CN105698532B - 一种高温固定点装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高温固定点装置，其包括：一固定点坩埚，所述固定点坩埚内具有高温固定点材料；一加热管，其用于对所述固定点坩埚进行加热，进一步包括有一适配器，所述适配器与所述加热管之间具有预定的距离。本发明的高温固定点的适配器在石墨管加热器中温度均匀，适配器的结构设置减小了对加热管温场的破坏，同时整体热阻分布及受热均匀。
Description
技术领域
本发明涉及一种固定点装置，尤其是涉及一种采用石墨管加热器的高温固定点装置。
背景技术
温度是表示物体冷热程度的物理量，是国际单位制(SI制)中7个基本物理量之一。目前国际上实际应用的ITS-90国际温标是一个实用的协议温标，此温标的核心是一系列已知温度值的定义固定点，如水三相点(0.01℃)、锌凝固点(0.01℃)、银凝固点(961.78℃)、铜凝固点(1084.62℃)等。ITS-90国际温标的最高温度定义固定点是铜点，温度值为1084.62℃，高于铜点的温度是以铜点(或银和金固定点，温度值分别为961.78℃和1064.℃)为参考点，使用光电(或光学)高温计，利用普朗克公式外推获得。外推使得参考点处的不确定度随着温度的升高以平方关系放大，因此在高温段温标的不确定度较大，即使最精密的复现，不确定度也到度的量级。
1999年日本计量院(NMIJ)的Yamada首次报道了金属碳共晶体具有与纯金属类似的相变特性，高于铜点温度的高温固定点应运而生，目前已经实用的高温固定点已经达到3000K。高温固定点的出现，大大降低了高温温标的不确定度，也给国际温标在高温段的复现方法带来巨大的影响。
高温固定点复现最基本的条件是高温炉，由于高温固定点温度较高，如图1所示为现有的高温炉，所述高温炉包括位于外层的石墨加热管11，在石墨加热管11内部设置有适配器12，如图1中右侧所示的圆环为适配器的截面示意图，固定点坩埚13位于适配器的内部。其中，固定点坩埚13可直接放置在石墨加热管中，或将装有固定点坩埚13的圆柱形适配器12直接放置在石墨加热管中。固定点或适配器直接放在作为发热元件石墨加热管中，一方面固定点或适配器下部整体与加热管直接接触，较长距离的直接接触对石墨加热管中的电流产生分流，破坏加热器温场。同时，由于固定点或适配器外径与加热管内径有一定间隙，他们与加热管的下部的换热是热传导，而侧面和顶部主要是热辐射，从而适配器沿周向的受热不均匀。
因此，现有的高温炉存在着固定点在炉中温场不好，复现效果相对较差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种操作更加简便的高温炉，其能够解决温场和复现效果的问题，将给温标复现和传递带来明显的好处。
本发明提供一种高温固定点装置，其包括：一固定点坩埚，所述固定点坩埚内具有高温固定点材料；一加热管，其用于对所述固定点坩埚进行加热，进一步包括有一适配器，所述适配器与所述加热管之间具有预定的距离。
其中，所述高温固定点材料的固定点温度为1000℃以上。
其中，所述适配器由高纯石墨材料制成。
其中，所述加热管为石墨加热管。
其中，在所述适配器与所述加热管之间设置有支撑部件。
本发明的高温固定点的适配器在石墨管加热器中温度均匀，适配器的结构设置减小了对加热管温场的破坏，同时整体热阻分布及受热均匀。采用石墨管作为加热元件的高温炉中获得好的温场均匀性。
附图说明
图1现有的高温炉的结构示意图；
图2本发明的高温炉的结构示意图；
图3本发明的适配器的截面示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。
如图2所示为本发明的高温固定点装置的结构示意图。所述高温固定点装置包括石墨加热管21，在石墨加热管21内设置适配器22，固定点坩埚23位于适配器22内。其中，在所述适配器22与石墨加热管21之间具有支撑件24。
固定点坩埚23优选采用高纯石墨制成，所述固定点坩埚内包括金属、共晶材料或其他合金材料，所述固定点坩埚用于设置具有高温固定点材料，优选为1000℃以上温度的固定点材料，为避免污染固定点，影响固定点的准确性，优选所述适配器22也选用高纯石墨材料；适配器22的壁采用夹层设计，中间放入碳纤维石墨布或石墨箔，由于碳纤维材料具有导热各向异性，因此组合成的适配器22侧壁沿轴向和周向将获得较好的导热性能，而沿径向导热性能较差，使置于适配器中的固定点坩埚获得好的温场。
如图3所示为本发明的高温固定点装置中的适配器的示意图，其结构只是为了进行图示说明，不作为对具体实施方式以及保护范围的限定。作为本发明的一种实施例，所述支撑件24对所述适配器22进行支撑，通过所述支撑件24使得石墨加热管21与适配器22之间具有预定的距离，所述支撑件24沿所述适配器22的外表面依次分布，通过支撑件24将所述石墨加热管21与所述适配器22分隔开。固定点坩埚23通过适配器22固定在石墨加热管21中，当采用一组的支撑件24进行适配器的固定时，优选可以在石墨加热管21的内壁上设置凹陷，所述凹陷与支撑件24卡合配置，所述支撑件24至少包括两个，通过两个或两个以上的支撑件24能够实现将适配器22固定在石墨加热管21的中间位置，也可以如图3中的形式，在适配器22的外表面分布多个支撑件24。其中，所述一组支撑件位于适配器21的中间位置。
作为更进一步的实施方式，通常由于在石墨加热管21上设置凹陷比较困难，且会影响石墨加热管21的温度均匀性，采用两组支撑件进行适配器22的固定时，可以仅通过两组支撑件就可以实现适配器22的固定，其中，在每组支撑件中包括两个以上的支撑件24，两组支撑件可采用四个以上的支撑件实现适配器的固定，其中第一组采用两个以上的支撑件24，所述支撑件24围绕适配的外表面分布，支撑件24的数量在两个或两个以上，可以如图3的形式，在适配器22的外表面分布多个支撑件24，该多个支撑件24形成一圈；第二组支撑件也可以采用两个以上的支撑件24，所述支撑件24围绕适配的外表面分布，支撑件24的数量在两个或两个以上，也可以如图3的形式，在适配器22的外表面分布多个支撑件24，该多个支撑件24形成一圈。其中，第一组支撑件和第二组支撑件上的支撑件位置可以对齐或交错，所述第一组支撑件和第二组支撑件可以由相同材料制成，也可以由不同材料制成，优选所述第一组支撑件和第二组支撑件采用高纯石墨材料制成。对于第一组支撑件和第二组支撑件可以以所述适配器22的中间位置对称分布，在能够保证适配器在石墨加热管中放置平稳的前提下，优选所述第一组支撑件和第二组支撑件尽可能的靠近中间位置。
作为另外一种实施方式，可以设置多组支撑件，所述多组支撑件位于适配器的外表面，可以对适配器进行固定。
对于本发明的支撑件来说，所述支撑件可以为凸台、尖状突起、或为齿形等各种形式，为了能最低限度地造成对石墨加热管温场的破坏和电流分流，优选所述支撑件与石墨加热管为点接触，具有最小化的接触面积。对于两组支撑件的设置结构来说，采用两支撑件与石墨加热管产生点接触，减小了固定点坩埚或适配器直接放置在加热管上对加热管温场的破坏，同时产生的分流也大大降低；另外，适配器整体被两组支撑件的支撑置于加热管中间，使加热管周向受均匀热辐射，较之前固定点或适配器直接放置在加热管上，下部导热，侧面及上部辐射换热比，受热明显更加均匀。
对于本发明的支撑件来说，支撑件可以作为独立的部件设置在适配器的外表面上，所述支撑件和适配器采用相同的材料制成；作为更进一步的优选，支撑件与适配器一体化形成，通过常规的加工工艺在适配器表面加工出支撑件。
采用上述结构形式的适配器22能够大幅提高石墨加热管中的温场均匀性，为了进一步提高温场均匀性，保证固定点坩埚能够均匀受热，对所述适配器的结构提出进一步的变形实施例，所述变形实施例可与前述的结构相配合，其组合均落入本发明的范围。
作为进一步的改进，适配器22的侧壁具有夹层26，该夹层为一容置空间，也就是说适配器的侧壁为双层结构，分别为内壁25和外壁，在外壁的外表面上具有支撑件，所述内壁25的内表面与固定点坩埚相邻，所述内壁25的外表面与外壁的内表面相面对，在所述内壁25的外表面与外壁的内表面之间具有所述的容置空间。在夹层内，也就是容置空间内，填充有碳纤维石墨箔或碳纤维束，采用导热各向异性的碳纤维夹层设计，提高了适配器中固定点的温度均匀性。作为进一步的优选，所述内壁可以为一可与所述适配器分离的独立部件，优选所述独立部件为石墨衬套，在所述石墨衬套与适配器之间设置碳纤维夹层。
本发明的适配器主体部分不与加热管接触，整体受热辐射，使适配器受热均匀；利用碳纤维石墨箔导热各向异性的特点，在适配器设计碳纤维材料夹层，使适配器在轴向及周向具有好的导热性，同时增加径向热阻，进而起到改善适配器温场均匀性的作用。通过本发明的结构设置，适配器整体被支撑置于加热管中间，使加热管周向受均匀热辐射，较之前固定点或适配器直接放置在加热管上，下部导热，侧面及上部辐射换热比，受热明显更加均匀；适配器侧壁采用导热各向异性的碳纤维夹层设计，提高了适配器中固定点的温度均匀性。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (4)
1.一种高温固定点装置，其包括：一固定点坩埚，所述固定点坩埚内具有高温固定点材料；一加热管，其用于对所述固定点坩埚进行加热，其特征在于：进一步包括有一适配器，所述适配器与所述加热管之间具有预定的距离；适配器的侧壁为双层结构，分别为内壁和外壁，在外壁的外表面上具有支撑件，所述支撑件位于所述适配器与所述加热管之间，所述内壁的内表面与固定点坩埚相邻，所述内壁的外表面与外壁的内表面相面对，在所述内壁的外表面与外壁的内表面之间具有容置空间，在容置空间内，填充有碳纤维束。
2.如权利要求1所述的高温固定点装置，其特征在于：所述高温固定点材料的固定点温度为1000℃以上。
3.如权利要求1所述的高温固定点装置，其特征在于：所述适配器由高纯石墨材料制成。
4.如权利要求1所述的高温固定点装置，其特征在于：所述加热管为石墨加热管。
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