CN104391179A - 熔融玻璃电导率测试装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够对各种玻璃在软化点温度至1600℃的温度范围内的电导率进行测试的装置及其方法。熔融玻璃电导率测试装置，铂金坩埚放置在底座上，绝缘套筒放置于铂金坩埚内，所述绝缘套筒的内壁设置有台阶，电极片放置在台阶上，所述电极片、铂金坩埚的底部分别通过导线与PLC数字电桥连接，PLC数字电桥与电脑连接，并将PLC数字电桥的测试电阻值传给电脑。本发明的电导率测试装置可测量的温度范围广，可以从待测玻璃的软化点温度到1600℃进行连续测量，并给出数据曲线。本发明的电导率测试装置适用于各种粘度大小的熔融玻璃的电导率测试。

Description

熔融玻璃电导率测试装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种计量测试装置，特别是涉及一种熔融玻璃电导率的测试装置及其方法，适合各种粘度条件下熔融玻璃的电导率测试。

背景技术

光学玻璃熔融体的电导率与温度之间的关系是确定玻璃配方优劣的重要性质之一，其是电熔炉结构设计、电极设计和熔炉控制系统选型的重要依据，也是电熔炉运行的重要工艺参数。为满足玻璃配方研制的需要，保证电熔炉工程设计的顺利进行，研制熔融玻璃电导率测定装置，建立可靠的测量方法成为必要。

目前，熔融玻璃电导率测试通常采用电极法，该方法首先需要将待测玻璃在高温条件下融化，然后将电极插入熔融的液面中，但只有在玻璃的粘度非常低的条件下才能够将电极插入熔融的玻璃液面中，然而即使在高温条件下熔融玻璃的粘度也非常高，这就使得电极在插入过程中容易变形，从而使电导池常数(由两电极间的距离和相对面积决定)发生改变，电导率测试误差较大；该方法测试范围较小，只能在高温条件下进行测试，极大地限制了电导率测试的范围；测试过程中，熔体液面的高低、电极浸入深度、电极偏心度以及所采用交流电压的频率都将对结果产生影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够对各种玻璃在软化点温度至1600℃的温度范围内的电导率进行测试的装置及其方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案：熔融玻璃电导率测试装置，铂金坩埚放置在底座上，绝缘套筒放置于铂金坩埚内，所述绝缘套筒的内壁设置有台阶，电极片放置在台阶上，所述电极片、铂金坩埚的底部分别通过导线与PLC数字电桥连接，PLC数字电桥与电脑连接，并将PLC数字电桥的测试电阻值传给电脑。

进一步的，还包括炉温控制系统和高温炉，所述温控制系统控制高温炉的升温速率以及测试温度，并将炉体温度数据传输给所述电脑。

进一步的，所述底座安装在升降台上，伺服电机控制升降台进行上下移动。

进一步的，所述绝缘套筒的内壁、铂金坩埚的底面以及电极片构成一个封闭的电导池。

进一步的，在所述铂金坩埚下设置有热电偶。

进一步的，在所述电极片上开有若干通孔。

进一步的，所述铂金坩埚与电极片采用铂铑合金材料制成。

进一步的，所述电极片通过电极杆与PLC数字电桥连接。

熔融玻璃电导率的测试方法，该方法包括如下步骤：

1)将待测玻璃加工成需要的大小，以确保待测玻璃熔融后能够充满整个电导池；

2)将绝缘套筒放入铂金坩埚内，将加工好的待测玻璃放入绝缘套筒内，盖上电极片；伺服电机控制升降台降低到最低位置，将装好待测玻璃的铂金坩埚放置在底座上，伺服电机控制升降台上升，使待测玻璃置于高温炉的加热区域内；

3)从高温炉的炉顶插入电极杆，使电极杆置于电极片的中心位置，利用电极杆的自重给电极片施加压力，保证电极杆与电极片之间紧密接触；

4)将电极杆、铂金坩埚的底部分别通过导线与PLC数字电桥连接好后，设置高温炉的加热程序后通电，开始对待测玻璃加热；

5)使待测玻璃完全溶化，玻璃液完全充满整个电导池后，根据不同类型的玻璃选择PLC数字电桥的频率，待测试数值稳定后，开始对熔融玻璃的电阻值进行记录；由炉温控制系统控制高温炉升温到待测温度，PLC数字电桥与绝缘套筒下的两个电极连接，检测到的输出信号即为待测熔融玻璃的电阻值；

6)根据在不同温度下测试出的待测熔融玻璃的电阻值，将测得的电阻值代入以下公式，计算得到待测玻璃在该温度下的电导率

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{R}*\frac{L}{A}.$

本发明的有益效果是：本发明的电导率测试装置可测量的温度范围广，可以从待测玻璃的软化点温度到1600℃进行连续测量，并给出数据曲线。本发明的电导率测试装置适用于各种粘度大小的熔融玻璃的电导率测试。

附图说明

图1是本发明电导率测试装置的结构示意图；

图2是本发明装置中的电极片的结构示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明的电导率测试装置的底座1安装在升降台2上，伺服电机3控制升降台2进行上下移动，铂金坩埚4放置在底座1上，绝缘套筒5放置于铂金坩埚4内，待测玻璃6放入绝缘套筒5内，绝缘套筒5的内壁设置有一个环形的台阶13，电极片7设置在台阶13上。电极片7、铂金坩埚4的底部分别通过导线与PLC数字电桥9连接。炉温控制系统10对高温炉8的升温速率以及测试温度进行控制，并将炉体温度数据传输给电脑11。在不同温度下，PLC数字电桥9测试出待测玻璃6电阻值并传给电脑11。电脑11用来记录炉体的温度及在各温度条件下待测玻璃6的电阻值，通过软件计算出待测玻璃6在各温度条件下的电导率，并做出温度与电导率之间的关系曲线。

上述电阻值与电导率之间的关系公式为：

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{R}*\frac{L}{A}$

上式中，σ为待测玻璃6的电导率，R为待测玻璃6在不同温度时的电阻，L为上下电极之间的距离，A为上下电极之间的相对面积。

上述绝缘套筒5的内壁、铂金坩埚4的底面以及电极片7构成了一个封闭的电导池，电极片7与铂金坩埚4的底部分别构成电导池的上下电极，绝缘套筒5使电极片7与铂金坩埚4的内壁之间实现绝缘，绝缘套筒5的台阶结构起到定位作用，使电极片7与铂金坩埚4底面之间的距离保持恒定，即：上述电导率公式中的L保持不变。绝缘套筒5的内壁保证了上下电极之间的相对面积不会由于上下电极之间的相对位移而产生变化，即：上述电导率公式中的A保持不变。因此本发明装置的结构就保证了上述电导率公式中三个变量中的两个不变，从而使待测玻璃6的电导率随着电阻值的变化而变化，可以精确得到测试结果。

为了提高温度测试的准确性，更能够反映待测玻璃6的测试温度，本发明在铂金坩埚4的正下方的底座1内部设置有热电偶，热电偶不与铂金坩埚4接触，热电偶通过导线与数字温度显示器连接，由于热电偶更接近待测玻璃6，因此，相对于采用设置在高温炉8上的热电偶所显示的温度，设置在铂金坩埚4的正下方的热电偶更能够反映待测玻璃6的测试温度。

本发明在上述电极片7上开有若干通孔12，通孔12作为排液孔，如图2所示，由于在不同温度下，熔融玻璃的膨胀系数不同，高温时因膨胀所产生的多余的玻璃液可以从电极片7上的通孔12排出到绝缘套筒5外，溢出到铂金坩埚4内，铂金坩埚4较大的体积可以存储溢出的玻璃废液而不改变电导池上下电极间的距离，即电导池常数不发生变化，从而使电导池的结构保持恒定，因此可以对不同温度玻璃液的电导率进行连续测量。另外，由于多余的玻璃液溢出到铂金坩埚4内，保护铂金坩埚4的底座1不被玻璃液浸蚀，避免了高温炉8内的加热元件接触到玻璃液时容易断裂的安全隐患，同时保护了铂金坩埚4底座内部的热电偶，提升温度测试的准确性。

上述高温炉8可以采用U形或W形的硅钼棒作为加热元件，能够使高温炉8在加热时电流在轴向方向产生的磁场相互抵消，减少了磁场对电桥测试信号的干扰，提高检测的准确性，并且可以使炉体的温度加热到1600℃以上。

上述铂金坩埚4与电极片7可采用铂铑合金材料制成，具有较大的硬度与较低的电阻值，铂金坩埚4的底面作为下电极，能够承受1600℃的高温，适用于对各种粘度的玻璃进行测试，且不会对铂金坩埚4造成腐蚀。

上述绝缘套筒5采用刚玉或者陶瓷等其他绝缘且耐高温的材料制成，具有膨胀系数小、耐高温、耐腐蚀性能强等优点。

上述PLC数字电桥9具有较宽的频率测试范围，可以根据不同牌号的玻璃进行选择，提高了测试的精度。

上述电极片7是通过电极杆与PLC数字电桥9连接，这样可以防止因导线很细，在高温下容易断裂的缺陷，电极杆可以看做是粗的导线，并且电极杆方便装夹和固定，也方便给电极片7施压。

上述电极片7先是设置在待测玻璃6上，如图1所示，当待测玻璃6熔融后，电极片7受自身重力及电极杆的压力逐渐沉降到台阶13上。

上述升降台2受伺服电机3的控制，可在安装或拆卸铂金坩埚4、绝缘套筒5、待测玻璃6时，进行升降操作。

本发明的熔融玻璃高温电导率的测试方法，包括如下步骤：

1)将待测玻璃6加工成直径略小于绝缘套筒5的内径，高度高于电导池的台阶13的高度，待测玻璃6的高度根据电导池的体积、待测玻璃6的密度进行计算，必须保证待测玻璃6熔融状态的体积大于电导池的体积，以确保待测玻璃6熔融后能够充满整个电导池，并有效地减少待测玻璃6在熔融的过程中所产生的气泡；

2)将绝缘套筒5放入铂金坩埚4内，待测玻璃6放入绝缘套筒5内，盖上电极片7。伺服电机3控制升降台2降低到最低位置，将装好待测玻璃6的铂金坩埚4放置在底座1上，伺服电机3控制升降台2上升，使待测玻璃6置于高温炉8的加热区域内；

3)从高温炉8的炉顶插入电极杆，使电极杆置于电极片7的中心位置，利用电极杆的自重给电极片7施加一定的压力，保证电极杆与电极片7之间紧密接触；

4)将电极杆、铂金坩埚4的底部分别通过导线与PLC数字电桥9连接好后，设置高温炉8的加热程序，检查无误后通电，开始对待测玻璃6加热；

5)使待测玻璃6完全溶化，玻璃液完全充满整个电导池后，根据不同类型的玻璃选择PLC数字电桥9的频率，待测试数值稳定后，开始对熔融玻璃的电阻值进行记录；由炉温控制系统10控制高温炉8升温到待测温度，PLC数字电桥9与绝缘套筒5上下的两个电极连接，检测到的输出信号即为待测熔融玻璃的电阻值；

6)根据在不同温度下测试出的待测熔融玻璃的电阻值，将测得的电阻值代入以下公式计算得到待测玻璃6在该温度下的电导率：

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{R}*\frac{L}{A}.$

Claims (9)

1.熔融玻璃电导率测试装置，其特征在于：铂金坩埚(4)放置在底座(1)上，绝缘套筒(5)放置于铂金坩埚(4)内，所述绝缘套筒(5)的内壁设置有台阶(13)，电极片(7)设置在台阶(13)上，所述电极片(7)、铂金坩埚(4)的底部分别通过导线与PLC数字电桥(9)连接，PLC数字电桥(9)与电脑(11)连接，并将PLC数字电桥(9)的测试电阻值传给电脑(11)。

2.如权利要求1所述的熔融玻璃电导率测试装置，其特征在于：还包括炉温控制系统(10)和高温炉(8)，所述温控制系统(10)控制高温炉(8)的升温速率以及测试温度，并将炉体温度数据传输给所述电脑(11)。

3.如权利要求1所述的熔融玻璃电导率测试装置，其特征在于：所述底座(1)安装在升降台(2)上，伺服电机(3)控制升降台(2)进行上下移动。

4.如权利要求1所述的熔融玻璃电导率测试装置，其特征在于：所述绝缘套筒(5)的内壁、铂金坩埚(4)的底面以及电极片(7)构成一个封闭的电导池。

5.如权利要求1所述的熔融玻璃电导率测试装置，其特征在于：在所述铂金坩埚(4)下设置有热电偶。

6.如权利要求1所述的熔融玻璃电导率测试装置，其特征在于：在所述电极片(7)上开有若干通孔(12)。

7.如权利要求1所述的熔融玻璃电导率测试装置，其特征在于：所述铂金坩埚(4)与电极片(7)采用铂铑合金材料制成。

8.如权利要求1所述的熔融玻璃电导率测试装置，其特征在于：所述电极片(7)通过电极杆与PLC数字电桥(9)连接。

9.熔融玻璃电导率的测试方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)将待测玻璃(6)加工成需要的大小，以确保待测玻璃(6)熔融后能够充满整个电导池；

2)将绝缘套筒(5)放入铂金坩埚(4)内，将加工好的待测玻璃(6)放入绝缘套筒(5)内，盖上电极片(7)；伺服电机(3)控制升降台(2)降低到最低位置，将装好待测玻璃(6)的铂金坩埚(4)放置在底座(1)上，伺服电机(3)控制升降台(2)上升，使待测玻璃(6)置于高温炉(8)的加热区域内；

3)从高温炉(8)的炉顶插入电极杆，使电极杆置于电极片(7)的中心位置，利用电极杆的自重给电极片(7)施加压力，保证电极杆与电极片(7)之间紧密接触；

4)将电极杆、铂金坩埚(4)的底部分别通过导线与PLC数字电桥(9)连接好后，设置高温炉(8)的加热程序后通电，开始对待测玻璃(6)加热；

5)使待测玻璃(6)完全溶化，玻璃液完全充满整个电导池后，根据不同类型的玻璃选择PLC数字电桥(9)的频率，待测试数值稳定后，开始对熔融玻璃的电阻值进行记录；由炉温控制系统(10)控制高温炉(8)升温到待测温度，PLC数字电桥(9)与绝缘套筒(5)上下的两个电极连接，检测到的输出信号即为待测熔融玻璃的电阻值；

6)根据在不同温度下测试出的待测熔融玻璃的电阻值，将测得的电阻值代入以下公式，计算得到待测玻璃(6)在该温度下的电导率：

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{R}*\frac{L}{A}.$