CN111175366A - 一种浮法玻璃液态金属锡中的氧分压机器人测量系统 - Google Patents

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李斌
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Abstract

一种浮法玻璃液态金属锡中的氧分压机器人测量系统，属于高温检测技术领域。包括传感器、测量工业机器人和计算机数据处理系统三部分。传感器由氧电池、热电偶和回路电极、气泵和气路组成；电路系统由氧电池、热电偶、A/D转换电路和数据处理系统组成；气路系统由气泵通过气路直接连到氧电池；传感器安装在测量工业机器人上，测量工业机器人负责移动传感器完成液态金属锡中的氧分压测量任务；优点在于，采用先进的机器人技术实现在恶劣工业环境条件下的检测任务；解决连续测氧传感器关键部件的测量性能、测量原理和测量系统结构设计问题。通过计算机和精确的数学模型实现了液态金属锡中的氧分压在线连续测量。

Description

一种浮法玻璃液态金属锡中的氧分压机器人测量系统
技术领域
本发明属于高温检测技术领域，特别是提供了一种浮法玻璃液态金属锡中氧分压的机器人在线测量系统，应用于浮法玻璃生产线。
背景技术
氧在浮法玻璃生产过程中，在液态金属锡中与锡元素形成的氧化物，直接影响到最终玻璃产品质量。目前，在浮法玻璃生产过程中，没有在线测量液态金属锡中氧分压的办法，如何实现在线测量，快速采取有效措施是生产中保证玻璃质量的主要任务之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种浮法玻璃液态金属锡中的氧分压机器人测量系统,，专门用于浮法玻璃生产线，该系统可连续液态金属锡中的氧分压的测量。解决了连续液态金属锡中的氧分压传感器的测量原理和关键部件的结构设计。通过工业机器人实现了在恶劣环境下液态金属锡中的氧分压连续检测工作。通过计算机处理检测结果能够指导生产并采取相应措施的及时解决问题。
本发明包括测量液态金属锡中的氧分压的传感器、测量工业机器人和计算机处理系统。
本发明包括传感器、测量工业机器人和计算机数据处理系统三部分。其中，计算机数据处理系统包括电路系统和数据处理系统。
传感器9由氧电池1、热电偶2、回路电极3、气泵4、和气路5、组成。氧电池1和回路电极3通过气路5和气泵4连接；
电路系统由氧电池1、热电偶2、A/D转换电路6和数据处理系统7组成；氧电池1和热电偶2直接连接A/D转换电路6；A/D转换电路6和数据处理系统7相连接；
气路系统由气泵4通过气路5直接连到氧电池1；
传感器(9)安装在测量工业机器人13上。测量工业机器人13负责移动传感器完成液态金属锡中的氧分压测量任务。
当传感器9由机器人13插入液态金属锡时，检测电路接通，此时传感器中的氧电池1和热电偶2开始工作，实现液态金属锡中的氧分压检测。
检测过程中，氧电池辅助供气泵4通过气路5供给空气，保证参比电极的气体氧分压恒定，20.09atm大气压。
本发明所述的氧电池1由氧化锆固体电解质和气体参比电极组成。
本发明的测量工业机器人完成在恶劣条件下，液态金属锡中的氧分压测量任务。
液态金属锡中的氧分压测量传感器金属陶瓷的保护装置及回路电极设计。
附图说明
图1为本发明的传感器与电路系统工作原理图。其中，氧电池1、热电偶2、回路电极3、氧电池辅助供气泵4、气路5、A/D转换电路6、数据处理系统7。
图2为传感器中氧电池1、热电偶和回路电极的结构图。其中，氧电池1、热电偶2、回路电极3。
图3为液态金属锡中的氧分压测量实例示意图。玻璃窑中液态金属锡中的氧分压。其中，浮法玻璃生产线玻璃窑8、玻璃液10、测氧传感器9、锡液槽11、浮法玻璃产品12。
图4为测量工业机器人连接使用示意图。传感器9、机器人13、数据处理系统7。
具体实施方式
本发明包括传感器、测量工业机器人和计算机数据处理系统三部分。其中，计算机数据处理系统包括电路系统和数据处理系统。
(1)传感器
传感器由氧电池1(氧化锆固态电解质和气体参比电极组成)、热电偶2和回路电极3组成并组装在一起。其中，保护氧电池1的是耐高温和耐腐蚀的金属陶瓷材料。传感器中氧电池1、热电偶2和回路电极3结构由图2所示。
传感器连接如图1所示，氧电池1和回路电极3、热电偶2直接接入A/D转换电路6。气泵4通过送气管5连接氧电池1。
(2)气路系统
氧电池的气体参比电极是由气泵4通过气路5供给。为了保证参比电极的气体氧分压恒定，保持20.09atm大气压。
(3)数据处理系统
电路系统线路连接如图1所示，氧电池1、回路电极3、热电偶两电极2与A/D转换电路6连接；A/D转换电路6和数据处理系统7相连接。
当机器人将传感器插入锡液后，检测电路接通，此时传感器中的氧电池1和热电偶2开始工作，实现锡液中的氧分压测定和温度的检测。
检测过程中，辅助气泵装置4不断地向氧电池1的供气，提供稳定的参比氧分压。
做好的传感器由氧电池1(氧化锆固体电解质和空气参比电极组成)、热电偶2和回路电极3组成。其中，保护氧电池1的外套管是由耐高温和耐腐蚀的金属陶瓷材料制造。传感器中氧电池1、热电偶2和回路电极3结构由图2所示。
将组装好的传感器固定在机器人上，接通辅助气泵装置4不断地向氧电池1内的补充循环空气，提供稳定的参比氧分压。传感器、机器人和数据处理系统连接如图4所示。
准备工作就绪，机器人按指令要求将传感器移到检测位置，并插向液态金属锡中。
检测开始，氧电池1在的辅助气泵4的不断地空气供给下、氧电池1(氧化锆固体电解质和空气参比电极组成)和热电偶分别按照电路输出氧电势和温度电势，两路电信号经A/D转换电路6送到计算机数据处理系统7，经处理和运算输出测量曲线和氧分压测量的计算值。
连续不断地检测，实现了液态金属锡中的氧分压和温度的在线检测。
本发明的关键技术就是解决液态金属锡中氧分压的连续检测，通过氧电池1辅助供气装置4，改善传感器中的氧电池1中参比电极，实现传感器连续使用的目标寿命。
实例：浮法玻璃生产线锡液连续测氧。
浮法玻璃是玻璃液漂浮在熔融锡金属表面上生产平板玻璃，生产的玻璃质量高，拉引速度和厚度可控，实现生产自动化。
浮法玻璃的成型处于高温熔融状态的玻璃液浮在液态金属锡表面，受表面张力的作用使玻璃具有光洁平整的表面。随着高质量玻璃在电子信息、国防等行业的应用，对玻璃的质量提出更严格的要求，针对采用浮法生产的玻璃质量检测中，锡液中氧的存在是造成玻璃质量不合格的主要因素。锡槽是生产玻璃成形的关键设备，玻璃与锡液的接触会产生缺陷(例如，彩虹)，因此，在线检测浮法玻璃中氧含量是控制玻璃中气体和保证玻璃质量的重要环节。
目前浮法玻璃生产线没有在线锡液测量氧含量的手段，因此不能实现生产过程控制。
浮法玻璃液态金属锡中的氧分压机器人测量系统，可以实现连续在线测量液态金属锡中的氧分压,并及时采取措施确保液态金属锡中的氧分压控制在一定的范围。
系统工作原理
测氧传感器进入锡液中，测量氧分压时，由于构成氧电池1的氧化锆固体电解质两边的氧分压不同，形成了氧分压差，氧电池1在氧分压差的作用下，产生氧电势。在锡液的温度下，由能斯特方程，氧电势的大小与氧化锆固体电解质的氧分压差和所处的锡液金属温度存在如下关系：
Figure BDA0002342089080000051
E:能斯特方程中的电池电动势
R：气体常数
T：绝对温度
n：离子迁移数
F：法拉第常数
Po2(air)：空气中氧分压始终在20.09atm
Po2[Sn]：液态金属锡中的氧分压
氧电池：
(Pt)PO2Air//ZrO2(+Y2O3)//P[O]Sn(Pt)
3、测量过程
(1)检测过程
液态金属锡中的氧分压与参比电极Air(20.09atm)中的氧分压存在压力差。随着液态金属锡中的氧分压的不断变化在传感器中的氧电池参比电极的作用下不断地达到新的化学平衡，反应的结果就是不断地测量产生的氧电势。根据检测的温度电势，由能斯特方程，计算液态金属锡中的氧分压。
(2)参比电极
在一定的温度下，大气中Air中的氧分压始终是一定的20.09atm。
因此，氧电池1在测量过程中，参比电极Air中的氧，随着测量过程的进行不断地被消耗，参比氧分压在不断地发生变化，为了保证参比电极Air中的氧分压的恒定，由本设计的辅助气泵4不断地补充新的空气，保持氧电池中的氧分压始终在20.09atm，实现氧电池的连续检测和延长传感器的寿命。
传感器的检测过程与氧电池1的参比电极Air基准氧分压的产生是按照设计的固定的最佳气体流速值，保证氧电池1能长时间在液态金属锡中的氧分压工作。

Claims (4)

1.一种浮法玻璃液态金属锡中的氧分压机器人测量系统，包括传感器、测量工业机器人和计算机数据处理系统三部分，计算机数据处理系统包括电路系统和数据处理系统；其特征在于：
传感器(9)由氧电池(1)、热电偶(2)和回路电极(3)气泵(4)和气路(5)组成；氧电池(1)和回路电极(3)通过气路(5)和气泵(4)连接；
电路系统由氧电池(1)、热电偶(2)、A/D转换电路(6)和数据处理系统(7)组成；氧电池(1)和热电偶(2)直接连接A/D转换电路(6)；A/D转换电路(6)和数据处理系统(7)相连接；
气路系统由气泵(4)通过气路(5)直接连到氧电池(1)；
传感器(9)安装在测量工业机器人(13)上，测量工业机器人负责移动传感器(9)完成液态金属锡中的氧分压测量任务。
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，当传感器(9)由机器人(13)插入液态金属锡时，检测电路接通，此时传感器中的氧电池(1)和热电偶(2)开始工作，实现液态金属锡中的氧分压检测。
3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，检测过程中，氧电池辅助供气泵(4)通过气路(5)供给空气，保证参比电极的气体氧分压恒定，20.09atm大气压。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述的氧电池(1)由氧化锆固体电解质和气体参比电极组成。
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