專利名稱:液態(tài)金屬及液態(tài)合金表面張力的快速測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及的是冶金和鑄造領(lǐng)域,具體是一種液態(tài)金屬及液態(tài)合金表面張力的快速測(cè)定裝置。
背景技術(shù):
表面張力是液態(tài)金屬及液態(tài)合金的重要物理參數(shù)之一。很多質(zhì)量參數(shù),如鑄鐵石墨形態(tài)、鋁合金變質(zhì)處理效果、合金充型能力等,均與其合金液的表面張力密切相關(guān)。液態(tài)合金表面張力的傳統(tǒng)測(cè)定方法主要有氣泡最大壓力法、靜滴法和拉筒法等,其測(cè)定時(shí)間都在幾分鐘以上。迄今為止,尚無真正意義上的快速檢測(cè)方法用于液態(tài)合金表面張力的爐前檢測(cè)。因此,利用表面張力實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)液態(tài)合金相關(guān)質(zhì)量參數(shù)的愿望一直無法實(shí)現(xiàn)。在《應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)》1999年第3期上,由李大勇、康九州、張宇彤、陶國(guó)剛等人發(fā)表的題為“一種包內(nèi)快速預(yù)測(cè)鐵水石墨形態(tài)的新方法及新裝置”的論文中提出了一種可在5秒鐘內(nèi)快速測(cè)得液態(tài)合金表面張力的新方法“氣泡幅頻當(dāng)量法”,該方法的基本原理如圖1所示,該方法通過一個(gè)裝有一定內(nèi)徑尺寸Φx的直線形毛細(xì)石英管的探頭向被測(cè)液態(tài)合金快速吹入氣泡,監(jiān)測(cè)5秒鐘時(shí)間內(nèi)毛細(xì)管內(nèi)壓差變化,獲得一條等幅壓力振蕩曲線,識(shí)別和計(jì)算出等幅振蕩曲線上的峰、谷值及峰谷差值ΔP并依此計(jì)算出5秒時(shí)間內(nèi)吹出氣泡的個(gè)數(shù)N,根據(jù)Φx、ΔP和N,再利用公式σe=aΔP+bN+c(Φx-Φo)求出一個(gè)與被測(cè)液體表面張力σ等價(jià)的表面張力,稱之為當(dāng)量表面張力(公式中σe為當(dāng)量表面張力,Φo為標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的內(nèi)徑,Φo=2.0mm,a、b、c為經(jīng)試驗(yàn)確定的系數(shù))。與傳統(tǒng)測(cè)定方法相比,“氣泡幅頻當(dāng)量法”具有測(cè)試速度快,可實(shí)現(xiàn)液態(tài)合金表面張力爐前快速檢測(cè),使用方便、測(cè)試成本低等優(yōu)點(diǎn)。但由于采用直線形毛細(xì)管向下吹氣的方式,在測(cè)定液態(tài)金屬及液態(tài)有色合金時(shí),其表面氧化膜易包裹毛細(xì)石英管口;在測(cè)定翻騰比較劇烈的液態(tài)球墨鑄鐵時(shí),其表面熔渣也容易進(jìn)入毛細(xì)石英管中;上述現(xiàn)象導(dǎo)致出現(xiàn)吹不出氣泡和壓差曲線不等幅的現(xiàn)象,嚴(yán)重地影響了測(cè)量精度,使“氣泡幅頻當(dāng)量法”的推廣應(yīng)用受到了阻礙。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種液態(tài)金屬及液態(tài)合金表面張力的快速測(cè)定裝置,它能對(duì)液態(tài)金屬及液態(tài)合金的表面張力進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測(cè)量。它由探頭上下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1、微壓差傳感器2、紅外溫度傳感器3、耐熱探頭4、氣路電磁換向閥5、微型空壓機(jī)6、惰性氣體鋼瓶6-1、壓差信號(hào)放大器7、溫度信號(hào)放大器8、LED顯示器9、微型打印機(jī)10、單片機(jī)擴(kuò)展電路11、鍵盤電路12組成;探頭上下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1中的電動(dòng)機(jī)1-1的電源控制信號(hào)輸入端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的電源控制信號(hào)輸出端,探頭上下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1中的牽引架1-2的下端蹄形機(jī)械手與耐熱探頭4的外表面相連接,耐熱探頭4中的耐高溫石英管4-2的上端口與耐熱探頭4上端空腔4-1連通,氣路電磁換向閥5的出氣孔5-1與耐熱探頭4的上端空腔4-1連通,氣路電磁換向閥5測(cè)量高溫石英管4-2的管內(nèi)徑的進(jìn)氣端口連接微型空壓機(jī)6的出氣端口,氣路電磁換向閥5測(cè)量表面張力值的進(jìn)氣口連接惰性氣體鋼瓶6-1的出氣端口,微型空壓機(jī)6的受控端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的第一控制輸出端,氣路電磁換向閥5的受控端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的第二控制輸出端,微壓差傳感器2的氣壓檢測(cè)端口2-1與耐熱探頭4的上端空腔4-1連通,微壓差傳感器2的檢測(cè)信號(hào)輸出端連接壓差信號(hào)放大器7的信號(hào)輸入端,壓差信號(hào)放大器7的信號(hào)輸出端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的第一信號(hào)輸入端,紅外溫度傳感器3的外殼通過兩個(gè)連桿3-1連接在微壓差傳感器2的保護(hù)外罩2-2上,紅外溫度傳感器3的測(cè)溫端口3-2垂直向下,紅外溫度傳感器3的檢測(cè)信號(hào)輸出端連接溫度信號(hào)放大器8的信號(hào)輸入端,溫度信號(hào)放大器8的信號(hào)輸出端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的第二信號(hào)輸入端,單片機(jī)擴(kuò)展電路11的顯示數(shù)據(jù)輸出端連接LED顯示器9的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端,單片機(jī)擴(kuò)展電路11的打印數(shù)據(jù)輸出端連接微型打印機(jī)10的數(shù)據(jù)輸入端,鍵盤電路12的控制信號(hào)輸出端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的控制信號(hào)輸入端,耐熱探頭4中的耐高溫石英管4-2的管內(nèi)徑為Φ1.8mm~Φ2.2mm,耐高溫石英管4-2的下端是彎鉤形,其曲率半徑r=8~10mm,高溫石英管4-2的下端開口向上。工作原理探頭上下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1鎖緊耐熱探頭4,微型空壓機(jī)6通過氣路電磁換向閥5、空腔4-1、耐高溫石英管4-2向外吹氣,單片機(jī)擴(kuò)展電路11通過微壓差傳感器2測(cè)得耐高溫石英管4-2的內(nèi)徑,然后將耐高溫毛細(xì)石英管4-2的彎鉤端全部浸入液態(tài)金屬或液態(tài)合金一定深度中,惰性氣體鋼瓶6-1通過氣路電磁換向閥5、空腔4-1、耐高溫石英管4-2向液態(tài)金屬或液態(tài)合金中吹入氣泡,單片機(jī)擴(kuò)展電路11通過微壓差傳感器2和紅外溫度傳感器3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空腔4-1中的壓差和液體的溫度變化,最后計(jì)算出液態(tài)金屬或液態(tài)合金的表面張力值。本發(fā)明能對(duì)液態(tài)金屬及液態(tài)合金進(jìn)行表面張力的快速測(cè)定,在測(cè)定液態(tài)金屬或液態(tài)合金的表面張力值時(shí),耐高溫石英管下端彎鉤能克服金屬表面氧化膜包裹耐高溫石英管出氣端口以及熔渣進(jìn)入耐高溫石英管等現(xiàn)象,保證均勻地生成完整的氣泡,它還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確和快速的優(yōu)點(diǎn)。
圖1是背景技術(shù)中“氣泡幅頻當(dāng)量法”的測(cè)量原理示意圖,圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖2說明本實(shí)施方式,本實(shí)施方式由探頭上下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1、微壓差傳感器2、紅外溫度傳感器3、耐熱探頭4、氣路電磁換向閥5、微型空壓機(jī)6、惰性氣體鋼瓶6-1、壓差信號(hào)放大器7、溫度信號(hào)放大器8、LED顯示器9、微型打印機(jī)10、單片機(jī)擴(kuò)展電路11、鍵盤電路12組成;探頭上下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1中的電動(dòng)機(jī)1-1的電源控制信號(hào)輸入端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的電源控制信號(hào)輸出端,探頭上下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)1中的牽引架1-2的下端蹄形機(jī)械手與耐熱探頭4的外表面相連接,耐熱探頭4中的耐高溫石英管4-2的上端口與耐熱探頭4上端空腔4-1連通,氣路電磁換向閥5的出氣孔5-1與耐熱探頭4的上端空腔4-1連通,氣路電磁換向閥5測(cè)量高溫石英管4-2的管內(nèi)徑的進(jìn)氣端口連接微型空壓機(jī)6的出氣端口,氣路電磁換向閥5測(cè)量表面張力值的進(jìn)氣口連接惰性氣體鋼瓶6-1的出氣端口,微型空壓機(jī)6的受控端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的第一控制輸出端,氣路電磁換向閥5的受控端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的第二控制輸出端,微壓差傳感器2的氣壓檢測(cè)端口2-1與耐熱探頭4的上端空腔4-1連通,微壓差傳感器2的檢測(cè)信號(hào)輸出端連接壓差信號(hào)放大器7的信號(hào)輸入端,壓差信號(hào)放大器7的信號(hào)輸出端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的第一信號(hào)輸入端,紅外溫度傳感器3的外殼通過兩個(gè)連桿3-1連接在微壓差傳感器2的保護(hù)外罩2-2上,紅外溫度傳感器3的測(cè)溫端口3-2垂直向下,紅外溫度傳感器3的檢測(cè)信號(hào)輸出端連接溫度信號(hào)放大器8的信號(hào)輸入端,溫度信號(hào)放大器8的信號(hào)輸出端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的第二信號(hào)輸入端,單片機(jī)擴(kuò)展電路11的顯示數(shù)據(jù)輸出端連接LED顯示器9的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端,單片機(jī)擴(kuò)展電路11的打印數(shù)據(jù)輸出端連接微型打印機(jī)10的數(shù)據(jù)輸入端,鍵盤電路12的控制信號(hào)輸出端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路11的控制信號(hào)輸入端,耐熱探頭4中的耐高溫石英管4-2的管內(nèi)徑為Φ1.8mm~Φ2.2mm,耐高溫石英管4-2的下端是彎鉤形,其曲率半徑r=8~10mm,高溫石英管4-2的下端開口向上。微壓差傳感器2選用的型號(hào)是LCY-1000,紅外溫度傳感器3選用的型號(hào)是R46-2ML3,壓差放大器7的芯片選用的型號(hào)是ICL7650,溫度信號(hào)放大器8的芯片選用的型號(hào)是ICL7650,單片機(jī)電路11的單片機(jī)選用的型號(hào)是80C196KC,打印機(jī)10選用的型號(hào)是μP-16A。
權(quán)利要求
1.液態(tài)金屬及液態(tài)合金表面張力的快速測(cè)定裝置,它由探頭上下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)、微壓差傳感器(2)、紅外溫度傳感器(3)、耐熱探頭(4)、氣路電磁換向閥(5)、微型空壓機(jī)(6)、惰性氣體鋼瓶(6-1)、壓差信號(hào)放大器(7)、溫度信號(hào)放大器(8)、LED顯示器(9)、微型打印機(jī)(10)、單片機(jī)擴(kuò)展電路(11)、鍵盤電路(12)組成;探頭上下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)中的電動(dòng)機(jī)(1-1)的電源控制信號(hào)輸入端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路(11)的電源控制信號(hào)輸出端,探頭上下驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)中的牽引架(1-2)的下端蹄形機(jī)械手與耐熱探頭(4)的外表面相連接,耐熱探頭(4)中的耐高溫石英管(4-2)的上端口與耐熱探頭(4)上端空腔(4-1)連通,氣路電磁換向閥(5)的出氣孔(5-1)與耐熱探頭(4)的上端空腔(4-1)連通,氣路電磁換向閥(5)測(cè)量高溫石英管(4-2)的管內(nèi)徑的進(jìn)氣端口連接微型空壓機(jī)(6)的出氣端口,氣路電磁換向閥(5)測(cè)量表面張力值的進(jìn)氣口連接惰性氣體鋼瓶(6-1)的出氣端口,微型空壓機(jī)(6)的受控端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路(11)的第一控制輸出端,氣路電磁換向閥(5)的受控端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路(11)的第二控制輸出端,微壓差傳感器(2)的氣壓檢測(cè)端口(2-1)與耐熱探頭(4)的上端空腔(4-1)連通,微壓差傳感器(2)的檢測(cè)信號(hào)輸出端連接壓差信號(hào)放大器(7)的信號(hào)輸入端,壓差信號(hào)放大器(7)的信號(hào)輸出端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路(11)的第一信號(hào)輸入端,紅外溫度傳感器(3)的外殼通過兩個(gè)連桿(3-1)連接在微壓差傳感器(2)的保護(hù)外罩(2-2)上,紅外溫度傳感器(3)的測(cè)溫端口(3-2)垂直向下,紅外溫度傳感器(3)的檢測(cè)信號(hào)輸出端連接溫度信號(hào)放大器(8)的信號(hào)輸入端,溫度信號(hào)放大器(8)的信號(hào)輸出端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路(11)的第二信號(hào)輸入端,單片機(jī)擴(kuò)展電路(11)的顯示數(shù)據(jù)輸出端連接LED顯示器(9)的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端,單片機(jī)擴(kuò)展電路(11)的打印數(shù)據(jù)輸出端連接微型打印機(jī)(10)的數(shù)據(jù)輸入端,鍵盤電路(12)的控制信號(hào)輸出端連接單片機(jī)擴(kuò)展電路(11)的控制信號(hào)輸入端;其特征在于耐熱探頭(4)中的耐高溫石英管(4-2)的下端是彎鉤形,高溫石英管(4-2)的下端開口向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液態(tài)金屬及液態(tài)合金表面張力的快速測(cè)定裝置,其特征在于耐高溫石英管(4-2)的管內(nèi)徑為Φ1.8mm~Φ2.2mm,耐高溫石英管(4-2)的下端彎鉤形的曲率半徑r=8~10mm。
全文摘要
液態(tài)金屬及液態(tài)合金表面張力的快速測(cè)定裝置,它涉及的是冶金和鑄造領(lǐng)域。(1-1)的電源輸入端連接(11)的電源輸出端,(1-2)的下端與(4)相連接,(4-2)的上端口與(4-1)連通,(5-1)與(4-1)連通,(5)的兩個(gè)進(jìn)氣端口分別連接(6)、(6-1)的出氣端口,(6)的受控端連接(11)的輸出端,(5)的受控端連接(11)的輸出端,(2-1)與(4-1)連通,(2)的輸出端通過(7)連接(11)的輸入端,(3)的輸出端通過(8)連接(11)的輸入端,(11)的輸出端連接(9)的輸入端,(11)的輸出端連接(10)的輸入端,(12)的輸出端連接(11)的輸入端,(4-2)的管內(nèi)徑為Φ1.8mm~Φ2.2mm,(4-2)的下端是彎鉤形,其曲率半徑r=8~10mm,(4-2)的下端開口向上。本發(fā)明能對(duì)液態(tài)金屬及液態(tài)合金進(jìn)行表面張力的快速測(cè)定。
文檔編號(hào)G01N13/02GK1603788SQ200410044059
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者李大勇, 石德全, 王利華, 張宇彤 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)