CN106124361B - 玻璃液密度的测量方法和玻璃液密度的测量装置 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种玻璃液密度的测量方法和玻璃液密度的测量装置，该测量方式包括：将待测物体置于温度为T1℃的空气中，测量所述待测物体的悬空重量mg；将所述待测物体完全浸入温度为T1℃的水中，测量所述待测物体的第一浸入重量G1；将所述待测物体完全浸入温度为T2℃的玻璃液中后，测量所述待测物体的第二浸入重量G2；根据公式和得出所述玻璃液的密度ρ。因此，整个测量步骤操作简单，测量结果准确可靠，能够方便而准确地测量出高温下的玻璃液密度。
Description
技术领域
本公开涉及玻璃密度检测领域，具体地，涉及一种玻璃液密度的测量方法和玻璃液密度的测量装置。
背景技术
在日常玻璃生产过程中，通常把对成品玻璃密度检测作为监控玻璃生产稳定性的一项指标，而较少考虑测试高温玻璃液的密度，这是由于玻璃液在高温下测试难度较大，需要专业工器具，且测试准确度不高，重复性低，对操作人员熟练程度和技术要求也较高。但是高温玻璃液密度对玻璃窑炉选材、玻璃成型工艺参数的制定均具有一定的意义，以往需要时只是按照经验进行估算，对于玻璃液密度与温度的对应关系方面研究较少。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种玻璃液密度的测量方法，该测量方法操作简单，测试结果准确可靠。
本公开的另一个目的是提供一种玻璃液密度的测量装置，该测量装置能够实现本公开提供的测量方法。
为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供一种玻璃液密度的测量方法，包括：S1步骤：将待测物体置于温度为T1℃的空气中，测量所述待测物体的悬空重量mg，其中，T1介于常温范围内；S2步骤：将所述待测物体完全浸入温度为T1℃的水中，测量所述待测物体的第一浸入重量G1；S3步骤：将所述待测物体完全浸入温度为T2℃的玻璃液中后，测量所述待测物体的第二浸入重量G2，其中，T2>T1；S4步骤：根据公式和得出所述玻璃液的密度ρ，其中，ρ1为水在T1℃时的密度，V为所述待测物体在T1℃时的体积，K为所述待测物体在T2℃时的线膨胀系数，g为重力加速度。
可选地，所述S1步骤包括S11步骤和S12步骤，
在所述S11步骤中，将所述待测物体置于温度为T1℃的空气中，使用第一测量装置测量所述待测物体的所述悬空重量mg等于m3g，
在所述S12步骤中，将所述待测物体置于温度为T1℃的空气中，使用第二测量装置测量所述待测物体的所述悬空重量mg等于m4g，
在所述S2步骤中，使用所述第一测量装置测量所述待测物体的所述第一浸入重量G1，
在所述S3步骤中，使用所述第二测量装置测量所述待测物体的所述第二浸入重量G2，
在所述S4步骤中，
可选地，在所述S3步骤中，加热所述玻璃液至所述T2℃后，再将所述待测物体完全浸入至所述玻璃液中，随后测量所述待测物体的所述第二浸入重量G2。
可选地，所述待测物体由铂金材质制成。
可选地，所述待测物体形成为端部具有系附孔的条形铂金片，该条形铂金片的质量介于20g-50g之间。
根据本公开的另一目的，提供一种玻璃液密度的测量装置，该测量装置包括：第一测量装置，用于分别测量待测物体在空气中和水中的重量；第二测量装置，用于分别测量所述待测物体在空气中和玻璃液中的重量；盛放装置，用于盛放所述玻璃液；加热装置，用于加热所述盛放装置的温度，其中，所述第二测量装置包括称重部，以及连接在所述称重部和所述待测物体之间的悬挂部，该悬挂部具有远离所述待测物体的第一挂附点和靠近所述待测物体的第二挂附点，所述第一挂附点和所述第二挂附点可选择地挂附于所述称重部上。
可选地，所述悬挂部为吊绳，该吊绳包括吊绳本体，设置于所述吊绳本体的一端的待测物体固定部，设置于所述吊绳本体的另一端的第一挂环和第二挂环，其中，所述第一挂环作为所述第一挂附点，所述第二挂环作为所述第二挂附点。
可选地，所述吊绳本体为钼丝。
可选地，所述钼丝的直径不大于0.2mm。
可选地，所述称重部为分析天平，所述加热装置为可升降式加热炉，所述盛放装置为铂铑合金坩埚。
通过上述技术方案，本公开巧妙地利用阿基米德原理，首先通过分别测量待测物体在空气中和水中的重量，获取待测物体在常温下的体积；随后，通过分别测量待测物体在空气中和玻璃液中的重量，利用上述获取的待测物体在常温下的已知体积，并考虑待测物体在T2℃下膨胀导致的体积变化，进而计算出在T2℃下的玻璃熔体的密度。因此，整个测量步骤操作简单，测量结果准确可靠，能够方便而准确地测量出高温下的玻璃液密度，尤其可以适用于钠钙硅玻璃、盖板玻璃(Cover Glass)、薄膜晶体管(TFT，全称Thin FilmTransistor)、等离子显示器(PDP，全称Plasma Display Panel)的高温熔体的密度测试。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据本公开的一示例性实施方式提供的玻璃液密度的测量装置的结构示意图，其中，第二测量装置处于测量待测物体在空气中的重量的状态；
图2是根据本公开的一示例性实施方式提供的玻璃液密度的测量装置的结构示意图，其中，第二测量装置处于测量待测物体在玻璃液中的重量的状态。
附图标记说明
10 玻璃液 11 铂铑合金坩埚 12 加热装置
120 加热炉底座 121 加热炉主体 13 待测物体
14 称重部 140 吊绳挂钩 141 平衡挂钩
142 悬梁 15 悬挂部 150 吊绳本体
151 第一挂附点 152 第二挂附点
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指相对与附图的图面方向而言的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。
如图1和图2所示，本公开提供一种玻璃液密度的测量方法和玻璃液密度的测量装置。
其中，为了实现本公开的目的，即实现对玻璃液密度的测量，本公开提供的玻璃液密度的测量方法可以包括：
S1步骤：将待测物体置于温度为T1℃的空气中，测量待测物体的悬空重量mg，其中，T1介于常温范围内；
S2步骤：将待测物体完全浸入温度为T1℃的水中，测量待测物体的第一浸入重量G1；
S3步骤：将待测物体完全浸入温度为T2℃的玻璃液中后，测量待测物体的第二浸入重量G2，其中，T2>T1，例如，T2可以介于800℃至1800℃之间；
S4步骤：根据公式和得出玻璃液的密度ρ，其中，ρ1为水在T1℃时的密度，V为待测物体在T1℃时的体积，K为待测物体在T2℃时的线膨胀系数，g为重力加速度。
换言之，在上述S1步骤和S2步骤中，可以首先巧妙地利用阿基米德原理，根据公式计算待测物体在常温下的体积。然后，在上述S3步骤和S4步骤中，再次利用阿基米德原理，根据公式计算出玻璃液在T2℃下的熔体密度。因此，整个测量步骤操作简单，且由于考虑待测物体在T2℃下膨胀导致的体积变化，因而能够保证测量结果准确可靠，从而能方便而准确地测量出高温下的玻璃液密度，尤其可以适用于钠钙硅玻璃、盖板玻璃(Cover Glass)、薄膜晶体管(TFT，全称Thin Film Transistor)、等离子显示器(PDP，全称Plasma Display Panel)的高温熔体的密度测试。
需要说明的是，能够实现上述公开构思的实施方式有多种，例如，待测物体的悬空重量的测量方法、待测物体完全浸入水中的第一浸入重量的测量方法、待测物体完全浸入玻璃液中的第二浸入重量的测量方法等等，为了方便说明本公开，在此只重点介绍其中的优选实施方式，该优选实施方式只用于说明本公开，并不用于限制本公开。
由于铂金具有耐高温的特性，为保证待测物体浸入到高温的玻璃液中不被熔化，待测物体由铂金材质制成。这样，可以保证上述S3步骤中测量的第二浸入重量G2准确可靠。其中，待测物体还可以由其它耐高温的材质制成，对此本公开不作限制。
进一步地，为使待测物体的重量的测量方便而准确，该待测物体形成为端部具有系附孔的条形铂金片。具体地，该系附孔可以供下述的吊绳本体150的一端的待测物体固定部系附。当通过下文介绍的分析天平和吊绳测量待测物体的重量时，可以通过调整设置在分析天平上架设的悬梁142上的平衡挂钩141的数量和位置，使得吊绳和条形铂金片的重心在分析天平的称重中心上，保证称重准确；同时条形铂金片上的系附孔也便于供吊绳系附。
更进一步地，该条形铂金片的质量介于20g-50g之间。这样，该条形铂金片不仅能顺利地克服玻璃液的阻力而全部浸入至玻璃液中，还可以防止挂钩、吊绳和条形铂金片的重量超出分析天平的量程而无法准确测量；此外也可以防止因条形铂金片的质量过小，造成测量误差较大，保证测量的准确可靠。
为保证可靠的测量精度，S1步骤包括S11步骤和S12步骤，
在S11步骤中，将待测物体置于温度为T1℃的空气中，使用第一测量装置测量待测物体的悬空重量mg等于m3g，
在S12步骤中，将待测物体置于温度为T1℃的空气中，使用第二测量装置测量待测物体的悬空重量mg等于m4g，
在S2步骤中，使用第一测量装置测量待测物体的第一浸入重量G1，
在S3步骤中，使用第二测量装置测量待测物体的第二浸入重量G2，
在S4步骤中，
换言之，利用第一测量装置分别测量待测物体在空气中和水中的重量，以计算出待测物体在常温下的体积；且利用第二测量装置分别测量待测物体在空气中和玻璃液中的重量，以根据已经计算出的待测物体在常温下的体积，计算出玻璃液在T2℃的密度。这样，可以先后操作第一测量装置和第二测量装置，以分成两组测重，以执行上述的S11步骤、S2步骤、S12步骤和S3步骤，提高测量效率。另外，两组测重装置还更利于重复进行上述S11步骤、S2步骤、S12步骤和S3步骤，减少测量误差，提高测量精度。
为方便对高温下的玻璃液的熔体密度进行测量，在S3步骤中，加热玻璃液至T2℃后，再将待测物体完全浸入至玻璃液中，随后测量待测物体的第二浸入重量G2。
上述介绍了玻璃液密度的测量方法，下面将对如何实现该玻璃液密度的测量方法的测量装置进行介绍。
为了方便执行上述S11步骤和上述S2步骤，该测量装置可以包括用于分别测量待测物体13在空气中和水中的重量的第一测量装置。
具体地，第一测量装置可以为分析天平。例如，在一种可选的实施方式中，该测量装置还可以包括烧杯、温度计和吊绳。在进行测量时，首先利用吊绳将待测物体悬挂于分析天平上，然后测出待测物体在空气中的悬空重量m3g。随后将装有水的烧杯移动至吊绳的正下方，调整吊绳的长度，使得待测物体完全浸入至水中，此时用温度计检测烧杯中的水温是否处于常温范围内。如果是，则可以直接读取待测物体的第二浸入重量G2；如果否，则需要先调整水温至常温范围内，然后再读取分析天平测出的悬空重量。最后，根据公式即可计算出待测物体在常温下的体积。
为了方便执行上述S12步骤和上述S3步骤，该测量装置还可以包括分别测量待测物体13在空气中和玻璃液10中的重量的第二测量装置。其中，第二测量装置包括称重部14，以及连接在称重部14和待测物体13之间的悬挂部15。为方便调整待测物体的高度，该悬挂部15具有远离待测物体13的第一挂附点151和靠近待测物体13的第二挂附点152，第一挂附点151和第二挂附点152可选择地挂附于称重部14上。
在本公开的一示例性的实施方式中，如图1和图2所示，为更方便地调整待测物体的高度，悬挂部15为吊绳，该吊绳包括吊绳本体150，设置于吊绳本体150的一端的待测物体固定部，设置于吊绳本体的另一端的第一挂环和第二挂环，其中，第一挂环作为第一挂附点，第二挂环作为第二挂附点。
更进一步地，由于钼丝具有耐高温、质轻、抗拉强度大、柔韧性好、易变形等优点，为保证测量结果的精准可靠，减少测量误差，且保证吊绳能够承受高温环境，吊绳本体150为钼丝。进一步地，钼丝的直径不大于0.2mm。
其中，如图1和图2所示，称重部14可以包括分析天平，架设于分析天平上的悬梁142，悬挂在该悬梁142的一端上的平衡挂钩141，悬挂在该悬梁142的另一端上的吊绳挂钩140。当测量上述条形铂金片的重量时，可以将吊绳的一端系附于该条形铂金片的系附孔中，然后将吊绳悬挂在吊绳挂钩140上。最后，通过调整悬挂于悬梁142上平衡挂钩141的个数和位置，来保证吊绳和条形铂金片重心刚好位于分析天平的称重中心上，随后即可读取分析天平测出的条形铂金片的重量。
当然称重部还可以为其他的能够测出待测物体重量的测量装置，本公开对此不作限制。
为了方便执行上述S3步骤，该测量装置包括盛放装置，用于盛放玻璃液10，以及加热装置，用于加热盛放装置的温度。
其中，为保证盛放装置能够承受高温环境，盛放装置为铂铑合金坩埚11。例如，该铂铑合金坩埚11可以为由含质量10％铑的铂铑合金制成，以保证足够可靠的结构强度，且可承受高温环境。
其中，为方便调节加热装置的高度，加热装置12为可升降式加热炉。该可升降式加热炉可以包括加热炉底座120，相对于该加热炉底座120高度可调的加热炉主体121。例如，该加热炉主体121可以由马达驱动进行升降运动。在一种可选的实施方式中，为方便精准控制炉体的温度和玻璃液的温度，该加热装置可以为柱式高温炉，即，本领域技术人员可以理解的是，该柱式高温炉为用于测量玻璃粘度的高温粘度仪中的加热部件，柱式高温炉为本领域技术人员所熟知的结构，本公开对此不作赘述。
这样，在执行上述S12步骤和上述S3步骤时，首先将一定量的玻璃放置于铂铑合金坩埚中，随后将该铂铑合金坩埚放于柱式高温炉的底座上，用马达驱动该底座上升后，设定柱式高温炉的升温曲线，并启动升温程序加热玻璃直至玻璃处于熔融状态。
当柱式高温炉内的玻璃液温度调整到上述T2℃后，稳定15分钟，将吊绳本体150上的第二挂附点152悬挂在吊绳挂钩140上，分析天平去皮后将待测物体系在吊绳本体150的待测物体固定部上，即可以得出待测物体的悬空重量m4g。
随后将吊绳本体150上的第二挂附点152从分析天平的吊绳挂钩140上取下，并将吊绳本体150上第一挂附点151悬挂在吊绳挂钩140上。此时保持待测物体仍然吸附在吊绳本体150上，并将待测物体从柱式高温炉上端的炉口处慢慢放入至铂铑合金坩埚中，直至待测物体全部浸入熔融的玻璃液中，且保持吊绳本体150呈直线状态，当稳定10分钟后，既可以得出待测物体的第二浸入重量G2。
然后根据上述公式：结合上述测得待测物体在常温下的体积，并参照待测物体的温度膨胀系数对照表，即可以计算出玻璃液在高温下的熔体密度。
例如，当待测物体为铂金材质制成时，可以参照如下的铂金温度膨胀系数对照表查询各个温度下的铂金的线膨胀系数。
铂金温度膨胀系数对照表
下面将给出根据本公开提供的玻璃液密度的测量方法测出玻璃液的熔体密度的两个实施例。
实施例1
将260g的高硼无碱TFT玻璃放置于铂铑合金坩埚中，铂铑合金坩埚底部直径57mm，开口直径73mm，高度60mm。将铂铑合金坩埚放于柱式高温炉的底座上，用马达驱动该底座上升后，设定柱式高温炉的目标温度1500℃，并启动升温程序。当柱式高温炉温度达到目标温度并稳定15分钟后，将吊绳本体150上的第二挂附点152悬挂在吊绳挂钩140上，分析天平去皮后将条形铂金片悬挂于吊绳本体150上，得出悬空重量m4g。
将吊绳本体150上的第二挂附点152从分析天平的吊绳挂钩140上取下，并将吊绳本体150上第一挂附点151悬挂在吊绳挂钩140上。此时保持待测物体仍然吸附在吊绳本体150上，并将待测物体从柱式高温炉上端的炉口处慢慢放入至铂铑合金坩埚中，直至待测物体全部浸入熔融的玻璃液中，且保持吊绳本体150呈直线状态，当稳定10分钟后，既可以得出待测物体的第二浸入重量G2。
根据公式：得到预定温度下玻璃高温密度值ρ。
其中，K为根据铂金温度膨胀系数对照表所列温度范围对应的线膨胀系数；(1+K)3为体积膨胀系数。
对该玻璃液多次实验数据记录如下表所示：
由此可得该玻璃液在1500℃时对应的密度。
实施例2
将280g的PDP玻璃放置于铂铑合金坩埚中，铂铑合金坩埚底部直径57mm，开口直径73mm，高度60mm。将铂铑合金坩埚放于柱式高温炉的底座上，用马达驱动该底座上升后，设定柱式高温炉的目标温度1350℃，并启动升温程序。当柱式高温炉温度达到目标温度并稳定15分钟后，将吊绳本体150上的第二挂附点152悬挂在吊绳挂钩140上，分析天平去皮后将条形铂金片悬挂于吊绳本体150上，得出悬空重量m4g。
将吊绳本体150上的第二挂附点152从分析天平的吊绳挂钩140上取下，并将吊绳本体150上第一挂附点151悬挂在吊绳挂钩140上。此时保持待测物体仍然吸附在吊绳本体150上，并将待测物体从柱式高温炉上端的炉口处慢慢放入至铂铑合金坩埚中，直至待测物体全部浸入熔融的玻璃液中，且保持吊绳本体150呈直线状态，当稳定10分钟后，既可以得出待测物体的第二浸入重量G2。
根据公式：得到预定温度下玻璃高温密度值ρ。
其中，K为根据铂金温度膨胀系数对照表所列温度范围对应的线膨胀系数；(1+K)3为体积膨胀系数。
对该玻璃液多次实验数据记录如下表所示：
| 1 | 2 | 3 | 平均值 | |
| m<sub>4</sub>(g) | 30.2567 | 30.2567 | 30.2568 | 30.2567 |
| G<sub>2</sub>/g(g) | 26.6856 | 26.6846 | 26.6854 | 26.6852 |
| ρ(g/cm<sup>3</sup>) | 2.5321 | 2.5328 | 2.5323 | 2.5324 |
由此可得该玻璃液在1350℃时对应的密度。
同理，用上述方法可以测得熔融玻璃在不同温度下的玻璃液密度，并可以根据实验结果绘制温度密度对应曲线等进行各项分析，对实际生产具有指导意义。可见，本公开提供的玻璃液密度的测量方法的测试原理简单明了，试验步骤操作易行，测试结构可靠精准，尤其可以适用于钠钙硅玻璃、盖板玻璃(Cover Glass)、薄膜晶体管(TFT，全称Thin FilmTransistor)、等离子显示器(PDP，全称Plasma Display Panel)的高温熔体的密度测试。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (4)
1.一种玻璃液密度的测量方法，包括：
S1步骤：将待测物体置于温度为T1℃的空气中，测量所述待测物体的悬空重量mg，其中，T1介于常温范围内；
S2步骤：将所述待测物体完全浸入温度为T1℃的水中，测量所述待测物体的第一浸入重量G1；
S3步骤：将所述待测物体完全浸入温度为T2℃的玻璃液中后，测量所述待测物体的第二浸入重量G2，其中，T2>T1；
S4步骤：根据公式和得出所述玻璃液的密度ρ，其中，ρ1为水在T1℃时的密度，V为所述待测物体在T1℃时的体积，K为所述待测物体在T2℃时的线膨胀系数，g为重力加速度，
所述S1步骤包括S11步骤和S12步骤，
在所述S11步骤中，将所述待测物体置于温度为T1℃的空气中，使用第一测量装置测量所述待测物体的所述悬空重量mg等于m3g，
在所述S12步骤中，将所述待测物体置于温度为T1℃的空气中，使用第二测量装置测量所述待测物体的所述悬空重量mg等于m4g，
在所述S2步骤中，使用所述第一测量装置测量所述待测物体的所述第一浸入重量G1，
在所述S3步骤中，使用所述第二测量装置测量所述待测物体的所述第二浸入重量G2，
在所述S4步骤中，
2.根据权利要求1所述的玻璃液密度的测量方法，其特征在于，在所述S3步骤中，加热所述玻璃液至所述T2℃后，再将所述待测物体完全浸入至所述玻璃液中，随后测量所述待测物体的所述第二浸入重量G2。
3.根据权利要求1所述的玻璃液密度的测量方法，其特征在于，所述待测物体由铂金材质制成。
4.根据权利要求3所述的玻璃液密度的测量方法，其特征在于，所述待测物体形成为端部具有系附孔的条形铂金片，该条形铂金片的质量介于20g-50g之间。
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2016
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Denomination of invention: Molten glass density measurement method and molten glass density measurement device Effective date of registration: 20200710 Granted publication date: 20181221 Pledgee: Beijing State Owned Financial Leasing Co., Ltd Pledgor: ZHENGZHOU XUFEI OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020990000736 |
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