定连接，所述腔体设置在安装台上；所述加热炉安装架固定在升降杆驱动件的外壳上，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；所述光栅尺用于检测第二升降杆上下移动的位移，其包括数据采集部和可在数据采集部上来回滑动的滑动部，所述滑动部与安装台的右端固定连接，所述数据采集部固定在光栅尺固定架的顶端；所述毛细管的底部依次穿过炉盖和保温罩进入反应腔内；真空及气氛控制系统：包括第二惰性气体储存瓶、真空泵和真空控制柜；所述第二惰性气体储存瓶通过输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，实现对腔体抽真空，真空泵通过管道及加热炉抽气阀与反应腔连通，实现对加热炉抽真空，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石墨加热体的加热温度；控制显示系统：包括控制器和显示设备；所述数字式压差计的信号输出端与控制器的信号输入端连接，控制器的位移控制信号输出端与升降杆驱动件连接，所述光栅尺的信号输出端与控制器的位移信号输入端连接，真空控制柜的真空控制信号输入端与控制器的真空控制信号输出端连接，温控柜的温度信号输出端与控制器的温度信号输入端连接，温控柜的温度控制信号输入端与控制器的温度控制信号输出端连接；所述控制器根据接收信号计算加热炉实验用坩埚内待测熔体的表面张力；所述控制器的显示信号输出端与显示设备的显示信号输入端连接。作为优化，所述气体输送及控制系统还包括流量计；所述流量计设置在气管上，且位于第一减压阀和数字式压差计之间。作为优化，所述气体输送及控制系统还包括稳压计；所述稳压计设置在气管上，且位于流量计和数字式压差计之间。作为优化，所述气体输送及控制系统还包括针型阀；所述针型阀设置在气管上，且位于稳压计和数字式压差计之间。作为优化，所述气体输送及控制系统还包括脱氧干燥瓶；所述脱氧干燥瓶设置在气管上，且位于针型阀和数字式压差计之间。作为优化，所述控制器计算待测溶体表面张力的公式为：σ＝(P-ρgh)r/2；其中，σ为待测熔体的表面张力，P为最大压力，r为毛细管的半径，ρ为待测熔体的密度，h为毛细管插入待测熔体的深度。作为优化，所述炉盖和炉壁均为空心结构，并且炉盖和炉壁的空心部分连通，炉盖上设有与其空心部分连通的进水口和出水口。作为优化，所述加热炉还包括保护用石墨坩埚，所述保护用石墨坩埚设置在实验用坩埚和石墨加热体之间。作为优化，所述保温罩和保护用石墨坩埚上分别具有用于固定热电偶的通孔，且该通孔与所述热电偶安装孔同轴。为实现本专利技术的第二个目的，提供一种测量高温熔体表面张力测量方法。一种高温熔体表面张力测量方法，该测量方法上述的高温熔体表面张力测量装置，步骤如下：S1：把待测熔体置于实验用坩埚内，盖上炉盖用螺栓固定密封好，关闭加热炉密封阀；S2：开启真空泵抽走加热炉内的空气，然后将第二惰性气体储存瓶内的惰性气体通入加热炉内，用惰性气体洗炉，保证加热炉内为真空或惰性气氛以保护石墨加热体；通过进水口注冷却水，通过水泵使冷却水在炉壁和炉盖的空心部分循环，保护加热炉体；启动温度控制系统，对待测熔体加热，使待测熔体达到指定温度；S3：调整升降杆位置，升降杆驱动件驱动第二升降杆移动，使毛细管的下端正好位于待测熔体表面上方，且与待测熔体表面不接触，此时将数字式压差计的压差计调零；升降杆驱动件驱动第二升降杆移动，使毛细管的下端下降至恰好与待测熔体表面接触，此时控制器控制升降杆驱动件驱动第二升降杆移动，使第二升降杆的初始位置归零；S4：打开第一减压阀，通过第一减压阀和针型阀控制惰性气体流量，此时数字式压差计出现数值，当待测熔体内部能够稳定、缓慢的产生气泡时，数字式压差计的数值由小到大变化，升降杆驱动件驱动第二升降杆移动，从而带动毛细管移动，改变毛细管的插入待测熔体的深度，得到各个深度下的最大压差，毛细管插入待测熔体的深度分别记为h1，h2，h3，毛细管插入待测熔体的各个深度下所对应的最大压差分别记为P1，P2，P3；S5：根据公式(1)：P=2σr+ρgh---(1);]]>用P1，P2和h1，h2计算得到ρg的值，即：P2-P1＝ρg(h2-h1)，再根据P3和h3以及计算得到的ρg代入公式(2)便可得到待测熔体的表面张力；σ＝(P-ρgh)r/2(2)；S6：测试完成后，控制器控制升降系统使毛细管升至最高位，关闭加热炉密封阀，表面张力测量系统的腔体卸真空，关闭温度控制系统，待加热炉体冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高温熔体表面张力测量装置，其特征在于：包括表面张力测量系统(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)；表面张力测量系统(1)：包括第一惰性气体储存瓶(1‑1)、第一减压阀(1‑2)数字式压差计(1‑7)、腔体(1‑8)、第一弹簧管(1‑9)和毛细管(1‑10)；所述毛细管(1‑10)通过腔体(1‑8)固定，保证毛细管(1‑10)处于竖直状态，且毛细管(1‑10)的顶部位于腔体(1‑8)内；所述毛细管(1‑10)位于腔体(1‑8)外侧的部分设置在第一弹簧管(1‑9)内；所述腔体(1‑8)的底部与第一弹簧管(1‑9)的顶端密封连通；所述第一惰性气体储存瓶(1‑1)的出气口通过气管与毛细管(1‑10)的上端连通，所述第一减压阀(1‑2)和数字式压差计(1‑7)分别设置在气管上，其中，第一减压阀(1‑2)位于第一惰性气体储存瓶(1‑1)出气口侧；加热炉(2)：包括加热炉体、连接管(2‑13)、保温罩(2‑7)、石墨加热体(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，石墨加热体(2‑8)设置在保温罩(2‑7)内，实验用坩埚(2‑10)位于石墨加热体(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(1‑9)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)、光栅尺(3‑2)，第一升降杆(3‑3)、第二升降杆(3‑4)、加热炉安装架(3‑5)、光栅尺固定架和升降杆驱动件(3‑6)；所述升降杆驱动件(3‑6)驱动第一升降杆(3‑3)和第二升降杆(3‑4)上下移动，第二升降杆(3‑4)的顶端与安装台(3‑1)固定连接，所述腔体(1‑8)设置在安装台(3‑1)上；所述加热炉安装架(3‑5)固定在升降杆驱动件(3‑6)的外壳上，加热炉(2)安装在加热炉安装架(3‑5)上，第一升降杆(3‑3)的顶端与炉盖(2‑14)固定连接；所述光栅尺(3‑2)用于检测第二升降杆(3‑4)上下移动的位移，其包括数据采集部和可在数据采集部上来回滑动的滑动部，所述滑动部与安装台(3‑1)的右端固定连接，所述数据采集部固定在光栅尺固定架的顶端；所述毛细管(1‑10)的底部依次穿过炉盖(2‑14)和保温罩(2‑7)进入反应腔内；真空及气氛控制系统(4)：包括第二惰性气体储存瓶、真空泵和真空控制柜；所述第二惰性气体储存瓶通过输气管与气体进口(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，实现对腔体(1‑8)抽真空，真空泵通过管道及加热炉抽气阀(2‑5)与反应腔连通，实现对加热炉(2)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石墨加热体(2‑8)的加热温度；控制显示系统(6)：包括控制器和显示设备；所述数字式压差计(1‑7)的信号输出端与控制器的信号输入端连接，控制器的位移控制信号输出端与升降杆驱动件(3‑6)连接，所述光栅尺(3‑2)的信号输出端与控制器的位移信号输入端连接，真空控制柜的真空控制信号输入端与控制器的真空控制信号输出端连接，温控柜的温度信号输出端与控制器的温度信号输入端连接，温控柜的温度控制信号输入端与控制器的温度控制信号输出端连接；所述控制器根据接收信号计算加热炉(2)实验用坩埚(2‑10)内待测熔体的表面张力；所述控制器的显示信号输出端与显示设备的显示信号输入端连接。...
【技术特征摘要】
1.一种高温熔体表面张力测量装置，其特征在于：包括表面张力测量系统(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)；表面张力测量系统(1)：包括第一惰性气体储存瓶(1-1)、第一减压阀(1-2)数字式压差计(1-7)、腔体(1-8)、第一弹簧管(1-9)和毛细管(1-10)；所述毛细管(1-10)通过腔体(1-8)固定，保证毛细管(1-10)处于竖直状态，且毛细管(1-10)的顶部位于腔体(1-8)内；所述毛细管(1-10)位于腔体(1-8)外侧的部分设置在第一弹簧管(1-9)内；所述腔体(1-8)的底部与第一弹簧管(1-9)的顶端密封连通；所述第一惰性气体储存瓶(1-1)的出气口通过气管与毛细管(1-10)的上端连通，所述第一减压阀(1-2)和数字式压差计(1-7)分别设置在气管上，其中，第一减压阀(1-2)位于第一惰性气体储存瓶(1-1)出气口侧；加热炉(2)：包括加热炉体、连接管(2-13)、保温罩(2-7)、石墨加热体(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，石墨加热体(2-8)设置在保温罩(2-7)内，实验用坩埚(2-10)位于石墨加热体(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(1-9)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)、光栅尺(3-2)，第一升降杆(3-3)、第二升降杆(3-4)、加热炉安装架(3-5)、光栅尺固定架和升降杆驱动件(3-6)；所述升降杆驱动件(3-6)驱动第一升降杆(3-3)和第二升降杆(3-4)上下移动，第二升降杆(3-4)的顶端与安装台(3-1)固定连接，所述腔体(1-8)设置在安装台(3-1)上；所述加热炉安装架(3-5)固定在升降杆驱动件(3-6)的外壳上，加热炉(2)安装在加热炉安装架(3-5)上，第一升降杆(3-3)的顶端与炉盖(2-14)固定连接；所述光栅尺(3-2)用于检测第二升降杆(3-4)上下移动的位移，其包括数据采集部和可在数据采集部上来回滑动的滑动部，所述滑动部与安装台(3-1)的右端固定连接，所述数据采集部固定在光栅尺固定架的顶端；所述毛细管(1-10)的底部依次穿过炉盖(2-14)和保温罩(2-7)进入反应腔内；真空及气氛控制系统(4)：包括第二惰性气体储存瓶、真空泵和真空控制柜；所述第二惰性气体储存瓶通过输气管与气体进口(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，实现对腔体(1-8)抽真空，真空泵通过管道及加热炉抽气阀(2-5)与反应腔连通，实现对加热炉(2)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石墨加热体(2-8)的加热温度；控制显示系统(6)：包括控制器和显示设备；所述数字式压差计(1-7)的信号输出端与控制器的信号输入端连接，控制器的位移控制信号输出端与升降杆驱动件(3-6)连接，所述光栅尺(3-2)的信号输出端与控制器的位移信号输入端连接，真空控制柜的真空控制信号输入端与控制器的真空控制信号输出端连接，温控柜的温度信号输出端与控制器的温度信号输入端连接，温控柜的温度控制信号输入端与控制器的温度控制信号输出端连接；所述控制器根据接收信号计算加热炉(2)实验用坩埚(2-10)内待测熔体的表面张力；所述控制器的显示信号输出端与显示设备的显示信号输入端连接。2.如权利要求1所述的高温熔体表面张力测量装置，其特征在于：所述气体输...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕学伟，严志明，吕炜，邓青宇，徐健，党杰，张颖异，张文娟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50
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