專利名稱：電阻法控制氣體滲碳儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是對金屬化學(xué)熱處理氣體滲碳過程中用電阻法控制碳勢、層深及工藝過程的儀表計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。適用于碳勢為0－1.3％的滴注式氣體滲碳或碳氮共滲系統(tǒng)上(以下均稱為滲碳)。
現(xiàn)有的電阻法控制氣體滲碳設(shè)備有二種一種是電阻測碳勢儀表，其優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)碳勢的自動控制，直觀性好，在生產(chǎn)中不易出故障，對操作維修人員要求不高，且價(jià)格低廉。但其輸出是開關(guān)量，滲劑不能連續(xù)均勻滴入爐內(nèi)，造成爐壓波動，碳勢控制精度較低，而且對滲碳過程中其它工藝參數(shù)(如滲層深度等)和工藝過程不能進(jìn)行自動控制。第二種是電阻法電子計(jì)算機(jī)控制氣體滲碳，其優(yōu)點(diǎn)是碳勢與層深控制精度高，對滲碳工藝過程進(jìn)行自動控制，但直觀性差，對操作維修人員技術(shù)水平要求高，加之成本較高，所以在普通井式氣體滲碳爐中廣泛使用受到一定限制。
本實(shí)用新型的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種兼有上述二者優(yōu)點(diǎn)的電阻法控制氣體滲碳的儀表計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。使其既具有碳勢儀表的直觀性好、價(jià)格低廉、使用維修方便的優(yōu)點(diǎn)，又具有微機(jī)控制所具備的既能控制碳勢、又能控制層深及工藝過程，滲液按需求量均勻滴入爐內(nèi)，碳勢控制精度高的優(yōu)點(diǎn)。并且該系統(tǒng)的碳勢控制儀表單元還可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)脫離計(jì)算機(jī)，獨(dú)立進(jìn)行碳勢控制。因而適用性強(qiáng)，更適用于在井式氣體滲碳爐上廣泛應(yīng)用。
本實(shí)用新型的目的可以通過下列措施來達(dá)到系統(tǒng)由電阻探頭、熱電偶、碳勢測量儀表單元、同步轉(zhuǎn)換電橋、計(jì)算機(jī)單元、滲液控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成。其同步轉(zhuǎn)換電橋是由二個(gè)附加電阻和一個(gè)滑線電阻所組成，滑線電阻長度與儀表單元的碳勢測量臂的滑線電阻相同，同步轉(zhuǎn)換電橋滑線電阻的動臂與碳勢測量的滑線電阻動臂同臂，并設(shè)置在儀表單元上，隨時(shí)輸出瞬間碳勢同步的電壓毫伏信號。
其計(jì)算機(jī)單元是由電壓放大器、A／D轉(zhuǎn)換器、中央處理器、輸出控制器、顯示器、鍵盤輸入器、存貯器所組成，其電壓放大器是由F7650(或ICL7650)構(gòu)成，其A／D轉(zhuǎn)換器由ADC0804A／D構(gòu)成，其存貯器由8K動靜態(tài)存貯器EPROM2764、RAM6264所構(gòu)成。其控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由JBJ滴注器、電腦輸液泵所構(gòu)成。
本實(shí)用新型還可以通過下列措施達(dá)到該智能儀表的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的JBJ滴注器，亦可用可控制流量閥代替；系統(tǒng)的儀表單元可以通過轉(zhuǎn)換裝置脫離計(jì)算機(jī)單元，以通斷方式獨(dú)立控制碳勢；其計(jì)算機(jī)單元的鍵盤和顯示單元是各自獨(dú)立的，各控制參數(shù)的設(shè)定值是通過鍵盤輸入的。
附圖的圖面說明如下


圖1是儀表計(jì)算機(jī)系統(tǒng)框圖，圖中符號為1.儀表單元2.同步轉(zhuǎn)換橋3.專用計(jì)算機(jī)4.滴注執(zhí)行機(jī)構(gòu)(JBJ滴注器或電腦輸液泵)5.熱電偶6.氣體滲C爐7.電阻探頭圖2是同步轉(zhuǎn)換橋。圖中符號為8.碳勢儀表9.同步轉(zhuǎn)換橋圖3是計(jì)算機(jī)單元的線路圖。圖中符號為10、4×5控制用鍵盤11、LC8011－11B、LC8011－11×4組成的顯示器。
本實(shí)用新型下面將結(jié)合附圖實(shí)施例作進(jìn)一步詳述本實(shí)用新型由以下部分組成電阻探頭、熱電偶、碳勢儀表單元、同步轉(zhuǎn)換橋路、計(jì)算機(jī)單元、滲液控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
當(dāng)扦在氣體滲碳爐內(nèi)的電阻探頭和熱電偶將爐內(nèi)碳勢信號與溫度信號輸入到儀表計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)中的儀表單元即直接指示并記錄碳勢與爐溫值，并對碳勢進(jìn)行溫度自動補(bǔ)償。
如圖2所示的同步轉(zhuǎn)換橋路能隨時(shí)輸出與瞬間碳勢同步的電壓毫伏信號。此信號經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后與鍵盤輸入的設(shè)定值比較，其差值經(jīng)轉(zhuǎn)換運(yùn)算后控制JBJ滴注器或電腦輸液泵以及可調(diào)流量泵等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。使?jié)B液按需要量均勻滴入爐內(nèi)。電阻探頭、熱電偶隨時(shí)將爐內(nèi)碳勢及爐溫變化反饋到儀表與計(jì)算機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，達(dá)到碳勢顯示直觀、記錄清晰、控制精度高的目的。根據(jù)工件材料、滲碳溫度與時(shí)間、爐氣碳勢等工藝參數(shù)，計(jì)算機(jī)單元按固化的數(shù)學(xué)模型與程序隨時(shí)計(jì)算出滲層深度并在數(shù)碼管顯示。當(dāng)滲層深度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，使?jié)B層深度得到控制。該系統(tǒng)還能根據(jù)輸入材料的技術(shù)要求對其它工藝參數(shù)(如碳勢上升、下降速度、各段滲碳時(shí)間等)及工藝過程實(shí)現(xiàn)自動控制。通過鍵盤可修改數(shù)學(xué)模型的各項(xiàng)參數(shù)以適應(yīng)不同材料與技術(shù)要求的滲碳。
以下結(jié)合附圖2對轉(zhuǎn)換橋路做詳細(xì)描述系統(tǒng)的儀表單元是以一臺測量電阻的雙筆自動平衡電橋?yàn)榛A(chǔ)，對它的測量電橋及結(jié)構(gòu)進(jìn)行改制。當(dāng)用電阻探頭Rt作碳勢傳感器時(shí)，與溫度筆同步的溫度補(bǔ)償電阻WC能對碳勢進(jìn)行溫度自動補(bǔ)償，使其成為一臺能獨(dú)立測量碳勢的儀表。同步轉(zhuǎn)換橋路設(shè)在儀表單元內(nèi)。它是由2個(gè)附加電阻R1、Rb及一個(gè)滑線電阻W組成。滑線電阻W和碳勢測量與指示的滑線電阻Wm的動臂與可逆電動機(jī)ND主軸同臂。這就保證了向計(jì)算機(jī)單元輸出的電壓毫伏信號始終和瞬間爐氣碳勢同步。同步轉(zhuǎn)換電橋的電源是單獨(dú)設(shè)置的24V直流穩(wěn)壓電源。改變與調(diào)整R1、Rb可以使輸出電壓Vc達(dá)到要求值。
以下結(jié)合附圖3對計(jì)算機(jī)單元作進(jìn)一步描述計(jì)算機(jī)單元實(shí)質(zhì)上是一種新設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)、它主要由以下幾部分組成的用F7650制成的電壓放大器、用ADC0804制成的A／D轉(zhuǎn)換器、Z80ACPU中央處理器、用74LS273加光電耦合器及直流放大電路組成的輸出控制器、用米字型數(shù)碼管制成的顯示器10、用獨(dú)立、分立、便攜式鍵盤板做成的鍵盤輸入器11、用8KEPROM2764和RAM6264制成的存貯器以及用Z80ACTC制成的定時(shí)器、以碳勢控制為例，其工作原理是電壓放大器將同步轉(zhuǎn)換橋輸出的信號進(jìn)行放大，送入A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。中央處理器定時(shí)收集處理轉(zhuǎn)換后的信號，并將信號按固化在存貯器的控制軟件換成碳勢信號，此信號與鍵盤輸入的給定信號進(jìn)行比較，再由存貯單元中控制軟件按分段PID進(jìn)行運(yùn)算，控制輸出控制器并在顯示器顯示。
該系統(tǒng)還設(shè)置了轉(zhuǎn)換開關(guān)，必要時(shí)可通過轉(zhuǎn)換開關(guān)使儀表脫開計(jì)算機(jī)單元由碳勢儀表獨(dú)立控制碳勢(通斷式)。
采用上述系統(tǒng)在現(xiàn)場使用中碳勢控制精度達(dá)到≤±0.03％C，層深控制精度≤±0.1毫米，碳勢顯示與記錄清晰、直觀，工藝過程實(shí)現(xiàn)了可靠的自動控制本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)該系統(tǒng)的儀表單元既有清晰的指示又有連續(xù)的自動記錄，數(shù)碼管又能直接顯示出深層深度，所以直觀性強(qiáng)。與電子計(jì)算機(jī)控制相比，其成本下降，因而價(jià)格也較低廉適宜，而其計(jì)算機(jī)單元實(shí)質(zhì)上是一種專用計(jì)算計(jì)，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，既能控制碳勢，又能控制層深，對滲碳工藝過程進(jìn)行自動控制，使?jié)B液按需求量均勻滴入爐內(nèi)，因而碳勢控制精度高，實(shí)用性強(qiáng)，加之使用維修方便，因而適于在井式氣體滲碳爐上廣泛應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種對金屬進(jìn)行化學(xué)熱處理氣體滲碳過程中，用電阻法控制氣體滲碳碳勢、滲層深度、工藝參數(shù)和工藝過程的儀表，其特征在于該系統(tǒng)由電阻探頭、熱電偶、碳勢測量儀表單元、同步轉(zhuǎn)換電橋、計(jì)算機(jī)單元、滲液控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成，a、其同步轉(zhuǎn)換電橋是由二個(gè)附加電阻和一個(gè)滑線電阻所組成，滑線電阻長度與儀表單元的碳勢測量臂的滑線電阻相同，同步轉(zhuǎn)換電橋滑線電阻的動臂與碳勢測量的滑線電阻動臂同臂，并設(shè)置在儀表單元上，隨時(shí)輸出與瞬間碳勢同步的電壓毫伏信號，b、計(jì)算機(jī)單元是由電壓放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、輸出控制器、顯示器、鍵盤輸入器、存貯器所組成，其電壓放大器是由F7650(或ICL7650)構(gòu)成，其A/D轉(zhuǎn)換器由ADCO804A/D構(gòu)成，其存貯器由8K動靜態(tài)存貯器EPROM2764、RAM6264所構(gòu)成，c、其控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由JBJ滴注器、電腦輸液泵所構(gòu)成，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀表－計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的電腦輸液泵，亦可用可控制流量閥代替，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀表－計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的儀表單元可以通過轉(zhuǎn)換裝置脫離計(jì)算機(jī)單元，以通斷方式獨(dú)立控制碳勢。
專利摘要本實(shí)用新型旨在提供一種對金屬進(jìn)行化學(xué)熱處理氣體滲碳或碳氮共滲過程中，用電阻法自動控制氣體滲碳工藝過程的儀表。儀表單元進(jìn)行碳勢、爐溫的指示與自動記錄，并向計(jì)算機(jī)單元提供碳勢信號，計(jì)算機(jī)單元對滲液、碳勢、層深及滲碳工藝過程進(jìn)行自動控制。它既有碳勢儀表的直觀性好，使用維修方便，價(jià)格低的特點(diǎn)，又有微機(jī)控制所具備的精度高的優(yōu)點(diǎn)，因而適于在普通滴注式氣體滲碳爐上使用。
文檔編號C23C8/20GK2042081SQ8820726
公開日1989年8月2日 申請日期1988年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月21日
發(fā)明者楊福海, 班華, 杜忠彥, 王茂江, 李東唐 申請人:陜西微機(jī)改造滲碳爐服務(wù)部