高温熔体粘度智能测试装置的研制

重庆大学

硕士学位论文

高温熔体粘度智能测试装置的研制

姓名：李玉刚

申请学位级别：硕士

专业：模式识别与智能系统

指导教师：苏玉刚

20070420

旋转法作为粘度测试原理。

高温熔体粘度测试设备在国内、国外都有部分产品出现。在国外，比较成熟的产品主要有美国ＴＨＥＴＡ公司生产的旋转式、平板式、梁弯式高温熔体粘度计；德国哈克公司产ＲＶ－２型高温粘度计，它采用旋转法原理；西班牙ＦＵＮＧＩＬＡＢ旋转粘度计。但这些产品价格都比较昂贵，并且很多产品不具备变温粘度测试功能。在国内，到目前还没有公司专业生产高温熔体粘度计，大部分需要高温熔体粘度测试装置的公司都是采取与高校或科研院所联合开发的方式。比较早的是中国科学院工程研究所研制的ＮＤ－２型数字式高温旋转粘度计，但它的自动化程度相对比较低，并且不具备变温粘度测试功能。文献【２】介绍的是山东大学研制的一种高温熔体粘度测试装置，它是在改进国外相关产品的基础上设计开发的，从它采用的软件开发平台和硬件系统来看，成本比较高，并且无变温粘度测试功能。文献［５】只设计了一种利用坩埚扭摆法测试熔体铝的粘度的方法，但这种方法的测试温度不宜过高并且对测试人员的专业技能要求比较高。

从上面的阐述可以看出，国内对于高温熔体粘度测试装置的研制水平明显落后于国外。在国外现在已经有许多比较成熟的产品，其精度高，外观精美，图１．１是美国研究的一种旋转式高温熔体粘度测试装置，它的温度范围：５００℃．２３００℃，主要应用领域包括：光学玻璃、金属玻璃、陶瓷、金属、炉渣、保护渣、Ⅱ呵玻璃基板等。本论文研制的高温熔体粘度测试装置旨在降低高温熔体粘度测试装置的成本价格的同时，完善其测试功能，实现自主知识产权。

图１．１高温粘度计

Ｆｉｇ．１．１Ｔｈｅｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｖｉｓｅｏｓｉｍｅｔｅｒ

计算机。

２．３．２粘度测试系统硬件设计

根据旋转法测试原理，设计出粘度测试系统的硬件结构如图２．５所示。

图２．５粘度测试系统硬件结构图

Ｆｉｇ．２．５Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｓｇｕｃｔｕｒｅｏｆｖｉｓｃｏｓｉｔｙｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ

从图中可以看出粘度测试部分由石墨坩埚、测头、测杆、电机、钢丝、有空圆盘、光电传感器、通信板卡和上层计算机几部分组成。

高温环境和测试精度的要求令粘度测试系统对材料的材质和精密度要求很高。坩埚和测头的材质都选用耐高温的石墨，并且坩埚和侧头在使用几次后由于石墨磨损，就需要更换新的。测杆是用耐高温的金属钼制作的，并对其平直和材质的均匀程度都要求相当高，因为这些因素会直接影响着测试精度。测头及测杆旋转采用转速为１２转／秒的同步电机带动。测杆下端安装测头，上端通过一根细钢丝与旋转电机轴套相连。上下两个带孔圆盘分别固定在旋转电机轴套和测杆上，用于获取钢丝扭矩，通过公式（２．１４）计算出粘度。圆盘小孔经过图２．５中所示的光电传感器产生电平信号，此信号通过屏蔽线传送到计算机的通信板卡，通讯板卡带有计时器，通过中断功能精确计算出上下两个电平信号的时间差，用于计算转偏角，将这个时间差传给计算机的测控程序。计算机测控软件根据此时间差和上下测试片的初始时间差，在电机转速已知的情况下可以计算出转偏角口，再通过粘度计算公式最终计算出熔体的粘度。