[发明专利]一种高温玻璃熔体密度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种高温玻璃熔体密度测量装置及方法，包括：加热及控制系统，加热及控制系统包括加热炉底座、加热炉炉体、加热元件和实现加热控制的电偶组；密度测量系统，密度测量系统包括玻璃熔化容器、耐高温试件和称重装置；玻璃熔化容器置于加热炉炉体内，耐高温试件通过耐高温连接线连接在称重装置上；通过耐高温试件在玻璃熔体中的浮力变化，计算高温玻璃熔体的密度；本发明结构简单、原理简明、操作简便、测量周期小于4小时、测量精度和重复性好，可测量温度达1650℃、甚至更高温度的玻璃，以及金属材料的高温液体及有机熔体的密度。

技术领域

本发明涉及玻璃技术领域，具体涉及一种高温玻璃熔体密度测量装置及方法，可用于测量高温条件下的玻璃熔体密度，也可测量其他材料在高温条件下液体状态或熔体状态的密度参数。

背景技术

玻璃密度是指单位体积的玻璃质量，常用单位为g/cm³。玻璃的密度主要取决于组成玻璃的原子质量，也与原子堆积紧密程度以及配位数密切相关，它是表征玻璃结构紧密程度的重要参数，也是研究玻璃结构、表面张力、黏度及离子扩散等问题的重要参数。

目前，绝大多数玻璃生产制造单位把玻璃室温密度作为控制生产工艺的重要手段之一，按照规定制度每日测定室温玻璃密度，因为玻璃密度是一个比较敏感的理化性质，玻璃密度与化学组成密切相关，只要成份上发生微小的变化，室温密度就会立即反映出来；而玻璃成分的测定具有滞后性，玻璃密度的测定简单、快速、精度高、费用较低，因此生产过程中通常需要测量玻璃密度去控制生产，大大减少玻璃成分的分析频率，从而达到控制生产的目的。

在室温条件下，玻璃是具有一定形态的固体，其密度的测量比较容易实现，测量方法包括密度瓶法、阿基米德法、静水力学称重法、沉浮比较法等；但在高温、高压以及腐蚀等特殊环境条件下，此时玻璃已经成为液态或黏弹体，玻璃已不具有固体的特定形态，也不能再依据材料膨胀系数对体积的影响进行估算，因此很难近似推导玻璃熔体密度值，实际上包括玻璃材料在内很多材料在不同温度的膨胀系数是随温度变化的，在低温条件下具有近似线性规律，而在转变点温度或居里温度之后的变化是十分复杂的，存在非线性关系，所以玻璃密度在高温条件下的理论推导往往会存在较大偏差，最终会因高温玻璃熔体密度误差对熔体特性计算、流体力学设计产生巨大影响，将产生不可估量的经济损失，甚至导致技术开发和工程设计失败。

当玻璃熔体处于1000-1680℃，甚至更高温度时，传统的玻璃密度测量方法无法满足玻璃熔体密度测量，而随着科学技术的发展和实际生产制造需要，例如玻璃表面张力等重要性质的研究需要高温条件下的玻璃熔体密度，因此高温玻璃熔体的密度测量显得尤为重要。

综上所述，急需发明一种能够测量高温条件下玻璃熔体密度的装置及方法。

发明内容

针对高温条件下玻璃熔体密度测量的难题，本发明提供一种高温玻璃熔体密度测量装置及方法，通过特定耐高温试件在玻璃熔体中的浮力变化，进而计算得到高温玻璃熔体密度；该测量装置及方法可测量温度达1650℃、甚至更高温度的玻璃熔体，以及金属材料的高温液体及有机熔体的密度。

本发明公开了一种高温玻璃熔体密度测量装置，包括：

加热及控制系统，所述加热及控制系统包括加热炉底座、加热炉炉体、加热元件和实现加热控制的电偶组；

密度测量系统，所述密度测量系统包括玻璃熔化容器、耐高温试件和称重装置；所述玻璃熔化容器置于加热炉炉体内，所述耐高温试件通过耐高温连接线连接在所述称重装置上；通过所述耐高温试件在玻璃熔体中的浮力变化，计算高温玻璃熔体的密度。

作为本发明的进一步改进，所述加热炉炉体为中空筒状结构，所述加热炉炉体内安装有呈环形均布的所述加热元件。

作为本发明的进一步改进，所述电偶组包括：

控温热电偶，用于所述加热炉炉体内部空间的温度控制；