CN102116802B - 金属熔体电阻率快速检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

金属熔体电阻率快速检测装置及检测方法。液态金属的物理性能研究一直是科学研究的热门课题，各国科学家为此做了大量的研究工作，近年来在我国也取得了一些可喜的研究成果。金属熔体电阻率快速检测装置，其组成包括：探头(1)，所述的探头连接的计算机电路，同时连接升降机构(7)和真空泵(8)，所述的探头的帽内有填充的耐高温材料和封口的耐高温密封胶，所述的探头包括穿过其中的电热偶(13)、两个直筒形的双石英管电导池(14)和所述的石英管连接的电极(15)。本发明用于铸造和冶金领域。

Description

金属熔体电阻率快速检测装置及检测方法

技术领域：

本发明涉及冶金和铸造领域，具体涉及一种金属熔体电阻率快速检测装置及检测方法。

背景技术：

液态金属的物理性能研究一直是科学研究的热门课题，各国科学家为此做了大量的研究工作，近年来在我国也取得了一些可喜的研究成果。电阻率是液态金属非常重要的物理参数之一，除了由于金属液固相变时电阻率会发生突变外，还发现在远高于液相线的高温区段，液态金属的结构改变也会由电阻率的变化灵敏地反映出来。因此，通过电阻率-温度曲线的研究，可以获得固态和液态金属的组织结构随温度演化的许多有用信息。不论是固态金属还是液态金属其电阻率通常较小，为了精确地测量其电阻值，一般采用两种测量方法，即接触电极测量法和非接触测量法。在接触电极测量法中最常用的是直流恒流源四电极法，四根电极中，两根用于向被测导体通入恒定直流电流，另两根用于测量被测导体的电压降，通过计算求其电阻值。在金属熔体电阻率测试中，通常是将四根电极埋在带有毛细管的电导池中，电导池可以是单根的浸入管，也可以是双“U”管。当坩埚中金属熔体达到预定温度时，将带有电极的电导池浸入熔体使金属熔体充填电导池，形成测试的通电回路。由于熔体电阻与试样形状关系密切，因此对电导池有很高要求，而异型电导池很难保证精确的尺寸精度。而异型电导池要保证精确的尺寸精度很难。在非接触检测方法中，应用较为普遍的是旋转磁场法，具有不同电阻率的熔体试样在旋转磁场作用下旋转的角度不同，因此测定熔体试样杯旋转角可以间接测定熔体电阻率。虽然非接触检测方法原理简单，但由于影响因素较多很难获得精确测量结果。

发明内容：

本发明的目的是提供一种具有较高实用价值的以电导池形状简单、负压抽吸取样、接触电极测量为主要特征的金属熔体电导率检测装置及检测方法。

上述发明的目的通过以下的技术方案实现：

金属熔体电阻率快速检测装置，其组成包括：探头，所述的探头连接的计算机电路同时连接升降机构和负压抽吸取样真空泵，所述的探头帽内有填充的耐高温材料和封口的耐高温密封胶，所述的探头包括穿过其中的电热偶、两个直筒形的双石英管电导池和所述的石英管连接的电极。

所述的金属熔体电阻率快速检测装置，所述的真空泵通过缓冲罐连接探头，所述的探头有探头帽，所述的计算机电路包括电源和滤波电路，所述的滤波电路连接数据放大器，所述的数据放大器连接信号采集板卡，所述的信号采集板卡连接计算机。

所述的金属熔体电阻率快速检测方法，计算机电路控制升降机构控制装卡在升降机构上的探头，使之能进出盛有金属熔体的坩埚；液态金属充满探头中的双石英管电导池；探头的两根石英管作为电导池，石英管在升降机构驱动下插入液态金属液内；真空泵开启时，液态金属将被吸入石英管，直至与电极接触，形成由电源、电极和金属熔体试样构成的闭合回路，此时有一个恒定的直流电流通过这个回路，通过电极测量石英管内液态金属试样上的电压降计算并显示合金熔体电阻率的测量结果。

所述的金属熔体电阻率快速检测方法，所述的计算并显示合金熔体电阻率是让恒定电流I由电极通过电导池内的金属熔体，测量电导池内金属熔体上的电压U就可利用欧姆定律R＝U/I计算电导池内金属熔体的电阻R，最后再根据电导池的长度L、内径r，计算熔体的电阻率ρ＝R·πr²/L。

所述的金属熔体电阻率快速检测方法，所述的计算机电路的滤波电路滤掉干扰信号，提供稳定的电压信号，这时数据放大器将稳定的电压信号放大，所述的信号采集板卡接计算机，深入石英管内的电极既用于向电导池提供恒定电流，以及用于测量石英管内待测金属液试样上的电压降，由于合金熔体的电阻率是温度的函数，所以在测量电阻率的同时需要测量温度，热电偶、石英管、电极被耐高温材料固定在探头帽内，下端用耐高温密封胶密封。

所述的金属熔体电阻率快速检测方法，如果电极材料的电阻率接近待测液态金属的电阻率，则把电极看作是待测液态金属的一部分，在这种情况下，电导池的长度就是石英管内液态金属的长度；如果电极材料的电阻率大于待测液态金属的电阻率，则认为插入金属液那部分电极的电阻被周围的液态金属短路，电导池的长度仍是石英管内液态金属的长度，故要求电极材料除了要耐高温以外其电阻率要大于或接近待测样品的电阻率。

有益效果：

1.本发明的探头加工制作简单，采用双石英管电导池，两个直筒形的石英管可以使电导池的长度、内径等参数都很精确、快速地测量，这对于获得准确的测量结果至关重要，是提高合金熔体电阻率测量值精度最根本、最有效的措施。

2.本发明的负压抽吸取样方法不仅能够保证合金熔体快速充填电导池，提高测试速度，而且能保证合金熔体在完全充满电导池的同时又不易滞留气泡，同时具有操作简单，易于实现自动化在线测量的特点。

附图说明：

图1是本发明的系统结构图。

图2是图1的探头结构图。

图3是图1的系统电路框图。

图4是图1的系统电路图。

本发明的具体实施方式：

实施例1：

金属熔体电阻率快速检测装置，其组成包括：探头1，所述的探头1连接的计算机电路同时连接升降机构7和真空泵8，所述的探头内填充的耐高温材料11和封口的耐高温密封胶12，所述的探头1包括穿过其中的电热偶13、两个直筒形的双石英管电导池14和所述的石英管连接的电极15。

所述的真空泵通过缓冲罐9连接探头1，所述的探头有探头帽10，计算机电路包括所述的探头1同时连接电源2和滤波电路3，所述的滤波电路3连接数据放大器4，所述的数据放大器4连接信号采集板卡5，所述的信号采集板卡5连接计算机6，所述的真空泵8通过缓冲罐9连接探头1。

实施例2：

金属熔体电阻率快速检测方法，计算机电路控制升降机构控制装卡在升降机构上的探头，使之能进出盛有金属熔体的坩埚；液态金属充满探头中的双石英管电导池；探头的两根石英管作为电导池，石英管在升降机构驱动下插入液态金属液内；真空泵开启时，液态金属将被吸入石英管，直至与电极接触，形成由电源、电极和金属熔体试样构成的闭合回路，此时有一个恒定的直流电流通过这个回路，通过电极测量石英管内液态金属试样上的电压降计算并显示合金熔体电阻率的测量结果。

所述的金属熔体电阻率快速检测方法，所述的计算并显示合金熔体电阻率是让恒定电流I由电极通过电导池内的金属熔体，测量电导池内金属熔体上的电压U就可利用欧姆定律R＝U/I计算电导池内金属熔体的电阻R，最后再根据电导池的长度L、内径r，计算熔体的电阻率ρ＝R·πr²/L。

所述的金属熔体电阻率快速检测方法，所述的计算机电路的滤波电路滤掉干扰信号，提供稳定的电压信号，这时数据放大器将稳定的电压信号放大，所述的信号采集板卡接计算机，深入石英管内的电极既可用于向电导池提供恒定电流，又可用于测量石英管内待测金属液试样上的电压降。由于合金熔体的电阻率是温度的函数，所以在测量电阻率的同时需要测量温度，热电偶、石英管、电极被耐高温材料固定在探头帽内，下端用耐高温密封胶密封好。

所述的金属熔体电阻率快速检测方法，如果电极材料的电阻率接近待测液态金属的电阻率，则把电极看作是待测液态金属的一部分，在这种情况下，电导池的长度就是石英管内液态金属的长度；如果电极材料的电阻率大于待测液态金属的电阻率，则认为插入金属液那部分电极的电阻被周围的液态金属短路，电导池的长度仍是石英管内液态金属的长度，故要求电极材料除了要耐高温以外其电阻率要大于或接近待测样品的电阻率。

实施例3：

实施例1或2所述的金属熔体电阻率快速检测方法：

以测量熔融铝合金LD11的电阻率为例，计算机控制升降机构下降，探头进入铝合金LD11熔体中，此时计算机控制真空泵开启，液态铝合金LD11被吸入石英管内并与电极接触形成闭合回路，这时直流恒流源通过电极提供一个恒定的电流流过石英管内的金属液体，通过电极可以测量石英管内金属液体试样上的电压降，这个被测量的电压信号经过滤波电路滤掉干扰信号，经数据放大器放大，再经信号采集板卡送到计算机中，由计算机完成熔融铝合金LD11电阻率和温度的显示。下面是测量结果。

表1液态铝合金LD11电阻率测量值

Claims (4)

1.一种金属熔体电阻率快速检测装置，其组成包括：探头，所述的探头连接计算机电路，计算机电路同时连接升降机构和负压抽吸取样真空泵，所述的探头内填充有耐高温材料和探头帽的封口用的耐高温密封胶，所述的探头包括穿过其中的电热偶、一个直筒形的双石英管电导池和所述的双石英管中的电极；所述的负压抽吸取样真空泵通过缓冲罐连接探头，所述的探头有探头帽，滤波电路连接数据放大器，所述的数据放大器连接信号采集板卡，所述的信号采集板卡连接计算机电路，探头的双石英管作为电导池，双石英管在升降机构驱动下插入金属熔体液内；负压抽吸取样真空泵开启时，金属熔体将被吸入双石英管，直至与电极接触。

2.一种利用权利要求1所述的金属熔体电阻率快速检测装置进行金属熔体电阻率快速检测方法，其特征是：计算机电路控制升降机构控制装卡在升降机构上的探头，使探头能进出盛有金属熔体的坩埚；金属熔体充满探头中的双石英管电导池；探头的双石英管作为电导池，双石英管在升降机构驱动下插入金属熔体液内；负压抽吸取样真空泵开启时，金属熔体将被吸入双石英管，直至与电极接触，形成由电源、电极和金属熔体构成的闭合回路，此时有一个恒定的直流电流I通过这个回路，通过电极测量双石英管内金属熔体上的电压

计算并显示金属熔体电阻率的测量结果；如果电极材料的电阻率接近待测金属熔体的电阻率，则把电极看作是待测金属熔体的一部分，在这种情况下，电导池的长度就是双石英管内金属熔体的长度；如果电极材料的电阻率大于待测金属熔体的电阻率，则认为插入金属熔体那部分电极的电阻被周围的金属熔体短路，电导池的长度仍是双石英管内金属熔体的长度，故要求电极材料除了要耐高温以外其电阻率要大于或接近待测样品的电阻率。

3.根据权利要求2所述的金属熔体电阻率快速检测方法，其特征是：所述的计算并显示金属熔体电阻率的测量结果，是让恒定的直流电流I由电极通过电导池内的金属熔体，测量电导池内金属熔体上的电压

就可利用欧姆定律

计算电导池内金属熔体的电阻R，最后再根据电导池的长度

、内径

，计算金属熔体的电阻率

。

4.根据权利要求2或3所述的金属熔体电阻率快速检测方法，其特征是：所述的滤波电路滤掉干扰信号，提供稳定的电压信号，这时数据放大器将稳定的电压信号放大，所述的信号采集板卡接计算机电路，深入双石英管内的电极既用于向电导池提供恒定的直流电流I，以及用于测量双石英管内待测金属熔体试样上的电压U，由于金属熔体的电阻率是温度的函数，所以在测量电阻率的同时需要测量温度，热电偶、双石英管、电极被耐高温材料固定在探头帽内，探头帽下端用耐高温密封胶密封。

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