一種爐前鐵水碳硅含量在線分析儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及材料分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于分析鐵水融化時碳元素和硅元素含量的爐前鐵水碳硅含量在線分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在鑄造生產(chǎn)中，為了能夠在爐前快速準(zhǔn)確地測出鐵水中碳硅的百分含量、球化率等技術(shù)參數(shù)，達(dá)到控制鑄件質(zhì)量的目的，應(yīng)用微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合熱分析原理，研制的鑄鐵質(zhì)量爐前快速測試裝置，是實現(xiàn)鑄件質(zhì)量優(yōu)化控制有的效途徑。但現(xiàn)有的分析儀還存在靈敏度較低和穩(wěn)定性較差的問題，不能夠快速精確的將爐前鐵水中的碳硅成分測量出來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種測試速度快、工作穩(wěn)定可靠的爐前鐵水碳硅含量在線分析儀。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本申請采取的技術(shù)方案為:一種爐前鐵水碳硅含量在線分析儀，包括用于盛放鐵水試樣的樣杯、用于測量樣杯中鐵水溫度的測溫傳感器、信號分析處理模塊以及分析結(jié)果輸出模塊；
上述信號處理模塊由依次連接的信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和處理器組成；測溫傳感器將測得的溫度信號傳輸至信號放大電路；信號放大電路將放大后的信號輸出至A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路再將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號輸出至處理器；處理器對接收到的信號進(jìn)行分析處理，并將得到的結(jié)果通過分析結(jié)果輸出模塊進(jìn)行輸出。
[0005]本申請在應(yīng)用時，是利用記錄鐵水在樣杯中的冷卻曲線，然后根據(jù)冷卻曲線上特征值的變化來定量的計算鐵水的化學(xué)成分；或者利用凝固熱效應(yīng)參數(shù)來定性地評價鑄鐵的石墨形態(tài)和凝固質(zhì)量。
[0006]進(jìn)一步的，本申請所述的分析結(jié)果輸出模塊包括分別連接處理器的顯示模塊和打印機(jī)。分析儀還包括數(shù)據(jù)儲存器，用于存儲分析結(jié)果以及檢測值等數(shù)據(jù)，便于查詢。處理器可采用現(xiàn)有的單片機(jī)實現(xiàn)，單片機(jī)處理器的相關(guān)分析功能可結(jié)合現(xiàn)有軟件技術(shù)實現(xiàn)。所述顯示模塊、打印機(jī)以及數(shù)據(jù)儲存器也皆可采用現(xiàn)有技術(shù)。
[0007]更進(jìn)一步的，本申請所述測溫傳感器采用熱電偶；熱電偶優(yōu)選為K型熱電偶，熱電偶的冷端設(shè)有補償電橋。具體的，K型熱電偶具有線性度好，熱電勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好的優(yōu)點，其可測溫度范圍為0?1350°C ;熱電偶的冷端補償采用補償電橋的方法可消除采用補償導(dǎo)線帶來的測量誤差。
[0008]由于在實際測量中從熱電偶輸出的信號最多不過幾十毫伏(〈60 mV)，且其中包含工頻、靜電和磁耦合等共模干擾，對于這種信號的放大需要放大電路具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗；因此本申請的信號放大電路采用差分運算放大電路，易于與各種信號源匹配，且它的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流及輸入偏置電流小，并且溫漂較小。
[0009]有益效果
實際應(yīng)用時，本申請可利用現(xiàn)有軟件技術(shù)先于處理器單片機(jī)中固化入冷卻曲線等相關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，當(dāng)開始測量時，鐵水倒入樣杯，處理器單片機(jī)通過熱電偶實時采集溫度的變化，以及鐵水溫度下降的時間等相關(guān)數(shù)據(jù)，直到鐵水全部凝固，再根據(jù)采集到的鐵水溫度變化數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中已有的冷卻曲線、金相參數(shù)比較，得到鐵水的碳當(dāng)量、碳含量和硅含量等，并將碳當(dāng)量、碳含量、硅含量和相關(guān)測量溫度等通過數(shù)碼管等顯示模塊顯示出來，同時還可將碳含量、硅含量、碳當(dāng)量、峰值溫度、液相溫度、固相溫度、共晶度、硅調(diào)整、過冷度、最大過冷度、抗拉強度、硬度HB、質(zhì)量系數(shù)、石墨化因數(shù)、共晶石墨因素等儲存以及打印出來。
[0010]經(jīng)試驗證明，本申請測量鐵水中元素成分的測量范圍為碳當(dāng)量3.2?4.8±0.2%，碳含量2.8?4.2±0.08%，硅含量0.9?3.0±0.2%，測量速度快、精度高，能完全滿足企業(yè)生產(chǎn)需求。
【附圖說明】
[0011]圖1為本申請一種具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本申請做進(jìn)一步描述。
[0013]結(jié)合圖1所示，本申請的分析儀包括用于盛放鐵水試樣的樣杯、用于測量樣杯中鐵水溫度的測溫傳感器、信號分析處理模塊1、分析結(jié)果輸出模塊2以及數(shù)據(jù)儲存器；其中，測溫傳感器采用了 K型熱電偶，熱電偶的冷端設(shè)有補償電橋，以消除采用補償導(dǎo)線帶來的測量誤差；熱電偶將測得的溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出；信號處理模塊1由依次連接的信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和處理器組成；分析結(jié)果輸出模塊2包括分別連接處理器的顯示模塊和打印機(jī)
由于在實際測量中從熱電偶輸出的信號最多不過幾十毫伏(〈60 mV)，且其中包含工頻、靜電和磁耦合等共模干擾，對于這種信號的放大需要放大電路具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗；因此本申請的信號放大電路可采用現(xiàn)有的差分運算放大電路，一方面輸入阻抗較高，另一方面可消除噪聲干擾；
信號放大電路對接收到的溫度電壓信號進(jìn)行放大，然后輸出至A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路再將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號輸出至處理器；處理器采用單片機(jī)，其對接收到的信號進(jìn)行分析處理，并將得到的結(jié)果通過分析結(jié)果輸出模塊進(jìn)行輸出。
[0014]在應(yīng)用時，本申請可利用現(xiàn)有軟件技術(shù)先于處理器單片機(jī)中固化入冷卻曲線等相關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，當(dāng)開始測量時，鐵水倒入樣杯，處理器單片機(jī)通過熱電偶實時采集溫度的變化，以及鐵水溫度下降的時間等相關(guān)數(shù)據(jù)，直到鐵水全部凝固，再根據(jù)采集到的鐵水溫度變化數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中已有的冷卻曲線、金相參數(shù)比較，得到鐵水的碳當(dāng)量、碳含量和硅含量等，并將碳當(dāng)量、碳含量、硅含量和相關(guān)測量溫度等通過數(shù)碼管等顯示模塊顯示出來，同時還可將碳含量、硅含量、碳當(dāng)量、峰值溫度、液相溫度、固相溫度、共晶度、硅調(diào)整、過冷度、最大過冷度、抗拉強度、硬度HB、質(zhì)量系數(shù)、石墨化因數(shù)、共晶石墨因素等儲存以及打印出來。
【主權(quán)項】
1.一種爐前鐵水碳硅含量在線分析儀，其特征是，包括用于盛放鐵水試樣的樣杯、用于測量樣杯中鐵水溫度的測溫傳感器、信號分析處理模塊以及分析結(jié)果輸出模塊；上述信號處理模塊由依次連接的信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和處理器組成；測溫傳感器將測得的溫度信號傳輸至信號放大電路；信號放大電路將放大后的信號輸出至A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路再將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號輸出至處理器；處理器對接收到的信號進(jìn)行分析處理，并將得到的結(jié)果通過分析結(jié)果輸出模塊進(jìn)行輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐前鐵水碳硅含量在線分析儀，其特征是，還包括數(shù)據(jù)儲存器，數(shù)據(jù)儲存器的數(shù)據(jù)輸入端連接單片機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的爐前鐵水碳硅含量在線分析儀，其特征是，分析結(jié)果輸出模塊包括分別連接處理器的顯示模塊和打印機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的爐前鐵水碳硅含量在線分析儀，其特征是，測溫傳感器采用熱電偶，熱電偶的冷端設(shè)有補償電橋。
【專利摘要】本申請公開一種爐前鐵水碳硅含量在線分析儀，其包括用于盛放鐵水試樣的樣杯、用于測量樣杯中鐵水溫度的測溫傳感器、信號分析處理模塊以及分析結(jié)果輸出模塊；信號處理模塊由依次連接的信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和處理器組成；測溫傳感器將測得的溫度信號傳輸至信號放大電路；信號放大電路將放大后的信號輸出至A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路再將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號輸出至處理器；處理器對接收到的信號進(jìn)行分析處理，并將得到的結(jié)果通過分析結(jié)果輸出模塊進(jìn)行輸出。本申請可根據(jù)鐵水在樣杯中的冷卻曲線上的特征值變化來定量的計算鐵水的化學(xué)成分；或利用凝固熱效應(yīng)參數(shù)來定性地評價鑄鐵的石墨形態(tài)和凝固質(zhì)量，測試速度快、工作穩(wěn)定可靠。
【IPC分類】G01N25/02
【公開號】CN105372281
【申請?zhí)枴緾N201510872262
【發(fā)明人】楊立新
【申請人】南京華欣分析儀器制造有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月2日