CN104697899B - 旋转法粘度测量装置及其粘度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转法粘度测量装置及其粘度测量方法，该旋转法粘度测量装置包括避风罩、电机、转轴、金属吊丝、连接件、两个旋转片和两个接近开关，所述转轴、金属吊丝和连接件依次连接在电机的输出轴上，所述转轴上或所述转轴与金属吊丝之间还设置有阻尼油容器，所述阻尼油容器与连接件之间设置有至少两根阻尼杆；所述阻尼杆的一端固定在连接件的侧面上，另一端设置有阻尼片，所述阻尼片悬空在阻尼油容器内。该方法应用上述装置，通过测量阻尼油容器与测头在空气中稳定旋转的时间差，以及阻尼油容器与测头在熔体中稳定旋转的时间差，再根据两个转速差的差值得出熔体的粘度。本发明具有测头同步速度快、测量结果精度高的特点。

Description

旋转法粘度测量装置及其粘度测量方法

技术领域

本发明涉及一种粘度测量装置，特别是指一种旋转法粘度测量装置及其粘度测量方法。

背景技术

从熔体中生长晶体是一种重要的晶体生长方法，许多重要的晶体都是采用这种方法生长的。粘度作为流体的一个重要物理量，对熔体中生长晶体的过程有着重要的影响。粘度直接影响着溶质、掺杂和杂质在熔体中的输运，了解熔体的粘度也可为改善掺杂及杂质等的输运状况、探索生长高质量晶体的合适生长条件提供依据；粘度还是流体控制方程的基本参数，是研究流体运动规律的基本参量。

旋转法是测量高温熔体粘度应用最普遍的一种方法。其基本原理是：当熔体与浸于其中的物体二者之一作旋转运动时，物体将受到流体粘性力矩的作用而改变原来的转速，通过测量物体的转速与未浸入熔体时的转速差来确定流体的粘度。由于转速差是靠细铁丝的扭转角度来决定的，因此实验过程中测杆和测头的摆动会影响到实验的精度，而且当电机刚旋转时，由于惯性测头在那一瞬间是不旋转的，要靠细铁丝旋转较大的角度来带动测杆和测头旋转，一直要到测杆与测头的转速与电机的转速同步才可以进行粘度测试，等待其同步的过程非常漫长，影响了实验效率，同时由于吊丝经常大角度的扭转，其扭转性能容易变化，导致粘度测量数据不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量速度快、测量精度高的旋转法粘度测量装置及其粘度测量方法。

为实现上述目的，本发明所设计的旋转法粘度测量装置，包括避风罩和电机，所述电机的输出轴上依次连接有转轴、金属吊丝(一般采用细钢丝)、连接件；所述转轴、连接件上(位置可调整)分别设置有旋转片，所述避风罩在与旋转片相应的高度上设置有用于检测旋转片位置的接近开关，当旋转片旋转到接近开关处时，接近开关会传给计算机一个信号，用以记录设置在转轴、连接件上的旋转片的时间差；所述转轴上或所述转轴与金属吊丝之间还设置有用于盛放阻尼油的阻尼油容器，所述阻尼油容器与电机同步转动；所述阻尼油容器与连接件之间设置有至少两根阻尼杆，各阻尼杆等距、等角度均匀分布在金属吊丝周围；所述阻尼杆的一端固定在连接件的侧面上，所述阻尼杆的另一端设置有阻尼片，所述阻尼片悬空在阻尼油容器内。实际测量时，阻尼油容器内灌有阻尼油，阻尼片浸没在阻尼油内。

作为一种优选方案，所述避风罩上设置有旋转门，打开旋转门后可方便地更换测头与测杆或加注阻尼油；所述旋转门上设置有玻璃窗口，可透过玻璃窗口观察金属吊丝的状况，便于及时发现异常情况(如吊丝扭断)。

作为一种可选方案，所述连接件的下部还设置有测杆，所述测杆可拆卸地连接在连接件上，所述测杆的末端设置有测头；需要说明的是，测杆和测头为配件，该测量装置作为产品时可以不带测杆和测头。

作为一种优选方案，所述阻尼杆的数量为两根，并且两阻尼杆与金属吊丝共面。

作为一种优选方案，所述电机为同步电机，以获得更稳定的转速，提高测量精度。

本发明同时提供了一种旋转法粘度测量方法，采用前述旋转法粘度测量装置进行粘度测量；具体包括以下步骤：

1)启动电机，阻尼油容器随转轴与电机同步转动；阻尼片受到阻尼油作用带动阻尼杆、测杆及测头旋转；此时，上下两个旋转片分别跟随转轴、连接件旋转，旋转到正对接近开关的位置处时，两接近开关会分别传输信号给计算机，待测头在空气中旋转稳定后，达到测试条件，由计算机记录下两个接近开关记录信号的时间差；

2)测头稳定转动并记录下上述时间差后，将测头浸入熔体中，由于测头受到阻力，会导致金属吊丝扭转，待计算机监测到上下两个接近开关检测到的时间差稳定时，再次记录时间差，根据两个时间差的差值与熔体的粘度成正比，可得出熔体的粘度。

本发明的有益效果是：1)金属吊丝位于避风罩内，不受周围空气流动的影响，测量结果更精确。2)电机开始转动时，阻尼片受到阻尼油的作用，会带动阻尼杆和测杆一起旋转，使测头以更短的时间完成与电机的旋转同步，快速达到测试条件；同时也避免了钢丝经常大角度扭转影响其使用寿命。3)本装置是为测量高温熔体粘度而设计的，但也可用于测量低温熔体或液体的粘度。

附图说明

图1为本发明改进的旋转法粘度测量装置的结构示意图。

其中：避风罩1、电机2、转轴3、金属吊丝4、连接件5、阻尼油容器6、阻尼杆7、阻尼片8、旋转门9、玻璃窗10、测杆11、测头12、旋转片13、接近开关14

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明改进的旋转法粘度测量装置，包括避风罩1和电机2；避风罩1上设置有旋转门9，旋转门9上设置有玻璃窗口10；电机2为同步电机，电机2的输出轴上依次连接有转轴3、金属吊丝4(此处采用细钢丝)和连接件5；转轴3、连接件5上分别设置有旋转片13(此处采用方形铁片)，避风罩1在与旋转片13相应高度上设置有接近开关14；转轴3上设置有阻尼油容器6，阻尼油容器6与连接件5之间设置有两根阻尼杆7，两阻尼杆7与金属吊丝4共面；阻尼杆7的一端固定在连接件5的侧面上，另一端设置有阻尼片8，阻尼片8悬空在阻尼油容器6内，测量时，阻尼油容器6内灌有阻尼油，阻尼片8浸没在阻尼油内；连接件5的下部设置有测杆11，测杆11可拆卸地连接在连接件5上，测杆11的末端设置有测头12。

使用上述旋转法粘度测量装置测量高温熔体粘度时，首先启动电机2，阻尼油容器6随转轴3与电机2同步转动。阻尼片8受到阻尼油作用带动阻尼杆7、测杆11及测头12旋转。此时，上下两个旋转片13分别跟随转轴3、连接件5旋转，旋转到正对接近开关14的位置处时，两接近开关14会分别传输信号给计算机，待测头12在空气中旋转稳定后，达到测试条件，由计算机记录下两个接近开关14记录信号的时间差。测头12稳定转动并记录下上述时间差后，将测头12浸入高温熔体中，由于测头12受到阻力，会导致金属吊丝4扭转，待计算机监测到上下两个接近开关14检测到的时间差稳定时，再次记录时间差，两个时间差的差值与熔体的粘度成正比，代入公式即可得出熔体的粘度。

Claims (10)

1.一种旋转法粘度测量装置，包括避风罩(1)、电机(2)、转轴(3)、金属吊丝(4)、连接件(5)，所述转轴(3)、金属吊丝(4)和连接件(5)依次连接在电机(2)的输出轴上，其特征在于：所述转轴(3)上或所述转轴(3)与金属吊丝(4)之间还设置有阻尼油容器(6)，所述阻尼油容器(6)与连接件(5)之间设置有至少两根阻尼杆(7)；所述阻尼杆(7)的一端固定在连接件(5)的侧面上，所述阻尼杆(7)的另一端设置有阻尼片(8)，所述阻尼片(8)悬空在阻尼油容器(6)内；所述转轴(3)、连接件(5)上分别设置有一个旋转片(13)，所述避风罩(1)在与两个所述旋转片(13)相应高度上分别设置有一个接近开关(14)。

2.根据权利要求1所述的旋转法粘度测量装置，其特征在于：所述避风罩(1)上设置有旋转门(9)，所述旋转门(9)上设置有玻璃窗口(10)。

3.根据权利要求1或2所述的旋转法粘度测量装置，其特征在于：所述连接件(5)的下部设置有测杆(11)，所述测杆(11)可拆卸地连接在连接件(5)上，所述测杆(11)的末端设置有测头(12)。

4.根据权利要求1或2所述的旋转法粘度测量装置，其特征在于：所述阻尼杆(7)的数量为两根，两阻尼杆(7)与金属吊丝(4)共面。

5.根据权利要求3所述的旋转法粘度测量装置，其特征在于：所述阻尼杆(7)的数量为两根，两阻尼杆(7)与金属吊丝(4)共面。

6.根据权利要求1或2所述的旋转法粘度测量装置，其特征在于：所述电机(2)为同步电机。

7.根据权利要求3所述的旋转法粘度测量装置，其特征在于：所述电机(2)为同步电机。

8.根据权利要求4所述的旋转法粘度测量装置，其特征在于：所述电机(2)为同步电机。

9.根据权利要求5所述的旋转法粘度测量装置，其特征在于：所述电机(2)为同步电机。

10.一种旋转法粘度测量方法，其特征在于：

该方法采用如权利要求1所述的旋转法粘度测量装置进行粘度测量，具体包括以下步骤：

1)启动电机(2)，阻尼油容器(6)随转轴(3)与电机(2)同步转动；阻尼片(8)受到阻尼油作用带动阻尼杆(7)、测杆(11)及测头(12)旋转；此时，上下两个旋转片(13)分别跟随转轴(3)、连接件(5)旋转，旋转到正对接近开关(14)的位置处时，两接近开关(14)会分别传输信号给计算机，待测头(12)在空气中旋转稳定后，达到测试条件，由计算机记录下两个接近开关(14)记录信号的时间差；

2)测头(12)稳定转动并记录下上述时间差后，将测头(12)浸入熔体中，由于测头(12)受到阻力，会导致金属吊丝(4)扭转，待计算机监测到上下两个接近开关(14)检测到的时间差稳定时，再次记录时间差，根据两个时间差的差值与熔体的粘度成正比，可得出熔体的粘度。