基于光热快速升温的磁悬浮热天平制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光热快速升温的磁悬浮热天平，包括密闭容器、反应池、磁悬浮装置、激光位移监测组件、光热升温组件和光热升温组件位移装置；所述密闭容器的上端设置有气体进口，下端设置有可拆卸的盖板，盖板上设置有气体出口，所述密闭容器的内部设置有气流稳定装置和红外测温组件，侧壁设置有由透明材料制成的位移监测窗口和加热光束窗口；所述光热升温组件设置在光热升温组件位移装置上，可通过后者进行位移；所述磁悬浮装置包括磁悬浮浮子和磁悬浮定子；所述磁悬浮浮子的上部固定设置有用于支撑反应池的支撑架。本发明专利技术通过测量磁悬浮浮子位移量，再转换为物料质量变化，减小了系统误差，控温条件下物料质量变化的高精度测量。

【技术实现步骤摘要】
基于光热快速升温的磁悬浮热天平
本专利技术涉及一种磁悬浮热天平，特别是指一种基于光热快速升温的磁悬浮热天平。
技术介绍
热重分析是指程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组分。热重分析所用的仪器最主要的就是热天平。传统的热天平采用机械式结构，主要由记录天平、天平加热炉、程序控温系统和记录仪构成。其中，记录天平的基本原理是：将由于样品质量变化所引起的天平位移量转化成电量，这个微小的电量经放大器放大后，送入记录仪记录，由于电量的大小正比于样品的质量变化量，据此可得到样品的质量变化。然而，这种机械式的热天平越来越无法满足现代分析测试中高温、高升温速率、高压、腐蚀性气氛等复杂的实验条件。申请号为CN200620127972.8的中国专利公开了一种高温热天平，其采用最简单的立式管式电阻炉中悬吊连接天平样品的结构，对于气流、温度对热天平测量的影响均未考虑。申请号为CN200910243952.5的中国专利公开了一种控制热天平分析仪反应气窜流的方法及加压热天平分析仪，是在前者的基础上增加隔离件以防止反应气窜流，然而设备结构复杂，天平与反应物同腔室，一定程度上会影响测量精度和应用范围。申请号为CN201010104591.9的中国专利公开了一种可控快速升温热天平反应炉，通过升降装置推入样品实现快速升温，实际升温速率的未知与升降过程中的抖动都会对测量结果造成影响。申请号为CN201010590839.7的中国专利公开了一种可控高升温速率热天平，通过线网反应系统利用双层金属线网对物料进行加热，升温速率最高达1000℃/s，然而电热加热方式必然存在的冷态至热态过程中热流密度的变化及热量滞留导致的温度调节效果的滞后性对此种升温方式下热天平的温度控制提出了非常高的要求。申请号为CN201210501784.7的中国专利公开了一种微波加热质量检测装置，采用微波加热的方式对物料进行快速加热，然而不同物料对微波的吸收差异非常大，使得加热速率难以控制，热天平适用性较弱。现有的商业产品中，无论是常压热天平还是高压热天平依然采用传统的电炉加热方式，最快升温速率仅为50～100K/min，机械连接式的天平测量方式使得测试的压力和气氛都收到了很大的限制，同时也产生了较大的系统误差，影响测量精度。德国Rubotherm公司的磁悬浮式热重分析仪采用下拉式磁悬浮系统，使得特高压和腐蚀性气氛下的热重分析成为可能，然而依旧采用的是外接定子端位移量转化成电量传统热天平的测量方式，不同工况下的调零非常缓慢，测量过程中的扰动也会产生远大于传统机械连接方式的噪声，与此同时，传统电炉加热的升温方式较慢的升温速度限制了此类型磁悬浮热重分析仪的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光热快速升温的磁悬浮热天平，以实现控温条件下物料质量变化的高精度测量。为实现上述目的，本专利技术所设计的基于光热快速升温的磁悬浮热天平，包括密闭容器、反应池、磁悬浮装置、激光位移监测组件、光热升温组件和光热升温组件位移装置；所述密闭容器的上端设置有气体进口，下端设置有可拆卸的盖板，盖板上设置有气体出口，所述密闭容器的内部设置有气流稳定装置和红外测温组件，所述密闭容器的侧壁设置有均由透明材料制成的位移监测窗口和加热光束窗口；所述气流稳定装置固定在气体进口下方，所述红外测温组件固定在气流稳定装置的下方；所述光热升温组件与激光位移监测组件设置于密闭容器周围；所述光热升温组件与光热升温组件位移装置相连，可通过后者进行位移；所述激光位移监测组件设置于密闭容器外部；所述磁悬浮装置包括磁悬浮浮子和磁悬浮定子；所述磁悬浮浮子的上部固定设置有用于支撑反应池的支撑架，支撑架同时可隔离反应池热量，避免高温对磁悬浮定子磁性能的影响，支撑架也可以集成在磁悬浮浮子上；进行测量时，所述磁悬浮定子位于盖板下方，所述反应池放置在支撑架上并与磁悬浮浮子一起置于密闭容器内，所述反应池、磁悬浮浮子和磁悬浮定子在同一条中心轴线上；所述红外测温组件正对反应池上部的开口；所述光热升温组件发出的加热光线能够穿过加热光束窗口汇聚到反应池上；所述激光位移监测组件发出的监测激光能够穿过位移监测窗口照射到磁悬浮浮子的测量位置，所述测量位置根据激光位移监测组件的要求进行选择，优选为磁悬浮浮子的底面。工作原理：该装置通过测量磁悬浮浮子受热过程中在磁悬浮定子形成的磁场中的位移，再根据位移计算出测量物料的质量变化，同时通过红外测温组件测量测试物料的实时温度，从而获得热重分析所需的实验数据。测量物料的质量变化也可在实验前通过对比试验确定，即采用标准样品在冷态质量(由另一台分析天平称量)、流速相同的条件下进行试验，获得位移-质量变化曲线，在根据该曲线得出测量物料的质量变化。优选地，该磁悬浮热天平还包括定子升降组件，所述定子升降组件的上部与所述磁悬浮定子的下部固定相连，可对后者进行升降操作。配套设置定子升降组件，可实现磁悬浮定子位置的自动控制和记录。优选地，所述定子升降组件包括电机和丝杆副，所述丝杆副做旋转运动的一端与电机的输出轴固定相连，做直线运动的一端与磁悬浮定子的下端固定相连。优选地，所述磁悬浮浮子的外侧设置有平衡器，所述平衡器的上部与支撑架固定相连，所述磁悬浮浮子上部从下往上嵌入平衡器内部。所述平衡器上中心对称地设置有至少两个平衡翼；所述平衡翼采用简单翼形，可以在均匀气流吹动下带动所述磁悬浮浮子和反应池缓慢转动。所述平衡器的设置能够降低气体扰动对所述反应池的影响，同时也能保证反应池中物料受热均匀。优选地，所述光热升温组件的数量为多个，环绕反应池中心轴线阵列设置在密闭容器外侧，所述加热光束窗口的尺寸和数量以保证各光热升温组件在测量过程中均能正常照射到反应池为准。优选地，所述激光位移监测组件的数量为多个，环绕反应池中心轴线阵列设置在密闭容器外侧，所述位移监测窗口的尺寸和数量以保证各激光位移监测组件在测量过程中均能正常照射到磁悬浮浮子的测量位置为准。采用阵列设置的多套激光位移检测组件，能够实时反馈所述磁悬浮浮子反应池在空间中的位置和状态，一方面能够消除磁悬浮浮子反应池在磁场中位置测量时由于气体或者热量扰动导致重心偏移而带来的误差，从而减小系统对样品质量变化测量的误差，提高热天平测量的精度和可靠度；另一方面也能够实时反馈磁悬浮浮子反应池的状态，进而指导光热升温组件或外部的进气、出气组件进行轻微调整或停机报错，从而进一步提高测量精度和安全性。优选地，所述密闭容器为圆筒形，所述反应池、磁悬浮浮子和磁悬浮定子在进行测量时均位于其中心轴线上。优选地，所述光热升温组件位移装置采用精密机械臂，精密机械臂能够带动光热升温组件实现平移、旋转和扭动等大范围快速机械运动，配合加热光源的功率控制实现复杂精确的加热过程。根据激光位移监测组件反馈的反应池位移信息，可进一步通过计算机实时控制精密机械臂，实现自动追踪反应池的位置，具体的控制方法采用常规的伺服控制即可。优选地，所述光热升温组件包括加热光源和对加热光源进行聚焦的光学组件。优选地，所述密闭容器内还设置有压力监测组件。其作用是，通过压力监测组件实时监测装置内压力，满足不同的压力实验条件压力测试需求，同时也对系统进行安全监控。优选地，所述密闭容器内还设置有显微镜和/或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光热快速升温的磁悬浮热天平，其特征在于：包括密闭容器(1)、反应池(601)、磁悬浮装置(6)、激光位移监测组件(10)、光热升温组件(9)和光热升温组件位移装置(903)；所述密闭容器(1)的上端设置有气体进口(2)，下端设置有可拆卸的盖板(12)，所述盖板(12)上设置有气体出口(11)，所述密闭容器(1)的内部设置有气流稳定装置(3)和红外测温组件(5)，所述密闭容器(1)的侧壁设置有均由透明材料制成的位移监测窗口(102)和加热光束窗口(101)；所述气流稳定装置(3)固定在气体进口(2)的下方，所述红外测温组件(5)固定在气流稳定装置(3)的下方；所述光热升温组件(9)、激光位移监测组件(10)设置于密闭容器(1)周围；所述光热升温组件(9)与光热升温组件位移装置(903)相连，可通过光热升温组件位移装置(903)进行位移；所述磁悬浮装置(6)包括磁悬浮浮子(603)和磁悬浮定子(7)；所述磁悬浮浮子(603)的上部固定设置有用于支撑反应池(601)的支撑架(602)；进行测量时，所述磁悬浮定子(7)位于盖板(12)下方，所述反应池(601)放置在支撑架(602)上并与磁悬浮浮子(603)一起置于密闭容器(1)内，所述反应池(601)、磁悬浮浮子(603)和磁悬浮定子(7)在同一条中心轴线上；所述红外测温组件(5)正对反应池(601)上部的开口；所述光热升温组件(9)发出的加热光线能够穿过加热光束窗口(101)汇聚到反应池(601)上；所述激光位移监测组件(10)发出的监测激光能够穿过位移监测窗口(102)照射到磁悬浮浮子(603)的测量位置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于光热快速升温的磁悬浮热天平，其特征在于：包括密闭容器(1)、反应池(601)、磁悬浮装置(6)、激光位移监测组件(10)、光热升温组件(9)和光热升温组件位移装置(903)；所述密闭容器(1)的上端设置有气体进口(2)，下端设置有可拆卸的盖板(12)，所述盖板(12)上设置有气体出口(11)，所述密闭容器(1)的内部设置有气流稳定装置(3)和红外测温组件(5)，所述密闭容器(1)的侧壁设置有均由透明材料制成的位移监测窗口(102)和加热光束窗口(101)；所述气流稳定装置(3)固定在气体进口(2)的下方，所述红外测温组件(5)固定在气流稳定装置(3)的下方；所述光热升温组件(9)、激光位移监测组件(10)设置于密闭容器(1)周围；所述光热升温组件(9)与光热升温组件位移装置(903)相连，可通过光热升温组件位移装置(903)进行位移；所述磁悬浮装置(6)包括磁悬浮浮子(603)和磁悬浮定子(7)；所述磁悬浮浮子(603)的上部固定设置有用于支撑反应池(601)的支撑架(602)；进行测量时，所述磁悬浮定子(7)位于盖板(12)下方，所述反应池(601)放置在支撑架(602)上并与磁悬浮浮子(603)一起置于密闭容器(1)内，所述反应池(601)、磁悬浮浮子(603)和磁悬浮定子(7)在同一条中心轴线上；所述红外测温组件(5)正对反应池(601)上部的开口；所述光热升温组件(9)发出的加热光线能够穿过加热光束窗口(101)汇聚到反应池(601)上；所述激光位移监测组件(10)发出的监测激光能够穿过位移监测窗口(102)照射到磁悬浮浮子(603)的测量位置。2.根据权利要求1所述的基于光热快速升温的磁悬浮热天平，其特征在于：该磁悬浮热天平还包括对所述磁悬浮定子(7)进行升降操作的定子升降组件(8)，所述定子升降组件(8)的上部与所述磁悬浮定子(7)的下部固定相连。3.根据权利要求2所述的基于光热快速升温的磁悬浮热天平，其特征在于：所述定子升降组件(8)包括电机(802)和丝杆副(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡松，李寒剑，池寰瀛，向军，苏胜，汪一，许凯，郭俊豪，何立模，徐俊，韩亨达，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42