一種帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種流體密度測試裝置，尤其涉及一種帶加熱功能的高溫流體密 度測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料產(chǎn)業(yè)作為制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，已成為當(dāng)今國際科技和產(chǎn)業(yè)競爭的重點領(lǐng)域之 一。2010年中國國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，將新材料產(chǎn) 業(yè)列入七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，指出了新材料在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性作 用。之后，"十二五"發(fā)展規(guī)劃再次指出要發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)，并重點發(fā)展特種金屬功能材料 等產(chǎn)業(yè)群。作為功能材料中具有寶貴物理特性的晶體材料，由于其能實現(xiàn)電、磁、聲、光和熱 等各種能量形式的轉(zhuǎn)換，被廣泛地應(yīng)用在航天航空、國防工業(yè)、電子通信等技術(shù)當(dāng)中，是現(xiàn) 代科技及其產(chǎn)業(yè)不可或缺的重要材料。隨著工業(yè)的發(fā)展，人們對晶體材料的質(zhì)量要求越來 越高，天然生長的晶體無論是從數(shù)量上，還是從質(zhì)量上已經(jīng)遠不能滿足工業(yè)需求，因此通過 人工方法生長晶體受到了人們的高度重視。密度是晶體材料性質(zhì)的最基本參數(shù)，反映了物 質(zhì)致密的程度，是結(jié)構(gòu)變化敏感物理性質(zhì)之一。不同于密度隨溫度線性減小的常規(guī)流體， 硅、鎵、鍺、HgCdTe及CdZnTe等常用晶體材料在高溫熔融狀態(tài)時其密度并不是溫度的單調(diào) 函數(shù)，而是在某一特定溫度下存在一個密度極值，當(dāng)溫度偏離此特定值時，密度均減小，此 時，密度極值兩側(cè)的流體層密度梯度方向分別與溫度梯度方向相同或相反，形成強度近似 的雙渦胞或者多渦胞流動結(jié)構(gòu)，其會改變晶體結(jié)晶界面的溫度場和濃度場分布，從而影響 生長界面的推移和摻雜物在晶體中的均勻分布，即宏觀偏析。另外，流體系統(tǒng)極不穩(wěn)定，熔 池內(nèi)常產(chǎn)生速度、溫度和濃度的漲落，這將引起晶體中化學(xué)成分的變化，導(dǎo)致晶體條紋的出 現(xiàn)，即微觀偏析。微觀偏析導(dǎo)致晶體性能的不均勻，并產(chǎn)生位錯和應(yīng)力的不均勻，甚至嚴(yán)重 影響晶體的性能。因而，準(zhǔn)確測量晶體材料熔融狀態(tài)（熔體）時密度隨溫度的變化曲線，找 出密度極值點所對應(yīng)的溫度，在晶體生長中避免密度倒置特性的影響可以大幅度提高晶體 質(zhì)量及生長規(guī)模。另外，獲取工質(zhì)在較高溫時的密度也是熱力學(xué)函數(shù)的計算及無機材料和 冶金工程等領(lǐng)域工程設(shè)計所需的基本參數(shù)。
[0003] 現(xiàn)階段傳統(tǒng)的密度測試方法仍以浮力法為主，測試設(shè)備主要包括浮子、連接桿、 稱、燒杯、測試臺等。測試時，將一定質(zhì)量體積的浮子放置在被測液體中，浮子上方有連接繩 連接稱。通過稱得浮子在液體中的重量，減去空氣中浮子的重量，獲取其在水中的浮力。利 用阿基米德原理，即浮子在水中的浮力等于相同體積水的重量，除以浮子的體積，計算得到 密度。密度計算公式為：
【主權(quán)項】
1. 一種帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，包括支撐裝置，其特征在于：還包括相 蝸爐、加熱控制器、溫度傳感器和稱重裝置，所述相蝸爐包括底板、相蝸和上蓋，所述底板的 上表面上的一個虛擬圓的圓周上均勻設(shè)有多個豎向的加熱管，所述相蝸的底部的一個虛擬 圓的圓周上均勻設(shè)有多個置于所述相蝸內(nèi)且豎向的傳熱管，所述傳熱管的頂部封閉且底部 開口，多個所述加熱管與多個所述傳熱管一一對應(yīng)且分別由下而上置于對應(yīng)的所述傳熱管 內(nèi)，所述上蓋蓋裝于所述相蝸上，所述上蓋的中屯、位置設(shè)有中屯、通孔，所述溫度傳感器的感 應(yīng)端置于所述相蝸內(nèi)或所述相蝸的壁內(nèi)；所述加熱控制器的信號輸入端與所述溫度傳感器 的信號輸出端連接，所述加熱控制器的輸出端與所述加熱管的輸入端連接；所述稱重裝置 包括外殼、浮子、浮子連桿、稱重傳感器、信號采集器和處理器，所述外殼置于所述支撐裝置 上，所述外殼上的一側(cè)殼壁上設(shè)有外殼通孔，所述浮子由上而下穿過所述上蓋的中屯、通孔 后置于所述相蝸內(nèi)并位于多個所述傳熱管圍成的區(qū)域內(nèi)，所述浮子與所述浮子連桿的下端 連接，所述浮子連桿的上端與所述稱重傳感器的感應(yīng)端連接，所述稱重傳感器的輸出端穿 過所述外殼上的外殼通孔后置于所述外殼內(nèi)，所述稱重傳感器的輸出端與所述信號采集器 的輸入端連接，所述信號采集器的輸出端與所述處理器的輸入端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，其特征在于；所述相 蝸和所述傳熱管為一體成型結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，其特征在于；所述底 板、所述相蝸、所述傳熱管、所述上蓋、所述浮子和所述浮子連桿均為剛玉材質(zhì)，所述加熱管 為鶴加熱管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，其特征在于；所述相 蝸爐外包覆有隔熱層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，其特征在于；所述外 殼的外殼通孔的底部設(shè)有墊塊，所述稱重傳感器置于所述墊塊上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，其特征在于；所述稱 重傳感器靠近其輸出端的下部連接有傳感器配重塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、5或6所述的帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，其特征在于： 所述稱重傳感器為電阻應(yīng)變式稱重傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一項所述的帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，其特征 在于；所述支撐裝置包括底座、豎向的伸縮桿、橫向的支撐平臺和平臺配重塊，所述伸縮桿 的下端安裝于所述底座上，所述伸縮桿的上端與所述支撐平臺連接，所述平臺配重塊和所 述稱重裝置的外殼分別置于所述支撐平臺上且分別位于所述伸縮桿的兩側(cè)，所述浮子連桿 穿過所述支撐平臺上的平臺通孔。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，其特征在于；所述伸 縮桿由相互套裝且通過螺栓定位的上桿和下桿構(gòu)成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，其特征在于；所述底 座上設(shè)有用于調(diào)節(jié)底座平衡的調(diào)節(jié)螺桿。
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶加熱功能的高溫流體密度測試裝置，包括支撐裝置、坩堝爐、加熱控制器、溫度傳感器和稱重裝置，坩堝爐中，底板上設(shè)有多個加熱管，坩堝的底部設(shè)有多個傳熱管，多個加熱管由下而上置于對應(yīng)的傳熱管內(nèi)，上蓋蓋裝于坩堝上，上蓋設(shè)有中心通孔；溫度傳感器的感應(yīng)端置于坩堝內(nèi)，加熱控制器控制加熱管的功率；稱重裝置中，外殼置于支撐裝置上，外殼上設(shè)有外殼通孔，浮子由上而下穿過上蓋的中心通孔后置于坩堝內(nèi)并位于多個傳熱管圍成的區(qū)域內(nèi)，浮子通過浮子連桿與稱重傳感器的感應(yīng)端連接，稱重傳感器的輸出端穿過外殼后通過信號采集器與處理器連接。通過本實用新型能夠進行高溫流體工質(zhì)的密度測量，并能獲取高溫熔體的密度極值。
【IPC分類】G01N9-20
【公開號】CN204374028
【申請?zhí)枴緾N201520076034
【發(fā)明人】胡宇鵬, 魯亮
【申請人】中國工程物理研究院總體工程研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月3日