CN112485306A - 铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测方法及装置，属于铝合金熔体质量检测领域。包括取样器、负压单元、信号处理电路、A/D模块和PC或工控机；所述取样器的一端连接负压单元；另一端连接信号处理电路，所述信号处理电路的另一端连接A/D模块，所述A/D模块连接PC或工控机，所述A/D模块用于将模拟信号转换成数字信号，所述PC或工控机用于处理采集的数据；本发明针对铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化提出一种同步检测方法的方法和装置，本发明可以实现对熔体电导率变化进行快速检测和熔体凝固过程相变热和电导率变化的同步检测，以进一步提高熔体质量评价的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金熔体质量检测领域，特别是涉及实现相变热与电导率变化双参数在线同步检测的方法与装置。
背景技术
热分析技术在铸造领域有着广泛的应用，不仅可以用于合金成分的快速分析，而且可以上进行凝固潜热、甚至枝晶共格类型等分析。电导率是结构敏感物理量之一，人们一般在实验室条件下采用四电极法检测熔体电导率进而分析合金熔体结构。实现合金熔体电导率变化的生产现场快速检测，对于研究开发新一代合金熔体质量快速评价装置，具有非常重要的实际意义。现有技术中没有对合金熔体相变热和电导率变化的生产现场同步快速检测的装置。
因此研究一项同时检测合金熔体相变热和电导率变化的装置十分重要。
发明内容
本发明研发目的是为了解决上述技术问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测装置，包括取样器、负压单元、采集及处理单元；所述取样器的一端连接负压单元；另一端连接采集及处理单元，所述采样器用于检测铝合金熔体凝固过程中的相变热和电导率；所述负压单元用于给取样器施加真空负压；所述采集及处理单元用于采集铝合金熔体的温度和熔体电导率。
优选的，所述取样器包括取样杯、管状构件、橡胶座、导气管、热电偶、接气嘴、底座、电导率信号线和电极，取样杯安装在底座上，取样杯上加工有热电偶安装孔，取样杯上还加工有两个安装通孔，管状构件安装在安装通孔内，安装通孔内安装有橡胶座，管状构件抵靠在橡胶座上，橡胶座上所述橡胶座上具有凹槽形接线柱，凹槽形接线柱内安装有电极，电极延伸到管状构件内；
所述底座上加工有与安装通孔相适配的接气嘴安装孔，接气嘴安装孔内安装有接气嘴，接气嘴上安装有导气管，导气管的另一端连接有负压单元；
所述底座上还加工有走线孔，走线孔内穿过有电导率信号线，电导率信号线的一端与凹槽形接线柱建立连接，电导率信号线的另一端连接采集及处理单元。
优选的，所述取样杯的中心位置加工有热电偶安装孔。
优选的，所述负压单元包括缓冲装置和真空泵，所述缓冲装置为缓冲罐。
优选的，所述取样器还包括透气塞，所述透气塞安装在所述管状构件内，电极嵌入安装到透气塞内。
优选的，所述管状构件为L形石英管。
优选的，所述采集及处理单元包括信号处理电路、A/D模块和PC或工控机；所述信号处理电路用于将微弱信号进行放大处理后传输给A/D模块；所述A/D模块用于将输入的模拟信号转换成数字信号传输给PC或工控机，所述PC或工控机用于计算铝合金熔体凝固过程中的相变热和电导率。
一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测方法：包括以下步骤：
S1.将铝合金熔体浇入取样杯中；
S2.取样杯中的热电偶采集铝合金熔体的温度信号传输至采集及处理单元；
S3.启动真空泵，取样杯中的铝合金熔体在真空的作用下吸入管状构件中形成“U”电导池；
S4.将电极插入耐热橡胶座中与凹槽形接线柱相接触，构成回路；
S5.采用恒流电源向电极供电，在熔体凝固过程中采集及处理单元实时采集“U”形电导池电导率；
S6.信号处理电路将温度信号和电导池电导率信号放大至A/D模块量程范围传输给A/D模块，所述A/D模块将模拟信号转换成数字信号输出至PC或工控机。
优选的，S7.PC或工控机计算得出熔体温度与熔体电导率，并绘制变化曲线。
本发明具有以下有益效果：本发明针对铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化提出一种同步检测方法的方法和装置，本发明可以实现对熔体电导率变化进行快速检测，实现熔体凝固过程相变热和电导率变化的同步检测，以进一步提高熔体质量评价的准确性，但电导率绝对值是多少并不影响其变化量检测的准确性。
附图说明
图1是本发明的框图；
图2是本发明的装置结构图；
图3是本发明所述石英管粗端与导气管连接结构示意图；
图4是本发明所述透气塞结构图；
图5是本发明所述样杯结构图；
图6是采用本发明所述装置测得ZL105合金凝固过程电导率与温度变化曲线；
图7是ZL105合金凝固后管状构件外金相组织；
图8是ZL105合金凝固后管状构件内金相组织；
图中1-取样杯；2-管状构件；3-透气塞；4-橡胶座；5-导气管；6-热电偶；7-接气嘴；8-底座；9-电导率信号线；10-电极；11-安装通孔；12-热电偶安装孔；13-凹槽型接线柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
具体实施方式一：参照图1-5说明本实施方式，一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测装置包括取样器、负压单元、采集及处理单元；所述取样器的一端连接负压单元；另一端连接采集及处理单元，所述采样器用于检测铝合金熔体凝固过程中的相变热和电导率；所述负压单元用于给取样器施加真空负压；所述采集及处理单元用于检测熔体温度和熔体电导率。
所述负压单元包括缓冲装置和真空泵，所述缓冲装置为缓冲罐。
所述采集及处理单元包括信号处理电路、A/D模块和PC或工控机；所述信号处理电路用于将微弱信号进行放大处理后传输给A/D模块；所述A/D模块用于将输入的模拟信号转换成数字信号传输给PC或工控机，所述PC或工控机用于计算铝合金熔体凝固过程中的相变热和电导率。
所述取样器包括取样杯1、管状构件2、橡胶座4、导气管5、热电偶6、接气嘴7、底座8、电导率信号9和电极10，取样杯1安装在底座8上，取样杯1上加工有热电偶安装孔12，取样杯1上还加工有两个安装通孔11，管状构件2安装在安装通孔11内，安装通孔11内安装有橡胶座4，管状构件2抵靠在橡胶座4上，所述橡胶座4上具有凹槽形接线柱13，凹槽形接线柱13内安装有电极10，电极10延伸到管状构件2内；
所述底座8上加工有与安装通孔11相适配的接气嘴安装孔14，接气嘴安装孔14内安装有接气嘴7，接气嘴7上安装有导气管5，导气管5的另一端通过缓冲罐连接真空泵；
所述底座8上还加工有走线孔15，走线孔5内穿过有电导率信号线9，电导率信号线9的一端与凹槽形接线柱13建立连接，电导率信号线9的另一端连接信号处理电路。
本实施例中所述的管状构件是呈L形石英管，将两根石英管对接成倒“U”形分别从取样1杯底部两侧的安装通孔11穿过取样杯，两根石英管的对接处留有2mm的间隙，所述间隙是为了保证金属熔体能在负压单元作用下被吸进石英管形成“U”型电导池所述热电偶6通过取样杯1的热电偶安装孔12穿过取样杯1，热电偶6用于检测铝合金熔体的温度信号，并将温度信号传输给采集及处理单元，因为铝合金熔体中间位置的温度具有代表性，所以热电偶6放置在取样杯1中间的位置。在样杯内构建“U”形电导池的方法包括但不限于其他类似形状以及相同放置形式的石英管或其他材质的管状构件形成电导池，如柱形石英管、直角形石英管等。石英管的粗端与橡胶座4对接，橡胶座4上设置有凹槽形接线柱13，工作时将电极10插入橡胶座4中与凹槽型接线柱13相接触，凹槽型接线柱13上接有电导率信号线9，所述电导率信号线9连接信号处理电路，信号处理电路将采集到的模拟信号放大至A/D模块识别范围转换成数字信号传输至PC或工控机。本实施方式的目的是为了对铝合金熔体凝固过程相变热及电导率的变化进行同步检测。
具体实施方式二：参照图2-5，所述取样器还包括透气塞3，所述透气塞3安装在所述管状构件2内，电极10嵌入安装到透气塞3内。所述透气塞3由石英砂与膨润土等耐热材料制成，透气塞3与石英管壁之间采用耐高温粘结剂密封，透气塞3可以实现负压单元在工作时防止金属熔体渗出流入到负压单元中致使负压单元的真空泵损坏，并且透气塞3为石英管提供了负压通道。本实施方式的目的是实现透气阻液的功能。
具体实施方式三：参照图1，所述负压单元包括缓冲装置和真空泵，本实施方式中所述的缓冲装置具体的是一个缓冲罐，所述缓冲罐一端连接真空泵一端通过导气管连接取样器；所述缓冲罐能稳定负压单元的负压，保证金属熔体被平稳吸入石英管中并且没有气泡充管，提高电导率检测精度，同时防止金属熔体被意外吸进真空泵致使真空泵损坏，本实施例的目的是为了保护真空泵因意外吸入金属熔体导致其损坏。
具体实施方式四：一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测方法：包括以下步骤：
S1.将铝合金熔体浇入取样杯1中；
S2.取样杯1中的热电偶6采集铝合金熔体的温度信号传输至信号采集及处理单元；
S3.启动真空泵，取样杯1中的铝合金熔体在真空的作用下吸入管状构件2中形成电导池；
S4.将电极10插入橡胶座4中与凹槽型接线柱13相接触；
S5.采用恒流电源向电极10供电，信号采集及处理单元采集电导池的电导率；
S6.信号处理电路将温度信号和电导池电导率信号放大至A/D模块量程范围传输给A/D模块，所述A/D模块将模拟信号转换成数字信号输出至PC或工控机；
S7.PC或工控机通过软件计算得出熔体温度与熔体电导率，并绘制变化曲线。
电导率绝对值是多少并不影响其变化量检测的准确性。
参照图6，以ZL105合金为例，随着合金熔体的凝固，完成电、热双参数的同步采集，形成电导率—时间σ-t变化曲线与温度—时间T-t冷却曲线以及电导率与温度的微分曲线。从图中曲线可见，电导率变化与冷却曲线上的特征点能够保持同步变化。
参照图7-8，ZL105合金凝固后管状构件内/外金相组织图组织一致，用管内试样所测的电导率参数具有代表性。
需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (8)
1.一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测装置，其特征在于：包括取样器、负压单元、采集及处理单元；所述取样器的一端连接负压单元；另一端连接采集及处理单元，所述取样器用于检测铝合金熔体凝固过程中的相变热和电导率；所述负压单元用于给取样器施加真空负压；所述采集及处理单元用于采集铝合金熔体的温度和熔体的电导率。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测装置，其特征在于：所述取样器包括取样杯(1)、管状构件(2)、橡胶座(4)、导气管(5)、热电偶(6)、接气嘴(7)、底座(8)、电导率信号(9)和电极(10)，取样杯(1)安装在底座(8)上，取样杯(1)上加工有热电偶安装孔(12)，取样杯(1)上还加工有两个安装通孔(11)，管状构件(2)安装在安装通孔(11)内，安装通孔(11)内安装有橡胶座(4)，所述橡胶座(4)上具有凹槽型接线柱(13)，凹槽型接线柱(13)内安装有电极(10)，电极(10)延伸到管状构件(2)内；
所述底座(8)上加工有与安装通孔(11)相适配的接气嘴安装孔(14)，接气嘴安装孔(14)内安装有接气嘴(7)，接气嘴(7)上安装有导气管(5)，导气管(5)的另一端连接有负压单元；
所述底座(8)上还加工有走线孔(15)，走线孔(5)内穿过有电导率信号线(9)，电导率信号线(9)的一端与凹槽型接线柱(13)建立连接，电导率信号线(9)的另一端连接采集及处理单元。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测装置，其特征在于：所述取样杯(1)的中心位置加工有热电偶安装孔(12)。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测装置，其特征在于：所述负压单元包括缓冲装置和真空泵，所述缓冲装置为缓冲罐。
5.根据权利要求2所述的一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测装置，其特征在于：所述取样器还包括透气塞(3)，所述透气塞(3)安装在所述管状构件(2)内，电极(10)嵌入安装到透气塞(3)内。
6.根据权利要求2或5所述的一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测装置，其特征在于：所述管状构件(2)为L形石英管。
7.根据权利要求1所述的一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测装置，其特征在于：所述采集及处理单元包括信号处理电路、A/D模块和PC或工控机；所述信号处理电路用于将微弱信号放大至A/D模块量程范围传输给A/D模块；所述A/D模块用于将输入的模拟信号转换成数字信号传输给PC或工控机，所述PC或工控机用于计算铝合金熔体凝固过程中的相变热和电导率。
8.一种铝合金熔体凝固过程相变热及电导率变化同步检测方法：其特征在于：包括以下步骤：
S1.将铝合金熔体浇入取样杯(1)中；
S2.取样杯(1)中的热电偶(6)采集铝合金熔体的温度信号传输至信号采集及处理单元；
S3.启动真空泵，取样杯(1)中的铝合金熔体在真空的作用下吸入管状构件(2)中形成电导池；
S4.将电极(10)插入橡胶座(4)中与与凹槽形接线柱(13)相接触；
S5.采用恒流电源向电极(10)供电，在熔体凝固过程中采集及处理单元实时采集电导池电导率；
S6.信号处理电路将温度信号和电导池电导率信号放大至A/D模块量程范围传输给A/D模块，所述A/D模块将模拟信号转换成数字信号输出至PC或工控机。
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