CN112581835B - 一种液桥生成器 - Google Patents

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Abstract

一种液桥生成器，属于流体物理学技术领域。所述液桥生成器，包括机架，所述机架的顶部中心处安装有下进气组件，所述下进气组件的顶部中心处安装有下盘；所述机架的顶部安装有支架，所述支架上安装有与下进气组件正对应的上进气组件，所述上进气组件的底部中心处安装有上盘，将实验液体注入下盘和上盘之间形成液桥；所述下进气组件和上进气组件均分别与风机连接，所述下进气组件和上进气组件之间通过观察套管连接；所述机架的顶部位于观察套管的外侧安装有磁场组件；所述机架的一侧安装有控制终端，所述控制终端的内部安装有PLC控制器。所述液桥生成器能够实现不同气流、温度和磁场对液桥界面的影响。

Description

一种液桥生成器
技术领域
本发明涉及流体物理学技术领域，特别涉及一种液桥生成器。
背景技术
浮区法是一种半导体晶体材料的生长方法，浮区法的主要原理是物料棒受外界加热，熔区被支撑于两个固体物料端之间，并逐渐提拉受热熔区，生长晶体的质量受熔区内周期性振荡毛细对流影响，进而产生微米量级杂质条纹。液桥则是以浮区法制备单晶为基础，研究抑制晶体生长过程中周期性振荡毛细对流产生而建立起来的理想物理实验模型。
然而，针对不同气流条件、温度条件和磁场条件下对液桥界面的影响的实验研究还处于起步阶段，少有的实验研究也因其液桥生成设备结构复杂，功能单一等缺点而不能广泛推广。因此，设计一种液桥生成器是很有必要的。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种液桥生成器，其结构新颖，构思巧妙，能够实现不同气流、温度和磁场对液桥界面的影响。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种液桥生成器，包括机架，所述机架的顶部中心处安装有下进气组件，所述下进气组件的顶部中心处安装有下盘；所述机架的顶部安装有支架，所述支架上安装有与下进气组件正对应的上进气组件，所述上进气组件的底部中心处安装有上盘，将实验液体注入下盘和上盘之间形成液桥；所述下进气组件和上进气组件均分别与风机连接，所述下进气组件和上进气组件之间通过观察套管连接；所述机架的顶部位于观察套管的外侧安装有磁场组件；所述机架的一侧安装有控制终端，所述控制终端的内部安装有PLC控制器；
所述下进气组件和上进气组件均分别包括送气套管、通风流量阀、气流温度调节机构、旋座和出风口，所述送气套管的尾端固定有气流温度调节机构，所述送气套管上安装有通风流量阀，所述送气套管的顶端中心处固定有旋座，所述旋座的四周开设有若干个出风口，所述PLC控制器的输出端电性连接通风流量阀。
进一步的，所述气流温度调节机构包括温控盒、螺旋加热管、电热器和第二温度传感器，所述温控盒固定在送气套管的尾端，所述温控盒的内部安装有螺旋加热管，所述温控盒的内壁一侧安装有电热器，所述螺旋加热管的出风口安装有第二温度传感器，所述第二温度传感器电性连接PLC控制器的输入端，所述PLC控制器的输出端电性连接电热器。
进一步的，所述上盘和下盘均分别包括加热腔、电热棒、盘体、导热座、转盘和微型电机，所述加热腔的顶部卡接固定有导热座，所述导热座的顶部安装有盘体，所述加热腔的底部中心处安装有微型电机，所述微型电机的输出端安装有转盘，所述转盘的顶部均匀设置若干个电热棒，所述加热腔的内部设置有导热液体。
进一步的，所述加热腔的内壁一侧安装有第一温度传感器，所述第一温度传感器电性连接PLC控制器的输入端，所述PLC控制器的输出端电性连接电热棒。
进一步的，所述加热腔的底部固定有套接在微型电机外侧的连接座，所述连接座旋接固定在旋座上。
进一步的，所述电热棒包括端座、电热套、电热芯和电磁线圈，所述端座安装在转盘的顶部，所述端座的顶部中心处转动连接有电热芯，所述电热芯上套接固定有电磁线圈，所述端座上位于电热芯的外侧套接固定有电热套。
优选的，所述端座的底部设置有螺纹柱，所述螺纹柱与转盘顶部螺纹连接。
优选的，所述端座与电热套的连接处设置有硅胶密封圈。
优选的，所述观察套管为玻璃套管。
进一步的，所述磁场组件包括X轴直线导轨、Y轴直线导轨、磁力架和线圈磁场发生器，所述X轴直线导轨固定在机架的顶部，所述X轴直线导轨上安装有Y轴直线导轨，所述Y轴直线导轨上安装有磁力架，所述磁力架上对称安装有线圈磁场发生器，所述线圈磁场发生器与PLC控制器的输出端连接。
本发明的有益效果：
1)本发明将实验液体通过微型注射泵注入下盘和上盘之间，形成液桥，将下进气组件和上进气组件分别与风机连接，其通风有两种方式，第一种是从上进气组件进风，下进气组件出风，第二种是从下进气组件进风，从上进气组件进风出风，通过PLC控制器进行编程设置，在程序设定下自动控制通风流量阀按照正弦规律对通风流量阀的开度进行自动调节，由于风机出风量一定，通过通风流量阀的开度调节，即可以实现气流速度的调节，使气流速度呈现正弦规律变化，而且气流风向有两种方式，可以根据实验需求进行调节，可以得出在不同风向的正弦变化下的气流对液桥界面的影响；
2)本发明通过设置的气流温度调节机构，其电热器对螺旋加热管区域进行加热，继而对通过螺旋加热管的气流进行加热，并通过设置在螺旋加热管尾端的第二温度传感器对通过螺旋加热管的气流进行温度监控，并将收集的信息传递到PLC控制器，PLC控制器处理后在控制终端的显示屏上进行显示，且可以通过控制终端对电热器的功率进行调节，实现加热温度的调节，可以精确的得出在不同温度下的正弦气流对液桥界面的影响；
3)本发明通过控制器对通过线圈磁场发生器的电压进行调节，使线圈磁场发生器的磁场强度随着电压的变化而变化，并在控制终端上的显示屏上进行显示，并操控X轴直线导轨和Y轴直线导轨进行磁力架的位置调节，方便实验不同磁场强度和不同磁场位置对液桥界面的影响。
本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种液桥生成器的整体三维结构示意图；
图2是本发明实施例提供的下进气组件的平面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的气流温度调节机构的平面结构示意图；
图4是本发明实施例提供的上盘的剖视平面结构示意图；
图5是本发明实施例提供的控制终端的剖视平面结构示意图；
图6是本发明实施例提供的电热棒的剖视平面结构示意图；
图7是本发明实施例提供的磁场组件的三维结构示意图。
说明书附图中的附图标记包括：
1、机架；2、控制终端；3、支架；4、下进气组件；5、下盘；6、观察套管；7、上盘；8、上进气组件；9、送气套管；10、通风流量阀；11、气流温度调节机构；12、旋座；13、出风口；14、加热腔；15、电热棒；16、第一温度传感器；17、盘体；18、导热座；19、转盘；20、微型电机；21、连接座；22、PLC控制器；23、端座；24、硅胶密封圈；25、电热套；26、电热芯；27、电磁线圈；28、螺纹柱；29、磁场组件；30、X轴直线导轨；31、Y轴直线导轨；32、磁力架；33、温控盒；34、螺旋加热管；35、电热器；36、第二温度传感器；37、线圈磁场发生器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
为了解决现有技术存在的问题，如图1至图7所示，本发明提供了一种液桥生成器，包括机架1，机架1的顶部中心处安装有下进气组件4，下进气组件4的顶部中心处安装有下盘5；机架1的顶部一侧安装有支架3，支架3上安装有与下进气组件4正对应的上进气组件8，上进气组件8的底部中心处安装有上盘7，将实验液体通过微型注射泵注入下盘5和上盘7之间形成液桥；下进气组件4和上进气组件8均分别与风机连接，下进气组件4和上进气组件8之间通过观察套管6连接；机架1的顶部位于观察套管6的外侧安装有磁场组件29；机架1的一侧安装有控制终端2，控制终端2的内部安装有PLC控制器22；
下进气组件4和上进气组件8均分别包括送气套管9、通风流量阀10、气流温度调节机构11、旋座12和出风口13，送气套管9的尾端固定有气流温度调节机构11，送气套管9上安装有通风流量阀10，送气套管9的顶端中心处固定有旋座12，旋座12的四周开设有若干个出风口13，PLC控制器22的输出端电性连接通风流量阀10。
如图1和图2所示，下进气组件4和上进气组件8的结构相同，下盘5和上盘7的结构相同，下盘5和上盘7之间通过观察套管6连接，下进气组件4和上进气组件8的通风方式有两种，第一种是从上进气组件8进风，下进气组件4出风，第二种是从下进气组件4进风，从上进气组件8进风出风，通过PLC控制器22进行编程设置，在程序设定下自动控制通风流量阀10，按照正弦规律对通风流量阀10的开度进行自动调节，由于风机出风量一定，通过通风流量阀10的开度调节，即可以实现气流速度的调节，使气流速度呈现正弦规律变化；气流风向有两种方式，即从上进气组件8进风、从下进气组件4出风和从下进气组件4进风、从上进气组件8出风，在实际试验时，根据实验需求进行气流速度和气流风向调节，通过高速摄像仪捕捉液桥的界面形状，得到在不同风向的正弦规律变化下的气流对液桥界面的影响。
如图3所示，气流温度调节机构11包括温控盒33、螺旋加热管34、电热器35和第二温度传感器36，温控盒33固定在送气套管9的尾端，温控盒33的内部安装有螺旋加热管34，温控盒33的内壁一侧安装有电热器35，螺旋加热管34的出风口安装有第二温度传感器36，第二温度传感器36电性连接PLC控制器22的输入端，PLC控制器22的输出端电性连接电热器35，风机设置于螺旋加热管34，气流通过螺旋加热管34进入送气套管9，再通过送气套管9的出风口13进入观察套管6内部，通过设置的气流温度调节机构11，电热器35对螺旋加热管34区域进行加热，继而对通过螺旋加热管34内的气流进行加热，并通过设置在螺旋加热管34尾端的第二温度传感器36对通过螺旋加热管34的气流进行温度监控，并将采集的温度信息传递到PLC控制器22，PLC控制器22对电热器35的功率进行调节，使螺旋加热管34的出风口的温度达到设定温度，并在控制终端2的显示屏上进行显示，通过PLC控制器22对电热器35的功率进行调节，实现加热温度的调节，能够精确的得出在不同温度下的正弦气流对液桥界面的影响。本实施例中，控制终端2设置有显示屏，显示屏与PLC控制器22连接。
如图4所示，上盘7和下盘5均分别包括加热腔14、电热棒15、盘体17、导热座18、转盘19和微型电机20，加热腔14的顶部卡接固定有导热座18，导热座18的顶部安装有盘体17，加热腔14的底部中心处安装有微型电机20，微型电机20的输出端安装有转盘19，转盘19的顶部均匀设置若干个电热棒15，本实施例中，转盘19的顶部对称设置两个电热棒15，加热腔14的内部设置有导热液体，通过微型电机20工作，带动转盘19旋转，从而带动电热棒15在加热腔14的内部搅动导热液体，电热棒15工作，从而实现导热液体的均匀加热，通过导热液体对导热座18和盘体17进行加热，加热均匀。加热腔14的内壁一侧安装有第一温度传感器16，第一温度传感器16电性连接PLC控制器22的输入端，PLC控制器22的输出端电性连接电热棒15，通过设置的第一温度传感器16，精确的监控加热腔14内部导热液体的温度，并将采集的温度传递给PLC控制器22，当加热腔14内部导热液体的温度达到PLC控制器22的预设值时，PLC控制器22控制电热棒15停止工作，通过PLC控制器22控制上盘7内部的电热棒15与下盘5内部的电热棒15的工作温度不同，使上盘7和下盘5内部的导热液体的温度不同，形成上盘7和下盘5之间的温度差，而且温度差是可以通过上盘7和下盘5的电热棒15的温度设定进行调节的，便于实现温度的精确控制，从而实现下盘5和上盘7之间温差的精确控制。加热腔14的底部固定有套接在微型电机20外侧的连接座21，连接座21旋接固定在旋座12上，安装拆卸方便。
如图6所示，电热棒15包括端座23、电热套25、电热芯26和电磁线圈27，端座23安装在转盘19的顶部，端座23的顶部中心处转动连接有电热芯26，电热芯26上套接固定有电磁线圈27，端座23上位于电热芯26的外侧套接固定有电热套25，通过设置的电磁线圈27通电，对电热芯26进行加热，升温降温快而高效，能消除加热的惯性，能量转换率高，而且加热无死角，导热液体是均匀加热，且电磁线圈27能保持凉爽，使用寿命长，而且拆卸方便，方便维修。在实际使用时电热棒15可采用现有技术的结构，用于对导热液体进行加热。
作为优选，端座23的底部设置有螺纹柱28，螺纹柱28与转盘19顶部螺纹连接，安装拆卸方便。
作为优选，端座23与电热套25的连接处设置有硅胶密封圈24，密封性好。
作为优选，观察套管6为玻璃套管，方便观察。
如图7所示，磁场组件29包括X轴直线导轨30、Y轴直线导轨31、磁力架32和线圈磁场发生器37，X轴直线导轨30固定在机架1的顶部一侧，X轴直线导轨30上安装有Y轴直线导轨31，Y轴直线导轨31上安装有磁力架32，磁力架32上对称安装有线圈磁场发生器37，线圈磁场发生器37与PLC控制器22的输出端连接，通过PLC控制器22对通过线圈磁场发生器37的电压进行调节，使线圈磁场发生器37的磁场强度随着电压的变化而变化，并在控制终端2的显示屏上进行显示，操控X轴直线导轨30和Y轴直线导轨31进行磁力架32的位置调节，具体的，Y轴直线导轨31沿着X轴直线导轨30前后移动，磁力架32沿着Y轴直线导轨31上下移动，方便实验不同磁场强度和不同磁场位置对液桥界面的影响。
本发明一种液桥生成器的使用方法：
本发明使用时，将实验液体通过微型注射泵注入下盘5和上盘7之间，形成液桥，将下进气组件4和上进气组件8分别与风机连接，气流风向有两种方式，第一种是从上进气组件8进风，下进气组件4出风，第二种是从下进气组件4进风，从上进气组件8进风出风；通过PLC控制器22进行编程设置，在程序设定下自动控制通风流量阀10按照正弦规律对通风流量阀10的开度进行自动调节，由于风机出风量一定，通过通风流量阀10的开度调节，实现气流速度的调节，使气流速度呈现正弦规律变化，根据实验需求进行调节，得到在不同风向的正弦变化下的气流对液桥界面的影响；
通过设置的气流温度调节机构11，电热器35可以对螺旋加热管34区域进行加热，继而对通过螺旋加热管34的气流进行加热，并通过设置在螺旋加热管34尾端的第二温度传感器36对通过螺旋加热管34的气流进行温度监控，并将收集的信息传递到PLC控制器22，PLC控制器22处理后在控制终端2的显示屏上进行显示，且通过PLC控制器22对电热器35的功率进行调节，实现加热温度的调节，能够精确的得出在不同温度下的正弦气流对液桥界面的影响；
通过PLC控制器22对通过线圈磁场发生器37的电压进行调节，使线圈磁场发生器37的磁场强度随着电压的变化而变化，在控制终端2的显示屏上显示磁场强度，并操控X轴直线导轨30和Y轴直线导轨31进行磁力架32的位置调节，方便实验不同磁场强度和不同磁场位置对液桥界面的影响。
实际试验时，本发明通过高速摄像仪捕捉液桥的界面形状。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种液桥生成器，其特征在于，包括机架，所述机架的顶部中心处安装有下进气组件，所述下进气组件的顶部中心处安装有下盘；所述机架的顶部安装有支架，所述支架上安装有与下进气组件正对应的上进气组件，所述上进气组件的底部中心处安装有上盘，将实验液体注入下盘和上盘之间形成液桥；所述下进气组件和上进气组件均分别与风机连接，所述下进气组件和上进气组件之间通过观察套管连接；所述机架的顶部位于观察套管的外侧安装有磁场组件；所述机架的一侧安装有控制终端，所述控制终端的内部安装有PLC控制器；
所述下进气组件和上进气组件均分别包括送气套管、通风流量阀、气流温度调节机构、旋座和出风口，所述送气套管的尾端固定有气流温度调节机构，所述送气套管上安装有通风流量阀，所述送气套管的顶端中心处固定有旋座，所述旋座的四周开设有若干个出风口，所述PLC控制器的输出端电性连接通风流量阀；
所述气流温度调节机构包括温控盒、螺旋加热管、电热器和第二温度传感器，所述温控盒固定在送气套管的尾端，所述温控盒的内部安装有螺旋加热管，所述温控盒的内壁一侧安装有电热器，所述螺旋加热管的出风口安装有第二温度传感器，所述第二温度传感器电性连接PLC控制器的输入端，所述PLC控制器的输出端电性连接电热器；
所述上盘和下盘均分别包括加热腔、电热棒、盘体、导热座、转盘和微型电机，所述加热腔的顶部卡接固定有导热座，所述导热座的顶部安装有盘体，所述加热腔的底部中心处安装有微型电机，所述微型电机的输出端安装有转盘，所述转盘的顶部均匀设置若干个电热棒，所述加热腔的内部设置有导热液体；
所述磁场组件包括X轴直线导轨、Y轴直线导轨、磁力架和线圈磁场发生器，所述X轴直线导轨固定在机架的顶部，所述X轴直线导轨上安装有Y轴直线导轨，所述Y轴直线导轨上安装有磁力架，所述磁力架上对称安装有线圈磁场发生器，所述线圈磁场发生器与PLC控制器的输出端连接；
下进气组件和上进气组件的通风方式有两种，第一种是从上进气组件进风，下进气组件出风；第二种是从下进气组件进风，从上进气组件出风；按照正弦规律对通风流量阀的开度进行自动调节，实现气流速度的调节，使气流速度呈现正弦规律变化。
2.根据权利要求1所述的液桥生成器，其特征在于，所述加热腔的内壁一侧安装有第一温度传感器，所述第一温度传感器电性连接PLC控制器的输入端，所述PLC控制器的输出端电性连接电热棒。
3.根据权利要求1所述的液桥生成器，其特征在于，所述加热腔的底部固定有套接在微型电机外侧的连接座，所述连接座旋接固定在旋座上。
4.根据权利要求1所述的液桥生成器，其特征在于，所述电热棒包括端座、电热套、电热芯和电磁线圈，所述端座安装在转盘的顶部，所述端座的顶部中心处转动连接有电热芯，所述电热芯上套接固定有电磁线圈，所述端座上位于电热芯的外侧套接固定有电热套。
5.根据权利要求4所述的液桥生成器，其特征在于，所述端座的底部设置有螺纹柱，所述螺纹柱与转盘顶部螺纹连接。
6.根据权利要求4所述的液桥生成器，其特征在于，所述端座与电热套的连接处设置有硅胶密封圈。
7.根据权利要求1所述的液桥生成器，其特征在于，所述观察套管为玻璃套管。
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