CN109870552A - 弹性模量伸长率、抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹性模量伸长率、抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，该检测仪包括信号采集装置、热电势联合计量接口装置、数据处理主机以及数据输出设备，信号采集装置用于产生与石墨态铁液的温度变化相关的电信号，热电势联合计量接口装置用于对电信号进行放大和模/数转换，以便于数据处理主机对数字信号进行处理，数据输出设备包括数据远传装置、存储装置、显示装置和打印装置。本发明的智能检测仪适合于国家标准和国际标准所规定的二十二种牌号铁水、二十种关键参数的快速检测，并且检测精度高、稳定性好。

Description

弹性模量伸长率、抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪

技术领域

本发明涉及一种弹性模量伸长率抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，该仪器采用大数据、互联网+及热分析联用技术，能够在炉前铁液采样、在线快速测出铸铁材质的各种高端理化参数，以便在浇铸之前通过对铁液的成份调整及工艺调整来保证高端铸件质量。

背景技术

作为装备制造业基础的铸造业，不断面临升级换代及制造高端铸件的压力。为了确保高端铸件质量，针对铸件综合性能中关键参数的炉前在线检测则是重中之重。综合性能的检测既需包括碳含量、硅含量等化学成分检测，还应包括硬度、金相等物理参数检测；尤其是高端关键参数，诸如对弹性模量E、抗拉强度Rm、屈服强度σs、伸长率A、低温冲击韧性Ak等综合性能参数的在线检测，则要求更为紧迫。对此，目前行业内尚无炉前快速检测的手段，只能事后补做试验，或是干脆放弃检测(如弹性模量E，国内厂家几乎都放弃不做)。这样一来，要么导致高端铸件(如高档数控机床的床身、导轨)频频因变形严重而迅速失效，结果只能依赖价格高昂的整机进口；要么因材质(如风电、高铁铸件的低温冲击韧性)性能不达标而无生产资格。这种高端铸件所面临的质量瓶颈状态必须尽快克服。事后补做各项常规检测一直是传统铸件检测的特点，需在浇铸完成后对试块或铸件进行繁琐的解剖切片、制样分析，此乃离线检测。离线检测包括抗拉、屈服、冲击、硬度、弹性模量等多种力学检测法、光学金相检测法或扫描电镜检测法、电子探针检测法、透射电镜检测法等，这些方法存在着费用高、涉及的设备多、耗时长、不能指导在线生产、无法消除废品等诸多缺点。

本发明的弹性模量伸长率、抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，采用了大数据、互联网+及热分析联用技术，首次实现了铸铁高端性能指标及理化综合参数的在线检测；其检测范围广，覆盖了灰铸铁国家标准和国际标准的全部8个牌号(HT100～350)、球铁常用的10个牌号(QT350～900)、可锻铸铁常用的4个牌号(KTH300-6～KTH 370-12)等22个牌号，可全面快速检测20个检测指标，如:

9个关键核心指标：弹性模量E、抗拉强度Rm、屈服强度σs、伸长率A、低温冲击韧性Ak、布氏硬度HB、铸铁牌号、球化率DS、球化级别等；

11个重要理化指标：碳当量CEL、碳C、硅Si、杯内铁液最高温度TM、液相线温度TL、固相线温度TS、球墨初晶温度TN、球墨最低过冷温度TU、球墨最高回升温度TR、珠光体含量、球墨个数等；

除上述快速检测功能外，本仪器还有各种牌号的优化配料功能、挽救废品的工艺提示功能及智能调整功能，是理想的炉前智能检测集成系统。

从铁水取样到显示打印各种理化性能数据，仅需要1.5～3分钟，这就为炉前轻松应对各种工艺问题、迅速实施挽救处理赢得了宝贵时间，可有效杜绝材质废品，确保高端铸件优质稳定。因此，本仪器具有很好的应用前景。

与其他类似的铁水检测设备相比，现有其他设备尚不能真正实现综合性能检测，例如日本撒布浪斯探测仪器公司NSP-510型炉前铁水成分测定仪、瑞典Novacast公司的PQ-DIT检测系统、德国的Detal-CII检测系统等，虽然检测速度比离线检测快，但缺乏弹性模量E、屈服强度σs、伸长率A、低温冲击韧性Ak、铸铁牌号等关键核心指标；检测范围窄、功能单一；且不能同时检测灰铁、球铁、玛铁和高碳等多种真实铁水；在抗干扰能力、检测稳定性、重现性和检测精度诸多方面也无法满足高端铸件的要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有其他铁液检测仪的缺点，提供一种检测范围大、精度高的弹性模量伸长率抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，该仪器适合于国家标准和国际标准所规定的灰铁、球铁、玛铁(和高碳)四大类别、二十二种牌号铁水(HT100～HT350，QT400～ QT 900，KTH300-6～KTH 370-12)、二十种参数的快速检测，尤其是，其中包括了弹性模量E、抗拉强度Rm、屈服强度σs、伸长率A、低温冲击韧性Ak、布氏硬度HB、铸铁牌号、球化率 DS、球化级别等九种关键核心指标。

为此，本发明的弹性模量伸长率抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪必须包括以下组成：

1、石墨态铁液-采样模块装置：用于真实铁液的信号采集；

2、热电势联合计量接口装置；

3、数据处理主机；

4、数据输出设备。

其中1、石墨态铁液采样模块装置：由取样皿、传感器及综合滤波组件构成。

取样皿(或称取样勺)：由轻质耐火保温材料做成。

传感器(或称样杯)：选用高精度的电偶丝，以保证其高温下的热稳定性及抗氧化性都较好；电偶丝外面套有耐高温的保护套管，水平置于杯体高度的1/2～2/3处，以使其热惰性很小；凝固前后的温度变化值可精确地转换为易于识别的、0～60mv变化的热电势值。石墨态铁液传感器的杯体符合牛顿冷却条件，它以细于20目的覆膜砂采用射芯机制成，可确保铁水按Fe－ C稳定系方式(非白口化)结晶，并且确保冷却曲线的“平滑化”(即平滑且特征点显著)。

取样铁液浇入传感器后，通过数据处理主机监视其凝固过程，从中获取一系列特征信息，经及时处理判断并快速输出铁液的各种理化关键参数，同时能够根据质量目标给出挽救性工艺提示，从而指导生产过程，并且为以后的闭环自动控制提供实现手段。详述见后。

综合滤波组件：为外套保护管的铜-康铜信号传输线等，它将信号由炉前引至检测室内，可以排除对采样信号的各种干扰。

其中2、热电势联合计量接口装置：包括信号放大电路和A/D(模/数)转换电路；信号放大电路用于接收传感器输出的电信号，并且对该电信号进行放大；A/D(模/数)转换电路可将信号放大电路输出的经过放大的模拟信号转换为数字信号，详述见后。

其中3、数据处理主机：对该数字信号进行处理。数据处理主机采用工控嵌入式主板和 Linux操作系统，以包括多元相图、多元非线性回归等的热分析联用技术为基础，对接收的数据进行处理，以得到被测铁液的相关理化参数。为此，数据处理主机除了包括Linux内核、 RTLinux内核、MiniGUI图形支持库等之外，就其处理功能而言还包括：针对真实铁液的“石墨态铁液采样模块”、参数获取模块和各种输出模块等，详述见后。

其中4、数据输出设备：包括数据远传装置、存储装置、显示装置(如显示器、大屏幕、网络传输至平板电脑等)和打印装置(热敏打印机、宽行打印机)，详述见后。

本发明的弹性模量伸长率抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，其有益效果是：该仪器 (系统)适合于国家标准和国际标准所规定的22种牌号铁水、20种理化参数的快速检测，即：

1)、三分钟可测出灰铁(尤为HT300、HT350高端牌号)的十项关键参数：包括物理性能中的(1)牌号、(2)抗拉强度σb、(3)弹性模量E、(4)硬度HB、化学成分中的(5)碳当量CEL、(6)碳C、(7)硅Si及(8)最高温度TM、(9)液相线温度TL、(10)固相线温度TS 以及误操作提示、挽救废品的工艺提示等；

2)、三分钟测出玛铁“KTH300～370”的九项关键参数，包括：(1)牌号、(2)抗拉强度σb、(3)伸长率δ，(4)碳当量CEL、(5)碳C、(6)硅Si及(7)最高温度TM、(8)液相线温度TL、(9)固相线温度TS以及误操作提示、挽救废品的工艺提示等；

3)、一分半钟可测出球铁(尤为QT600-3、QT700-2、QT350-22、QT400-18等高端牌号) 的十三项关键参数，包括：(1)弹性模量E、(2)屈服强度σs、(3)低温冲击韧性Ak、(4) 牌号、(5)抗拉强度σb、(6)伸长率δ、(7)布氏硬度HB、(8)球化率Ds、(9)球化级别、 (10)最高温度TM、(11)球墨初晶温度TN、(12)球墨过冷温度TU、(13)球墨回升温度TR 以及误操作提示、挽救废品的工艺提示等；

4)、三分钟测出高碳铁水(包括球铁原铁水、蠕铁原铁水)、高硅铁水、低硅铁水的九项关键参数，包括：物理性能中的(1)牌号、(2)抗拉强度σb、(3)布氏硬度HB；化学成分中的(4)碳当量CEL、(5)碳C、(6)硅Si及(7)最高温度TM、(8)液相线温度TL、(9) 固相线温度TS等。

由于具有上述优点，本发明真正实现了严控现场质量的目标：因为弹性模量E是高端铸铁件(HT、QT)抵抗变形的核心参数，屈服强度σs、低温冲击韧性Ak是安保型高端铸铁件(如风电、高铁件)的核心参数，都是判废的核心依据；加之灰铁的抗拉强度σb、布氏硬度HB和球铁、玛铁的抗拉强度σb及伸长率A也都是国家标准及国际标准所规定的判废指标；若不能快速将其测出，则达不到质量在线检测的根本目的；同样，若不能在一分半钟内快速测出球铁的球化率Ds，在铁水降温之前就不能有效指导浇注以防止球化和孕育衰退。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是其他铁液检测仪所采用的Fe-C二元相图；

图2是与图1对应的灰铸铁冷却曲线；

图3是现有其它检测仪器存在的液、固相线温度TL、TS易于误判的示意图；

图4是本发明的综合性能铁液智能检测仪采用的Fe-C-Si三元相图；

图5是本发明的综合性能铁液智能检测仪采用的非线性修正示意图；

图6是本发明的综合性能铁液智能检测仪所测得的球铁冷却曲线；

图7是本发明的综合性能铁液智能检测仪的组成方框图；

图8是热电势联合计量接口装置的电路原理图；

图9是数据处理主机的原理图；

图10是本发明的综合性能铁液智能检测仪采用的传感器的剖视图。

具体实施方式

在对本发明的综合性能铁液智能检测仪进行详细说明之前，首先从理论方面来分析现有其它检测仪器的技术缺陷产生的原因，并且由此可以更好地理解本发明的特点和优异效果产生的机理。

热分析法是利用合金凝固时因各个相的状态变化导致所释放的结晶潜热不同，从而在冷却曲线上形成拐点或平台的特点，由此反推合金的化学成份。

现有其它在线检测设备的弊病之一是：只能测碳当量CEL、碳C等少数的化学成份；原因在于只取二元理想状态，即将铁液或铸铁视为理想状态下的《铁-碳化铁》二元合金。其测试原理所基于的Fe-Fe3C二元相图及典型的铁水凝固过程降温曲线(即冷却曲线)如图1、图2 所示。为了更清楚显示图1和2之间的对应关系，在附图中将这两个图并排放置。由图可见，他们简单地认为，只要找到冷却曲线的液相线温度TL(按照Fe-Fe3C二元相图的思路，Ts呈水平线，其数值不变化)，就可对应Fe-Fe3C二元相图得到其含碳量x％(图1横坐标)。此法的缺点是：根本不考虑Ts值的影响，而硅量恰恰与Ts密切相关，因此导致测试硅的准确性大大降低。实际上铸铁中硅的作用很大，不可忽视，Ts也是波动的非恒定值。后来，现有的其它检测设备一直试图将Ts值对硅检测结果的影响作为考虑的因素，但至今尚未能解决Ts值敏感度低的问题，即当铁水中硅含量波动变化时，其它检测设备所测出的Ts值仍无显著变化。现有其它检测设备的弊病之二是：由于所测试的样杯铁液被强行白口化，导致铁液的冷却曲线被严重钝化，无法显现凝固时的细微变化，这也导致测得的凝固参数少、自变量少，从而功能少(只能是碳当量、碳等少数指标)、精度差。

现有其它检测设备的弊病之三是：不能识别冷却曲线中的异常平台、异常尖峰或回升信号，使得液相线温度TL值及固相温度Ts值容易误判，如图3所示。

现有其它检测设备的弊病之四是：仅采用线性回归数据处理技术，故造成测试仅有的基本功能碳(C)、硅(Si)的检测准确性也大大降低。

本发明的弹性模量伸长率抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪在检测方法和系统组成方面，针对现有其它检测设备的上述缺点实现了如下的创新。

1、首先，本发明采用真实铁液的检测模式。

作为铁碳合金的铸件或试棒，所含的碳都是以石墨形态存在于金属基体里的。那么，传感器(样杯)里被测的铁液，凝固组织里也应该是石墨形态，这样测试才能有代表性；而现有其它检测设备，在测试时却须用样杯涂料中的碲等强烈白口化的元素，迫使浇入样杯内的铁液变成白口，使其中的碳以Fe3C(碳化物)的形态存在，然后再测试此“白口化”铁液。显然，它与铸件、试棒的“灰口”根本不同。这样的测试难免会有“没代表性”的嫌疑，应予以改正。

为此，本发明采用了非白口化“石墨态铁液传感器”，可确保样杯内铁液为石墨化组织，所获取的铁液冷却曲线，表达了铁液石墨化后的凝固真实状态。与铸件试棒保持一致。实施了真实铁液的检测模式。

2、本发明引入多元相图，使测试碳、硅的精度全面提高。

工程用铸铁材料，除含碳之外，含硅量也很高，应视为Fe-C-Si三元合金，这样其三元合金相图上液相线、固相线都相应地变成了曲面(液相面、固相面)，如图4所示。通过先找到铁水冷却时与两个曲面之交点－液相温度TL及固相温度Ts，再对照Fe-C-Si三元相图，可以更为准确地得到其含碳量及含硅量，这样做，测试精度会明显好于其它设备测试时所依据的 Fe-C二元相图。

3、本发明采用了提高采样温度敏感性的诸多措施：如，1)优化热电偶丝的杯中位置试验发现使热电偶丝处于杯体高度的1/2～2/3处，可提高敏感度；2)消除碲的影响；3)滤波算法的合理使用等。

4、采用独特的“石墨态铁液采样模块”，可从冷却曲线里获取大量的结晶热力学信息，自变量更多，考虑更全面、功能当然也更多。

5、本发明采用了独特的热分析联用技术。

例如，须全面考虑对理化参数有影响的各个因素，如曲线上各凹凸段的特征、各平台段的特征、各点斜率、各段积分等；同时还须考虑Cu、Cr、Mo、Ni等合金元素影响，Pb、As、Bi等微量元素影响，氧、硫、锰、磷等元素的影响；还须考虑熔炼工艺条件的影响等。综上所述，对这些信息和因素必须综合分析、全面加以考虑，此即本发明的热分析联用技术。当上述诸因素对理化参数有显著影响时，便构成了描述铸铁特性的一组自变量，其影响力之大小必须从熔炼合金理论及相关回归系数诸方面做综合非线性判断。

不同的铸铁材质，有着下述不同的金相及热分析冷却曲线特征，这是非线性判断的基础。

灰铸铁：这是铸铁材质中的一种，其主要特征是石墨呈片状(长宽比≥50)，当铸铁凝固时，碳通常以石墨状态析出，形态各异。石墨的不同形态，决定了铸铁的不同类别。石墨呈虫状时(长宽比2～10)为蠕墨铸铁；石墨呈球状时(长宽比＝1)为球墨铸铁；石墨(固态退火后得到)呈团絮状时(长宽比≈1)为可锻铸铁(玛铁)。由图1、图2中的曲线以及试验表明，灰铸铁强度与冷却曲线上的温度TL成正比。除了温度TL之外，影响强度的因素还有很多，如碳化物、珠光体、磷共晶、过冷石墨的数量，晶粒的粗细，硅碳比等，结果，金属铁液各理化参数和冷却曲线各自变量的关系是一个多元非线性的函数关系。基于此，本发明在多元回归的基础上，采取非线性修正措施(现有其它检测设备仅采用线性处理技术)，将各主要因素予以综合考虑。只有这样才能实现对灰铁国标全部八个牌号(HT100～HT350)之强度、硬度HB等10 个参数的在线测试。

非线性修正的示意图，如图5所示。

再看玛铁：它与灰铁不同的是：玛铁为白口化凝固方式，即Fe-Fe3C二元模式，热处理后石墨呈团絮状。

再看球铁：在图6的球铁冷却曲线中，仅以△T2、△T1等因素对球铁性能参数(如强度σb、伸长率δ、球化率Ds)之影响为例：回升值△T2越小，说明奥氏体壳越完整，球化越好，强度越高。反之，冷却曲线回升值△T2较大时，说明奥氏体壳已破裂，球墨已畸变、球化差，强度变坏。过冷度△T1越小，球径越均匀，伸长率δ越高。铁液含碳量越高、液固相线温度差越大、冷却曲线上的“初晶温度TN”与“大量共晶结晶的温度TU”之差(即过冷度△T1) 也越大，说明初生球墨长大的时间长、初生球墨之球径就更大，球径总体不均匀，造成韧性差、伸长率δ值下降。反之亦然。同理，影响球铁性能的各种内在因素如球化的好坏、球径的均匀度、碳化物的有无及多少、衰退的前兆等，都在凝固过程中球铁的冷却曲线上有着详细的反映，在综合考虑诸自变量的影响并经多元非线性回归后，即可速测球铁的强度、伸长率、球化率、碳化物等关键参数。

再看蠕铁：蠕铁的综合性能明显好於灰铁，其测试原理与球铁相似，关键在于回升段的特征，球铁与蠕铁的回升斜率不同。

综上所述，非线性判断极为重要。

本发明的弹性模量伸长率抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪正是以上述的热分析联用技术为基本原理，以非白口化采样为突破口，以非线性数学模型为核心，以工控嵌入式主板、数据远传模块等为硬件平台，首次组成了性价比最佳的智能检测系统。

组成铁液智能检测仪的热电势联合计量接口装置，可将铁液温度传感器经滤波组件输出的毫伏信号直接转换成数字量，通过例如RS-232总线及标准通信协议将数据传送给数据处理主机。如图8所示，在该装置内由CPLD运行采集和通信程序，实现通道切换、ADC启动、采集数据、环境温度补偿、数字校零、非线性校正和数据处理等功能，主机发送读取数据命令，输出已经线性化了的温度的数字量。该装置内包括一个温度采集模块，它能够同时采集4路热电偶信号，模拟开关CD4052分别切换多路温度传感器，由CPLD控制顺序选中通道0到通道3的温度传感器测量电路，经过两级放大(ICL7652)与环境温度采集信号叠加后送入A/D转换器 (ADS976)。逻辑器件CPLD采集数据后，经校零、滤波和线性化处理后转换为对应的温度数字量，送交给另一块CPLD，它主要处理与主机的串行通信。上位机需要数据时，通过串行口发取数据命令，CPLD则把当前最新数据传送给主机。同时采集模块中还有一块EEPROM，主要存储与运算模型相关的参数，当主机需要时也是由CPLD通过串行口发送给主机。

接口装置也可以采用IC7650两级放大冷端补偿、AD574模数(A/D)转换。

组成铁液智能检测仪的数据处理主机包括工控嵌入式主板，其中CPU为300MHz主频，128M 内存，使用Busybox软件运行于Linux系统；外围接口包括RS-232、RS-232/485、并口、10/100M 以太网接口、软驱、IDE硬盘接口、USB口；串行接口可连接采集模块及数据远传；并口连打印；USB口用于历史数据转存；以太网接口提供了高速数据通道，可用于过程控制系统；硬盘接口可接大容量外存。

数据处理主机也可以采用单板机，例如Z80系列的单板机。

组成铁液智能检测仪的数据输出设备包括数据远传装置、存储装置、显示装置和打印装置。显示装置可以采用LCD显示器，也可以采用低功耗的FIP荧光显示板或平板电脑，用于显示检测过程和检测结果；打印装置可采用热敏打印机，用于打印检测结果；数据远传装置包括以太网、RS-232、RS-485等通信方式，通过FTP方式和zmodem协议，对外可提供在线数据和分析结果，便于用户远程实时监控；存储装置可以是硬盘或者USB移动存储器，以存储历史数据，便于质量管理。

在数据处理主机中，以包括多元相图、多元非线性回归等的热分析联用技术为基础，对接收的数据进行处理，以得到被测铁液的相关理化参数。为此，数据处理主机除了包括Linux内核、RTLinux内核、MiniGUI图形支持库等之外，就其处理功能而言还主要包括：数据采集模块、铁液非白口化特征点识别模块、参数获取模块和各种输出模块等。如图9所示，这些模块显示为：实时485通信线程、实时时钟、数据采集线程、FIFO队列、温度数据读取与存储、历史数据存储、工艺补救提示模块、灰铁/玛铁/原铁水参数获取模块、球铁参数获取模块、灰铁/玛铁/原铁水特征点识别模块、球铁特征点识别模块、打印输出模块、参数显示模块、数据远传模块、USB数据存储模块、功能选择模块、打印机和触摸屏驱动等。RTLinux程序运行于两个空间：用户空间和内核态。RTLinux提供了应用程序接口，借助这些API函数将实时处理部分编写成内核模块，并装载到RTLinux内核中，运行于RTLinux的内核态。非实时部分的应用程序则在Linux下的用户空间中执行。

数据采集模块通过串口定时从热电偶采集模块读取温度信息，读取定时的精度直接影响计算结果，因此该模块需要编译成Linux可加载模块运行于内核态。数据采集模块执行一个闭循环流程，从热电偶采集模块中读取信息后再传给主程序。它包含两个接口，与热电偶采集模块的接口是硬件接口，通过RS-485通讯，协议采用ADAM4000协议，与主程序的接口是实时管道 (RT-FIFO)。由于采集模块和主程序运行于优先级不同的程序空间，因此通过RTLinux所提供的RT-FIFO进行数据交换。

检测系统主程序的数据初始化模块实现以下功能：配置文件和检测参数数据加载；与人机界面相关的数据加载，包括现场布置图、用户说明书、界面背景图、按钮图标、多语种点阵字库等；外围设备检测包括对采集模块、打印机、触摸屏、USB存储设备、条型码装置等的检测。功能选择模块主要包括以下内容：待检测铁水的种类、目标材质等；当检测结果低于所设置的目标材质牌号，说明铁水不符合要求，这时检测系统会报警并提示工艺补救措施。

特征点判断模块：以灰铁为例，当灰铁铁水浇入传感器(样杯)后，要经过升温、到达最高点TM、降温、初析奥氏体、共晶凝固、测试结束等过程；结晶过程中要产生放热，因此温度冷却曲线出现短暂的平台，对照相图，可以计算出碳含量等参数。但在实际检测中，温度变化与理想状态有很大差别，检测系统要对输入温度曲线进行数字化滤波，对多种情况进行智能识别，从而获取真实的特征信息。灰铁测试中把温度变化过程分为“升温等待、搜索TM、识别TL及相关特征值、识别Ts及相关特征值、采集结束”五个状态，在不同状态下执行相应的状态处理函数。

玛铁、铁素体球铁原铁水、珠光体球铁原铁水、蠕铁原铁水等测试过程及冷却曲线与灰铁相似。

参数获取模块：对识别模块所得到的数据进行计算处理，计算方法如下：

理化参数Ai＝∑(Bi*Xiα+Ci*Yiβ+Di)

其中，函数A1、A2、……Ai为弹性模量E、屈服强度σs、低温冲击韧性Ak、抗拉强度σb、硬度HB、伸长率、碳当量CEL、碳C、硅Si等理化参数，自变量X1、X2、X3……Xi为曲线特征参数(包括TM、TL、Ts、微分、积分、回升等)，Y1、Y2、Y3……Yi为联用技术参数(Mn、P、合金元素及微量元素等)，B1、B2、B3……Bi和C1、C2、C3……Ci及α、β……为回归非线性系数，D1、D2、D3……Di为非线性修正值。

球铁的冷却曲线与灰铁等不同，球铁的理化参数分析与最高温度TM、初晶温度TN、过冷温度TU、回升温度TR、微分、积分等诸多参数相关。球铁搜索中把温度变化过程分为“升温等待、搜索TM、识别TN及相关特征值、识别TU及相关特征值、识别TR及相关特征值、采集结束”六个状态，在不同状态下执行相应的状态处理函数。

打印模块：包括在线检测报告的打印(表格、理化参数和冷却曲线)、打印机的状态检测和“工艺提示”的打印程序等。

数据远传模块：提供了两类通信接口，10/100M以太网接口和RS-232串行接口，并且在 RS-232接口上挂接RS-232转RS-485模块或RS-232转CAN总线模块，可以使检测系统同时具备485或CAN总线传输的能力。数据远传模块主要是通过网络和串行端口提供传输服务，向客户端(如指挥中心)传输历史检测数据。网络传输服务采用FTP协议，服务程序采用了Linux 上的开源软件bftpd。串行口通信采用了zmodem协议，它的数据传输率高，可靠性强，误码率低，并具有断点续传功能，非常适合于在现场干扰比较大的环境使用。

USB数据存储模块：利用嵌入式主板上的两个USB口，通过USB移动存储设备转存历史数据，便于质量管理。

本发明的检测系统还可以包括传动装置和输出控制电路，如图7所示。

本发明的弹性模量伸长率抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪的传感器如图10所示。该传感器也是保证本发明优异效果的一个重要方面，它包括杯体101和热电偶。

杯体呈杯状，用于浇入待检测的铁液。热电偶水平横穿杯体，以便被杯体内的铁液所包围，从而产生与铁液的温度变化相关的电信号。热电偶由K型精密热电偶丝102、102′通过高温点焊连接而成，热电偶丝102、102′分别为Ni-Cr和Ni-Si，它们的自由端通过杯体底部的定位槽引出。热电偶由耐高温的保护套管103环绕，在一个试验例中，热电偶丝直径小于0.5mm，保护套管的内径不大于1.5mm，热电偶在杯体中的位置处于杯体高度的2/3处。在另一个试验例中，热电偶在杯体中的位置处于杯体高度的1/2处。杯体是以覆膜砂为原料采用射芯机制成的，其抗拉强度大于2.50Mpa、粒度小于20目。

本发明的检测系统中，灰铁测试功能又细分为普通灰铁、合金灰铁、高端灰铁、高碳灰铁、含镍、加钡、含砷、轧辊、高硫、高磷等子类；球铁测试功能又细分为高端球铁、铁素体球铁、珠光体球铁、合金正火球铁、铸态球铁、高氧低硫球铁等子类。可望扩充至铸钢、铸铝、铸铜等类别。

本发明的检测系统达到的检测的速度为：球铁―1.5分钟，灰铁、玛铁、球铁原铁水、蠕铁原铁水、高碳灰铁－3分钟。

根据检测结果可以给出的工艺提示包括：牌号不达标废品报警、强度不达标废品报警、伸长率不达标废品报警、硬度超标报警、球化衰退报警、碳化物(白口)超标报警等；应补加废钢、应降碳、应补加铜、应补加锰、应补加铬、应补加硅铁、应补加球化剂等；、样杯未装好、信号线未接好、样杯托架需更换、浇样温度过高、浇样温度过低、浇样有夹渣、浇样有溢出、样杯偶丝被冲断、换杯并抢浇样等。

可以显示、打印如下的分类或全部信息：被测铁水的类型、全部检测理化参数、铁水的冷却曲线、工艺提示、测试的管理信息(试样编号、炉号、日期、取样时间)等；当天所有的炉前在线检测报告单；当月内任一试样的炉前在线检测报告单；当月内全部试样的炉前在线检测报告单。可以通过以太网、RS-232、RS-485、互联网等通信方式，将炉前检测的、当前或以往的试样数据，从检测系统中取出，实时传输至控制中心或平板电脑，便于实时多点指挥及对数据的综合分析。

就部分重要参数而言，本发明的创新点还在于：将碳的测试范围之下限由通常的3.0％扩展至2.8％，上限由通常的3.5％扩展至4.2％，将硅的测试范围之下限由通常的1.2％扩展至0.6％，上限由通常的2.7％扩展至4.5％，可填补复杂、高强、特种铸铁件的测试空白。

Claims (6)

1.一种弹性模量伸长率、抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，其特征在于：包括：石墨态铁液-采样模块装置、热电势联合计量接口装置、数据处理主机以及数据输出设备，石墨态铁液-采样模块装置包括石墨态铁液传感器，传感器包括杯体和热电偶，用于浇入待检测的铁液，并通过热电偶产生与铁液(非白口化)的温度变化相关的电信号，热电势联合计量接口装置包括信号放大电路和A/D(模/数)转换电路，信号放大电路用于接收石墨态铁液传感器输出的电信号，并且对该电信号进行放大，A/D(模/数)转换电路用于将信号放大电路输出的经过放大的模拟信号转换为数字信号，以便于数据处理主机对该数字信号进行处理，数据输出设备包括数据远传装置、存储装置、显示装置(含大屏幕显示、平板电脑)、打印装置(含热敏打印、宽行打印)。

2.根据权利要求1所述的弹性模量伸长率、抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，其特征在于：所述的石墨态铁液-采样模块装置由取样皿、石墨态铁液传感器及综合滤波组件构成，取样皿由轻质耐火保温材料做成，石墨态铁液传感器选用高精度的电偶丝，电偶丝外面套有保护套管，置于杯体中部，用于将凝固前后的温度变化值精确地转换为易于识别的、0～60mv变化的热电势值，传感器方形杯体符合牛顿冷却条件，它以细于20目的覆膜砂做成，热电偶在传感器的方形杯体中水平放置，位于杯体高度的1/2～2/3处；可确保铁液非白口化、按Fe－C(石墨)稳定系方式结晶，综合滤波组件为外套保护管的铜－康铜信号传输线，它将信号由炉前引至检测室内，可以排除对采样信号的各种干扰。

3.根据权利要求1所述的弹性模量伸长率、抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，其特征在于：所述的数据处理主机包括工控嵌入式主板，它使用Busybox软件运行于Linux系统，并且包括RS-232、RS-232/485、并口、10/100M以太网接口、软驱、IDE硬盘接口、USB口，串行接口连接采集模块及数据远传模块，并口连接打印装置，USB口用于历史数据转存，以太网接口提供高速数据通道，硬盘接口可接大容量外存。

4.根据权利要求1所述的弹性模量伸长率、抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，其中，数据处理主机包括工控机。

5.根据权利要求1所述的弹性模量伸长率、抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，其特征在于：所述的数据处理主机包括包括Linux内核、RTLinux内核、MiniGUI图形支持库，就其处理功能而言还包括：石墨态铁液-信号采集模块，石墨态铁液特征识别模块，“弹性模量、伸长率、抗拉强度、屈服强度等综合性能”的参数获取模块和“含互联网+数据远传功能”的输出模块，可实现对平板电脑的远程数据传输。

6.根据权利要求1所述的弹性模量伸长率、抗拉屈服强度等综合性能铁液智能检测仪，其特征在于:所述的传感器确保杯内的铁液非白口化、按Fe－C(石墨)稳定系方式结晶。