一种带加热功能的高温流体密度测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种流体密度测试装置，尤其涉及一种带加热功能的高温流体密 度测试装置。
【背景技术】
[0002] 材料产业作为制造业发展的基础，已成为当今国际科技和产业竞争的重点领域之 一。2010年中国国务院印发了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，将新材料产 业列入七大战略性新兴产业，指出了新材料在国民经济和社会发展中的基础性、关键性作 用。之后，"十二五"发展规划再次指出要发展新材料产业，并重点发展特种金属功能材料 等产业群。作为功能材料中具有宝贵物理特性的晶体材料，由于其能实现电、磁、声、光和热 等各种能量形式的转换，被广泛地应用在航天航空、国防工业、电子通信等技术当中，是现 代科技及其产业不可或缺的重要材料。随着工业的发展，人们对晶体材料的质量要求越来 越高，天然生长的晶体无论是从数量上，还是从质量上已经远不能满足工业需求，因此通过 人工方法生长晶体受到了人们的高度重视。密度是晶体材料性质的最基本参数，反映了物 质致密的程度，是结构变化敏感物理性质之一。不同于密度随温度线性减小的常规流体， 硅、镓、锗、HgCdTe及CdZnTe等常用晶体材料在高温熔融状态时其密度并不是温度的单调 函数，而是在某一特定温度下存在一个密度极值，当温度偏离此特定值时，密度均减小，此 时，密度极值两侧的流体层密度梯度方向分别与温度梯度方向相同或相反，形成强度近似 的双涡胞或者多涡胞流动结构，其会改变晶体结晶界面的温度场和浓度场分布，从而影响 生长界面的推移和掺杂物在晶体中的均匀分布，即宏观偏析。另外，流体系统极不稳定，熔 池内常产生速度、温度和浓度的涨落，这将引起晶体中化学成分的变化，导致晶体条纹的出 现，即微观偏析。微观偏析导致晶体性能的不均匀，并产生位错和应力的不均匀，甚至严重 影响晶体的性能。因而，准确测量晶体材料熔融状态（熔体）时密度随温度的变化曲线，找 出密度极值点所对应的温度，在晶体生长中避免密度倒置特性的影响可以大幅度提高晶体 质量及生长规模。另外，获取工质在较高温时的密度也是热力学函数的计算及无机材料和 冶金工程等领域工程设计所需的基本参数。
[0003] 现阶段传统的密度测试方法仍以浮力法为主，测试设备主要包括浮子、连接杆、 称、烧杯、测试台等。测试时，将一定质量体积的浮子放置在被测液体中，浮子上方有连接绳 连接称。通过称得浮子在液体中的重量，减去空气中浮子的重量，获取其在水中的浮力。利 用阿基米德原理，即浮子在水中的浮力等于相同体积水的重量，除以浮子的体积，计算得到 密度。密度计算公式为：
【主权项】
1. 一种带加热功能的高温流体密度测试装置，包括支撑装置，其特征在于：还包括相 蜗炉、加热控制器、温度传感器和称重装置，所述相蜗炉包括底板、相蜗和上盖，所述底板的 上表面上的一个虚拟圆的圆周上均匀设有多个竖向的加热管，所述相蜗的底部的一个虚拟 圆的圆周上均匀设有多个置于所述相蜗内且竖向的传热管，所述传热管的顶部封闭且底部 开口，多个所述加热管与多个所述传热管一一对应且分别由下而上置于对应的所述传热管 内，所述上盖盖装于所述相蜗上，所述上盖的中屯、位置设有中屯、通孔，所述温度传感器的感 应端置于所述相蜗内或所述相蜗的壁内；所述加热控制器的信号输入端与所述温度传感器 的信号输出端连接，所述加热控制器的输出端与所述加热管的输入端连接；所述称重装置 包括外壳、浮子、浮子连杆、称重传感器、信号采集器和处理器，所述外壳置于所述支撑装置 上，所述外壳上的一侧壳壁上设有外壳通孔，所述浮子由上而下穿过所述上盖的中屯、通孔 后置于所述相蜗内并位于多个所述传热管围成的区域内，所述浮子与所述浮子连杆的下端 连接，所述浮子连杆的上端与所述称重传感器的感应端连接，所述称重传感器的输出端穿 过所述外壳上的外壳通孔后置于所述外壳内，所述称重传感器的输出端与所述信号采集器 的输入端连接，所述信号采集器的输出端与所述处理器的输入端连接。
2. 根据权利要求1所述的带加热功能的高温流体密度测试装置，其特征在于；所述相 蜗和所述传热管为一体成型结构。
3. 根据权利要求2所述的带加热功能的高温流体密度测试装置，其特征在于；所述底 板、所述相蜗、所述传热管、所述上盖、所述浮子和所述浮子连杆均为刚玉材质，所述加热管 为鹤加热管。
4. 根据权利要求1所述的带加热功能的高温流体密度测试装置，其特征在于；所述相 蜗炉外包覆有隔热层。
5. 根据权利要求1所述的带加热功能的高温流体密度测试装置，其特征在于；所述外 壳的外壳通孔的底部设有垫块，所述称重传感器置于所述垫块上。
6. 根据权利要求1所述的带加热功能的高温流体密度测试装置，其特征在于；所述称 重传感器靠近其输出端的下部连接有传感器配重块。
7. 根据权利要求1、5或6所述的带加热功能的高温流体密度测试装置，其特征在于： 所述称重传感器为电阻应变式称重传感器。
8. 根据权利要求1-6中任何一项所述的带加热功能的高温流体密度测试装置，其特征 在于；所述支撑装置包括底座、竖向的伸缩杆、横向的支撑平台和平台配重块，所述伸缩杆 的下端安装于所述底座上，所述伸缩杆的上端与所述支撑平台连接，所述平台配重块和所 述称重装置的外壳分别置于所述支撑平台上且分别位于所述伸缩杆的两侧，所述浮子连杆 穿过所述支撑平台上的平台通孔。
9. 根据权利要求8所述的带加热功能的高温流体密度测试装置，其特征在于；所述伸 缩杆由相互套装且通过螺栓定位的上杆和下杆构成。
10. 根据权利要求8所述的带加热功能的高温流体密度测试装置，其特征在于；所述底 座上设有用于调节底座平衡的调节螺杆。
【专利摘要】本实用新型公开了一种带加热功能的高温流体密度测试装置，包括支撑装置、坩埚炉、加热控制器、温度传感器和称重装置，坩埚炉中，底板上设有多个加热管，坩埚的底部设有多个传热管，多个加热管由下而上置于对应的传热管内，上盖盖装于坩埚上，上盖设有中心通孔；温度传感器的感应端置于坩埚内，加热控制器控制加热管的功率；称重装置中，外壳置于支撑装置上，外壳上设有外壳通孔，浮子由上而下穿过上盖的中心通孔后置于坩埚内并位于多个传热管围成的区域内，浮子通过浮子连杆与称重传感器的感应端连接，称重传感器的输出端穿过外壳后通过信号采集器与处理器连接。通过本实用新型能够进行高温流体工质的密度测量，并能获取高温熔体的密度极值。
【IPC分类】G01N9-20
【公开号】CN204374028
【申请号】CN201520076034
【发明人】胡宇鹏, 鲁亮
【申请人】中国工程物理研究院总体工程研究所
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月3日