CN105300842A - 一种粘度仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粘度仪，包括：测试装置，其包括测量头、转子、罩体和铂金丝，测量头和部分的铂金丝容置于罩体内，转子通过铂金丝悬挂于测量头的下方；加热装置，其包括炉膛、坩埚和移动平台，待测试熔盐承载于坩埚内，转子浸没在熔盐中并与坩埚的中心同轴设置，坩埚设置于炉膛内，炉膛的顶端与罩体密封连接，炉膛的底端与移动平台密封连接。本发明的粘度仪通过铂金丝连接测量头和转子，使得转子与坩埚之间的缝隙的尺寸可以仅为0.5-2mm，从而满足1-50cP的粘度测试范围。同时，本发明通过铂金丝的长度使得加热装置的温度不会对测量装置的运转造成影响，从而满足测量100-1000℃之间的高温低粘度熔盐的粘度的要求。

Description

一种粘度仪

技术领域

本发明涉及一种测量装置，更具体地涉及一种粘度仪。

背景技术

为了对流体的粘度进行测量，人们通常利用旋转法原理通过测量流体作用于转子的粘性力矩或转子的转速来确定流体的粘度。现有的粘度仪主要包括测试装置和加热装置，该测试装置连接一转子，而加热装置内设置一坩埚，流体承载于该坩埚内。当流体与浸入其中的转子二者之一或者两者都做旋转运动时，转子将受到流体粘性力矩的作用而改变原来的转速和转矩，从而可通过粘度仪直接测量流体的粘度。

现有粘度仪通常可以分为两类，一类是为了满足低粘度检测下限要求的粘度仪，另一类是为了满足高温测试环境的粘度仪。

第一类粘度仪为了满足低粘度的检测下限，例如为了测量粘度在1-50cP之间的粘度，转子与坩埚之间的间隙很小，同时为了避免测试过程中转子旋转碰到坩埚壁，转子是直接挂在测试装置上的，如此导致加热装置与测试装置距离较近，例如10cm左右。此时如果加热装置的加热炉的温度过高的话则会导致测试装置无法工作，因此，此类粘度仪的工作环境的最高温度只能达到300℃左右。另外，该类粘度仪通常为敞口体系，无法实现密封或者惰性气氛保护。

第二类粘度仪为了满足高温测试的要求，例如测试温度范围在100-1000℃之间，加热装置与测试装置距离较远，测试装置与转子之间通过一根硬杆连接。由于转子距离测试装置较远，例如80cm左右，在测试过程中，转子会发生摆动，同时为了避免转子与坩埚壁发生碰撞，转子与坩埚之间必须保留一定的距离，导致转子与坩埚之间的间隙增大，从而限制了粘度测试的下限，最低只能达到50cP左右。

高温低粘度熔盐是一类特殊的材料，包括硝酸盐、氯化盐、碳酸盐和氟化盐等，其广泛应用于冶金、材料、传热蓄热等领域。这类熔盐根据不同的用途，使用温度在100-1000℃之间，甚至更高，这也就使得上述的第一类粘度仪无法适用。熔盐的粘度是熔盐性能的重要参数，关系到其应用价值和使用效率。在核能与太阳能等新能源领域，熔盐是一种近年研究非常多的传热蓄热介质，具有很好的应用潜力。粘度是使用熔盐作为传热介质的不可或缺的重要参数。上述高温熔盐的粘度往往较小，一般在1-50cP之间，这也就使得上述的第二类粘度仪无法适用。除了要满足测试范围的要求，这些熔盐粘度的测试还必须满足高温、隔绝水氧、材料相容性等特殊条件，使得这类熔盐的粘度测量成为一大难题，成为制约高温熔盐材料开发与应用的一个重要瓶颈之一。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的无法测量高温低粘度熔盐的粘度的问题，本发明旨在提供一种粘度仪，使其能够对粘度在1-50cP之间，而温度在100-1000℃之间的流体进行粘度测量。

本发明所述的粘度仪，包括：测试装置，其包括测量头、转子、罩体和铂金丝，测量头和部分的铂金丝容置于罩体内，转子通过铂金丝悬挂于测量头的下方；加热装置，其包括炉膛、坩埚和移动平台，待测试熔盐承载于坩埚内，转子浸没在熔盐中并与坩埚的中心同轴设置，坩埚设置于炉膛内，炉膛的顶端与罩体密封连接，炉膛的底端与移动平台密封连接。

测量头的底部具有钩部，铂金丝的一端直接挂在该钩部上。

转子具有圆柱体的本体，其一端设置有用于连接铂金丝的连接柱，另一端为锥形尾端。

坩埚为筒形结构，其内径比转子的本体的外径大0.5-2mm。

转子由石墨材料或者耐高温熔盐腐蚀的金属或者合金形成。

转子由第一部分和第二部分彼此连接形成，该第一部分和/或第二部分具有凹槽。

凹槽内填充有重金属粉末。

测试装置还包括测量头支架和竖直螺纹杆，测量头通过测量头支架支撑于竖直螺纹杆。

测量头支架包括背板和对置的支撑杆，支撑杆垂直于背板伸出并具有L形横截面，测量头固定于支撑杆。

加热装置还包括基座和热电偶，基座位于坩埚的下方，热电偶设置于基座内，其一端与坩埚紧邻，另一端伸出炉膛。

本发明的粘度仪通过铂金丝连接测量头和转子，确保转子与坩埚的中心始终同轴设置，最小化转子在转动过程中发生的摆动，从而使得转子与坩埚之间的缝隙的尺寸可以仅为0.5-2mm，从而满足1-50cP的粘度测试范围。同时，本发明的粘度仪通过铂金丝连接测量头和转子，使得转子与测量头之间的距离增大，可以达到80cm左右，从而保证加热装置的温度不会对测量装置的运转造成影响，既保证测试装置与加热装置的各自工作温度满足测试要求，又保证转子所受的力能够有效的传到测试装置上，转子的工作温度可以在100-1000℃之间，从而满足测量高温低粘度熔盐的粘度的要求。另外，本发明的粘度仪通过罩体和炉膛形成封闭的空间，从而使得测试环境能够隔绝水氧，从根本上避免了高温低粘度熔盐在含水氧环境下的腐蚀性。

附图说明

图1是根据本发明的粘度仪的整体结构示意图；

图2是图1的粘度仪的测试装置的测量头支架的透视图；

图3是图2的测量头支架与测量头的装配结构示意图；

图4是图1的粘度仪的测试装置的转子的透视图；

图5a是根据一个优选实施例的转子的第一部分的透视图；

图5b是根据一个优选实施例的转子的第二部分的透视图；

图5c是图5a的第一部分与图5b的第二部分的装配结构示意图，其中，该第二部分的本体被示出为透明，以便于观察其中的凹槽；

图6a是根据另一个优选实施例的转子的第一部分的透视图；

图6b是根据另一个优选实施例的转子的第二部分的透视图；

图6c是图6a的第一部分与图6b的第二部分的装配结构示意图，其中，该第一部分和第二部分的本体均被示出为透明，以便于观察其中的凹槽；

图7是图1的粘度仪的加热装置的坩埚的透视图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

根据本发明的粘度仪包括测试装置1、加热装置2和机架3，其中，该测试装置1和加热装置2均设置于该机架3上。

测试装置1包括测量头11、转子12、测量头支架13，罩体14，铂金丝15和竖直螺纹杆16。其中，测量头11、测量头支架13、竖直螺纹杆16和部分的铂金丝15容置于罩体14内。测量头11的具体结构与现有的测量仪的测量头的类似，在此不再赘述，以下仅说明其与现有技术不同的部分。测量头11通过测量头支架13支撑于竖直螺纹杆16，从而例如通过步进电机驱动测量头支架13沿着竖直螺纹杆16上下移动，从而调节测量头11在竖直方向上的位置。测量头11的底部连接铂金丝15的一端，该铂金丝15的另一端连接转子12，从而使得转子12悬垂于测量头11的下方并伸入加热装置2中。借由铂金丝15的长度，转子12与测量头11之间的距离增大，可以达到80cm左右，从而保证加热装置2的温度不会对测量头11造成影响，既保证测试装置1与加热装置2的各自的工作温度满足测试要求，又保证转子12所受的力能够有效地传到测量头11上，转子12的工作温度可以在100-1000℃之间，从而满足测量高温熔盐的粘度的要求。

图2是图1的粘度仪的测试装置的测量头支架13的透视图，其包括背板131和对置的支撑杆132a，132b，其中，支撑杆132a，132b垂直于背板131伸出，并呈现为L形横截面，分别具有相互垂直的托板1321和侧板1322，其上分别设置有两个螺纹孔。参见测量头支架13与测量头11的装配结构示意图3可知，测量头支架13从底部托住测量头11，其中，测量头11的水平度可以通过穿过托板1321的螺纹孔的螺钉进行调节，而测量头11相对于支撑杆132a，132b的固定则通过穿过侧板1322的螺纹孔的螺钉实现。另外，参见图3可知，测量头11的底部具有钩部111，铂金丝15的一端直接挂在该钩部111上实现连接。

图4是图1的粘度仪的测试装置的转子的透视图，其具有圆柱体的本体121，其一端设置有连接柱122，其上设置有连接孔，铂金丝15的另一端穿过该连接孔实现连接。本体121的另一端为锥形尾端123。

在一个优选的实施例中，该转子12由石墨材料组成，包括彼此连接的第一部分124和第二部分125，如图5a，图5b和图5c所示，该第一部分124为实心的柱体，其邻近第二部分的尾端形成为直径减小的外螺纹段124a，第二部分125具有从其连接端面向下掏空的凹槽125a，该第二部分125在凹槽125a内的邻近第一部分124的壁面上形成有内螺纹段，通过将第一部分124的外螺纹段124a旋入第二部分125的凹槽125a内并与内螺纹段配合，使得第一部分124和第二部分125连接。在本实施例中，为了使得该石墨材料的转子12具有较大的密度，凹槽125a内灌注有重金属粉末，如Pt、Au、Pb等，使得转子的表观密度＞2.5g/cm³，确保在测量过程中，该转子12能够完全浸没入流体，例如熔盐中。

在另一个优选的实施例中，该转子12由耐高温熔盐尤其是耐氟化盐腐蚀的金属或者合金，如Ni，316系列合金，哈氏C、哈氏N等组成，包括彼此连接的第一部分124’和第二部分125’，如图6a，图6b和图6c所示，该第一部分124’具有从其连接端面向上掏空的凹槽124a’，其邻近第二部分的尾端形成为直径减小的外螺纹段124b’，第二部分125’具有从其连接端面向下掏空的凹槽125a’，该第二部分125’在凹槽125a’内的邻近第一部分124’的壁面上形成有内螺纹段，通过将第一部分124’的外螺纹段124b’旋入第二部分125’的凹槽125a’内并与内螺纹段配合，使得第一部分124’和第二部分125’连接。在本实施例中，为了使得该转子12具有较小的重量，第一部分和第二部分均掏空，使得转子的表观密度＜3.5g/cm³，确保在测量过程中，该转子的重量不会超过测量头的最大承重范围。实际上，该第二部分125’的邻近尾端的部段是实心部段，从而增加转子尾端的重量，使得转子在旋转时更为稳定。应该理解，该第一部分和第二部分并不局限于通过螺纹进行连接，其他能够将第一部分和第二部分连接并形成平滑的外表面的方式也可以选择，例如将两者焊接后进行打磨加工。

回到图1，加热装置2包括炉膛21、坩埚22、基座23、移动平台24和热电偶26。其中，坩埚22、基座23和部分的热电偶26容置于炉膛21内。待测试熔盐承载于坩埚22内，测试装置1的转子12浸没在熔盐中并与坩埚22的中心同轴设置。基座23位于坩埚22的下方并用于支撑坩埚22。热电偶26设置于基座23内，其一端与坩埚22紧邻，另一端伸出炉膛21，从而表征坩埚22内的熔盐的温度。炉膛21的具体结构与现有的测量仪的加热装置类似，其通过设置在外部的加热炉保温，在此不再赘述，以下仅说明其与现有技术不同的部分。炉膛21的顶端与罩体14通过波纹管连接，底端与移动平台24同样通过波纹管连接，从而在其间形成一个封闭的空间，其中可填充有惰性气体，从而确保转子12和坩埚22始终处于与外界空气隔开的状态，从根本上避免了熔盐在含水氧环境下的腐蚀性。移动平台24用于调节炉膛21在水平面上的前后左右的移动。

图7是图1的粘度仪的加热装置的坩埚的透视图，该坩埚22示出为筒形结构，其内径比转子12的外径大约0.5-2mm。由于转子12通过铂金丝15悬挂于测量头11，在转动过程中，转子12与坩埚22的中心始终同轴设置，最小化转子12发生的摆动。由于转子12和坩埚22之间的缝隙的尺寸仅为0.5-2mm，本发明提供的粘度仪满足1-50cP的粘度测试范围。应该理解，转子和坩埚的中心同轴设置是本发明的关键所在，因此转子和坩埚应当被加工为中心轴对称形状以避免转子与坩埚在测量过程中发生碰撞。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种粘度仪，其特征在于，包括：

测试装置，其包括测量头、转子、罩体和铂金丝，测量头和部分的铂金丝容置于罩体内，转子通过铂金丝悬挂于测量头的下方；

加热装置，其包括炉膛、坩埚和移动平台，待测试熔盐承载于坩埚内，转子浸没在熔盐中并与坩埚的中心同轴设置，坩埚设置于炉膛内，炉膛的顶端与罩体密封连接，炉膛的底端与移动平台密封连接。

2.根据权利要求1所述的粘度仪，其特征在于，测量头的底部具有钩部，铂金丝的一端直接挂在该钩部上。

3.根据权利要求1所述的粘度仪，其特征在于，转子具有圆柱体的本体，其一端设置有用于连接铂金丝的连接柱，另一端为锥形尾端。

4.根据权利要求3所述的粘度仪，其特征在于，坩埚为筒形结构，其内径比转子的本体的外径大0.5-2mm。

5.根据权利要求1所述的粘度仪，其特征在于，转子由石墨材料或者耐高温熔盐腐蚀的金属或者合金形成。

6.根据权利要求1所述的粘度仪，其特征在于，转子由第一部分和第二部分彼此连接形成，该第一部分和/或第二部分具有凹槽。

7.根据权利要求6所述的粘度仪，其特征在于，凹槽内填充有重金属粉末。

8.根据权利要求1所述的粘度仪，其特征在于，测试装置还包括测量头支架和竖直螺纹杆，测量头通过测量头支架支撑于竖直螺纹杆。

9.根据权利要求8所述的粘度仪，其特征在于，测量头支架包括背板和对置的支撑杆，支撑杆垂直于背板伸出并具有L形横截面，测量头固定于支撑杆。

10.根据权利要求1所述的粘度仪，其特征在于，加热装置还包括基座和热电偶，基座位于坩埚的下方，热电偶设置于基座内，其一端与坩埚紧邻，另一端伸出炉膛。