專利名稱：液態金屬及液態合金表面張力的快速測定裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是冶金和鑄造領域，具體是一種液態金屬及液態合金表面張力的快速測定裝置。
背景技術：
表面張力是液態金屬及液態合金的重要物理參數之一。很多質量參數，如鑄鐵石墨形態、鋁合金變質處理效果、合金充型能力等，均與其合金液的表面張力密切相關。液態合金表面張力的傳統測定方法主要有氣泡最大壓力法、靜滴法和拉筒法等，其測定時間都在幾分鐘以上。迄今為止，尚無真正意義上的快速檢測方法用于液態合金表面張力的爐前檢測。因此，利用表面張力實時評價液態合金相關質量參數的愿望一直無法實現。在《應用科學學報》1999年第3期上，由李大勇、康九州、張宇彤、陶國剛等人發表的題為“一種包內快速預測鐵水石墨形態的新方法及新裝置”的論文中提出了一種可在5秒鐘內快速測得液態合金表面張力的新方法“氣泡幅頻當量法”，該方法的基本原理如圖1所示，該方法通過一個裝有一定內徑尺寸Φx的直線形毛細石英管的探頭向被測液態合金快速吹入氣泡，監測5秒鐘時間內毛細管內壓差變化，獲得一條等幅壓力振蕩曲線，識別和計算出等幅振蕩曲線上的峰、谷值及峰谷差值ΔP并依此計算出5秒時間內吹出氣泡的個數N，根據Φx、ΔP和N，再利用公式σe＝aΔP+bN+c(Φx-Φo)求出一個與被測液體表面張力σ等價的表面張力，稱之為當量表面張力(公式中σe為當量表面張力，Φo為標準毛細管的內徑，Φo＝2.0mm，a、b、c為經試驗確定的系數)。與傳統測定方法相比，“氣泡幅頻當量法”具有測試速度快，可實現液態合金表面張力爐前快速檢測，使用方便、測試成本低等優點。但由于采用直線形毛細管向下吹氣的方式，在測定液態金屬及液態有色合金時，其表面氧化膜易包裹毛細石英管口；在測定翻騰比較劇烈的液態球墨鑄鐵時，其表面熔渣也容易進入毛細石英管中；上述現象導致出現吹不出氣泡和壓差曲線不等幅的現象，嚴重地影響了測量精度，使“氣泡幅頻當量法”的推廣應用受到了阻礙。
發明內容
本發明的目的是提供一種液態金屬及液態合金表面張力的快速測定裝置，它能對液態金屬及液態合金的表面張力進行快速準確的測量。它由探頭上下驅動機構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6、惰性氣體鋼瓶6-1、壓差信號放大器7、溫度信號放大器8、LED顯示器9、微型打印機10、單片機擴展電路11、鍵盤電路12組成；探頭上下驅動機構1中的電動機1-1的電源控制信號輸入端連接單片機擴展電路11的電源控制信號輸出端，探頭上下驅動機構1中的牽引架1-2的下端蹄形機械手與耐熱探頭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測量高溫石英管4-2的管內徑的進氣端口連接微型空壓機6的出氣端口，氣路電磁換向閥5測量表面張力值的進氣口連接惰性氣體鋼瓶6-1的出氣端口，微型空壓機6的受控端連接單片機擴展電路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擴展電路11的第二控制輸出端，微壓差傳感器2的氣壓檢測端口2-1與耐熱探頭4的上端空腔4-1連通，微壓差傳感器2的檢測信號輸出端連接壓差信號放大器7的信號輸入端，壓差信號放大器7的信號輸出端連接單片機擴展電路11的第一信號輸入端，紅外溫度傳感器3的外殼通過兩個連桿3-1連接在微壓差傳感器2的保護外罩2-2上，紅外溫度傳感器3的測溫端口3-2垂直向下，紅外溫度傳感器3的檢測信號輸出端連接溫度信號放大器8的信號輸入端，溫度信號放大器8的信號輸出端連接單片機擴展電路11的第二信號輸入端，單片機擴展電路11的顯示數據輸出端連接LED顯示器9的數據信號輸入端，單片機擴展電路11的打印數據輸出端連接微型打印機10的數據輸入端，鍵盤電路12的控制信號輸出端連接單片機擴展電路11的控制信號輸入端，耐熱探頭4中的耐高溫石英管4-2的管內徑為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動機構1鎖緊耐熱探頭4，微型空壓機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，單片機擴展電路11通過微壓差傳感器2測得耐高溫石英管4-2的內徑，然后將耐高溫毛細石英管4-2的彎鉤端全部浸入液態金屬或液態合金一定深度中，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向液態金屬或液態合金中吹入氣泡，單片機擴展電路11通過微壓差傳感器2和紅外溫度傳感器3實時監測空腔4-1中的壓差和液體的溫度變化，最后計算出液態金屬或液態合金的表面張力值。本發明能對液態金屬及液態合金進行表面張力的快速測定，在測定液態金屬或液態合金的表面張力值時，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入耐高溫石英管等現象，保證均勻地生成完整的氣泡，它還具有結構簡單、測量準確和快速的優點。
圖1是背景技術中“氣泡幅頻當量法”的測量原理示意圖，圖2是本發明的整體結構示意圖。
具體實施例方式結合圖2說明本實施方式，本實施方式由探頭上下驅動機構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6、惰性氣體鋼瓶6-1、壓差信號放大器7、溫度信號放大器8、LED顯示器9、微型打印機10、單片機擴展電路11、鍵盤電路12組成；探頭上下驅動機構1中的電動機1-1的電源控制信號輸入端連接單片機擴展電路11的電源控制信號輸出端，探頭上下驅動機構1中的牽引架1-2的下端蹄形機械手與耐熱探頭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測量高溫石英管4-2的管內徑的進氣端口連接微型空壓機6的出氣端口，氣路電磁換向閥5測量表面張力值的進氣口連接惰性氣體鋼瓶6-1的出氣端口，微型空壓機6的受控端連接單片機擴展電路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擴展電路11的第二控制輸出端，微壓差傳感器2的氣壓檢測端口2-1與耐熱探頭4的上端空腔4-1連通，微壓差傳感器2的檢測信號輸出端連接壓差信號放大器7的信號輸入端，壓差信號放大器7的信號輸出端連接單片機擴展電路11的第一信號輸入端，紅外溫度傳感器3的外殼通過兩個連桿3-1連接在微壓差傳感器2的保護外罩2-2上，紅外溫度傳感器3的測溫端口3-2垂直向下，紅外溫度傳感器3的檢測信號輸出端連接溫度信號放大器8的信號輸入端，溫度信號放大器8的信號輸出端連接單片機擴展電路11的第二信號輸入端，單片機擴展電路11的顯示數據輸出端連接LED顯示器9的數據信號輸入端，單片機擴展電路11的打印數據輸出端連接微型打印機10的數據輸入端，鍵盤電路12的控制信號輸出端連接單片機擴展電路11的控制信號輸入端，耐熱探頭4中的耐高溫石英管4-2的管內徑為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選用的型號是LCY-1000，紅外溫度傳感器3選用的型號是R46-2ML3，壓差放大器7的芯片選用的型號是ICL7650，溫度信號放大器8的芯片選用的型號是ICL7650，單片機電路11的單片機選用的型號是80C196KC，打印機10選用的型號是μP-16A。
權利要求
1.液態金屬及液態合金表面張力的快速測定裝置，它由探頭上下驅動機構(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(6)、惰性氣體鋼瓶(6-1)、壓差信號放大器(7)、溫度信號放大器(8)、LED顯示器(9)、微型打印機(10)、單片機擴展電路(11)、鍵盤電路(12)組成；探頭上下驅動機構(1)中的電動機(1-1)的電源控制信號輸入端連接單片機擴展電路(11)的電源控制信號輸出端，探頭上下驅動機構(1)中的牽引架(1-2)的下端蹄形機械手與耐熱探頭(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)測量高溫石英管(4-2)的管內徑的進氣端口連接微型空壓機(6)的出氣端口，氣路電磁換向閥(5)測量表面張力值的進氣口連接惰性氣體鋼瓶(6-1)的出氣端口，微型空壓機(6)的受控端連接單片機擴展電路(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擴展電路(11)的第二控制輸出端，微壓差傳感器(2)的氣壓檢測端口(2-1)與耐熱探頭(4)的上端空腔(4-1)連通，微壓差傳感器(2)的檢測信號輸出端連接壓差信號放大器(7)的信號輸入端，壓差信號放大器(7)的信號輸出端連接單片機擴展電路(11)的第一信號輸入端，紅外溫度傳感器(3)的外殼通過兩個連桿(3-1)連接在微壓差傳感器(2)的保護外罩(2-2)上，紅外溫度傳感器(3)的測溫端口(3-2)垂直向下，紅外溫度傳感器(3)的檢測信號輸出端連接溫度信號放大器(8)的信號輸入端，溫度信號放大器(8)的信號輸出端連接單片機擴展電路(11)的第二信號輸入端，單片機擴展電路(11)的顯示數據輸出端連接LED顯示器(9)的數據信號輸入端，單片機擴展電路(11)的打印數據輸出端連接微型打印機(10)的數據輸入端，鍵盤電路(12)的控制信號輸出端連接單片機擴展電路(11)的控制信號輸入端；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.根據權利要求1所述的液態金屬及液態合金表面張力的快速測定裝置，其特征在于耐高溫石英管(4-2)的管內徑為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
液態金屬及液態合金表面張力的快速測定裝置，它涉及的是冶金和鑄造領域。(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)的兩個進氣端口分別連接(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。本發明能對液態金屬及液態合金進行表面張力的快速測定。
文檔編號G01N13/02GK1603788SQ200410044059
公開日2005年4月6日 申請日期2004年11月17日 優先權日2004年11月17日
發明者李大勇, 石德全, 王利華, 張宇彤 申請人:哈爾濱理工大學