專利名稱：二元合金成分的智能實時檢測方法及檢測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種軟測量的方式間接獲得待檢測合金成分的檢測方法，主要應用于實時檢測熔融狀態二元合金成分，特別是應用于冶金工業或者其他領域中熔融金屬成分的離線或者在線檢測。屬檢測技術領域。
背景技術：
與固態的合金相比，了解認識液態合金的性質就要困難得多，因為液態合金多存在于高溫，沒有固定的形狀，因而給各種測試分析帶來困難。在實驗中也會經常遇到各種由于高溫所造成的測量障礙。同時，與固態相比，液體原子沒有自己恒定的平衡位置，始終在動，因而其結構存在著不穩定和不確定性，難于用一個很好的圖景描述。
目前金屬成分分析常用方法一般有金相法、熱分析法、x射線衍射法，熒光光譜分析法等等。但這些方法獲得檢測結果均需要較長的時間，而且對于熔融合金、尤其是成分不斷變化的熔融二元合金很難獲得一個穩定的相圖，因此給熔融二元合金成分分析帶來的很大的困難。
目前，工業上大多是采用熒光分析儀進行離線的方式檢測二元合金成分的，檢測結果通常要在3-5個小時之后才會反饋給操作人員，難以實時指導現場操作人員的作業。
發明內容
本發明目的在于彌補上述現有工業現場檢測合金成分滯后的不足，發明一種在熔融狀態下能對二元合金成分進行實時檢測的方法及專用檢測儀，它不僅能適用于離線的二元合金成分檢測，也能適用于在線二元合金成分檢測。
本發明目的在于發明一種安裝在錫鉛生產現場結晶機槽尾處，可以實時檢測和顯示槽尾焊錫中鉛的含量，指導工人的操作，同時將數據送上位機顯示和存儲，供生產監控人員調用和查詢的錫鉛用二元合金智能檢測儀。
本發明技術方案是一種二元合金成分的智能實時檢測方法，其特征在于應用浮力法原理，采用檢測槽、浮子、溫度傳感器、力傳感器，獲得熔融狀態的待檢測二元合金溫度t和密度ρ，密度ρ通過浮力法獲得，傳感器采集的熔融待檢測二元合金的實時數據，輸出的模擬信號，經調理后送A/D轉換器進行轉換，轉換后數字信號送入單片機處理，單片機數據處理包括數字濾波、線性化和標度變換，獲得最終合金成分后，將數據顯示、存儲和/或者發出控制指今。
在檢測槽內放置有一個浮子(6)和一個溫度傳感器(12)，浮子(6)頂部裝有一根絕熱杠桿(5)，絕熱杠桿(5)與力傳感器(15)接觸，力傳感器(15)的輸出信號經處理后送入數據采集通道(2)、溫度傳感器(12)的輸出信號經調理后送入數據采集通道(1)。
檢測槽由檢測槽外壁(13)、檢測槽內壁(14)構成，在檢測槽外壁(13)與檢測槽內壁(14)之間裝有電阻絲(7)，檢測槽上部邊沿開有一個檢測槽槽口(11)，檢測槽底部裝有一個排放閥門(8)。力傳感器(15)裝在力傳感器固定卡件(3)上，絕熱杠桿(5)穿過力傳感器隔熱裝置(4)孔口與力傳感器(15)相接。
力傳感器(15)與檢測槽槽體之間相對位置固定，浮子(6)與力傳感器(15)之間通過絕熱杠桿(5)相連，檢測槽和浮子(6)可為各種形狀，材料為適合檢測高溫熔融錫鉛合金的材料。
本發明工作原理根據二元合金的性質，推倒出影響待檢測二元合金成分的幾個物理參數，通過實時檢測這些物理參數，采用間接、軟測量的方法獲得待檢測二元合金成分。
依據合金的物理性質，合金密度與組成之間有存在如下關系ρ＝αρat+(1-α)ρbt不同金屬ρat、ρbt有不同的計算公式，這里分別將ρat、ρbt帶入上式ρat＝ρa0+a(t-Ta0)ρbt＝ρb0+b(t-Tb0)經過整理后得α=ρ-ρb0-b(t-Tb0)ρa0+a(t-Ta0)-ρb0-b(t-Tb0)]]>式中ρa0、ρb0、Ta0、Tb0、a、b均為系數。由上式可知，α為關于溫度t和ρ的函數。本發明通過選取待檢測合金密度ρ，和溫度t，經單片機進行數據處理后，獲得合計成分。
可見，通過溫度傳感器，可實時獲得錫鉛二元合金的溫度t，只要再檢測到錫鉛二元合金的密度ρ，將數據采集后送入單片機，單片機首先對數據進行誤差處理，將失真較嚴重的，以及誤差較大的數據處理掉后，進行計算，獲得合金成分后，將數據顯示。
本發明通過浮力法獲得合金密度，根據阿基米德定律ρ＝F/gv。根據待檢測合金密度，選取不同大小的浮子(6)，浮子(6)可以是圓筒形、方形和圓形等各種形狀，材料根據檢測不同的合金選擇適合檢測該合金的材料，但浮子(6)的體積和質量應滿足待檢測合金的檢測要求。檢測槽由外壁(13)、檢測槽內壁(14)構成，在檢測槽外壁(13)與檢測槽內壁(14)之間裝有電阻絲(7)，電阻絲(7)用來保溫，以確保待檢測合金為液態，檢測槽的槽體形狀可以是圓筒形、方形和圓形等各種形狀。檢測槽用來盛裝或熔化待檢測合金，以及浮子(6)和溫度傳感器(12)。浮子(6)在熔融待測合金中會受到一個浮力，通過力傳感器(15)采集到浮子(6)所受浮力的大小，通過溫度傳感器(12)采集檢測槽內待檢測合金的熔體溫度，兩個傳感器采集過來的模擬信號，經調理后進入A/D轉換器進行轉換，轉換后的數字信號送入單片機，單片機進行數字濾波、線性化和標度變換，獲得合金成分后、將數據顯示。
實際使用時，力傳感器(15)與檢測槽的槽體位置相對固定，浮子(6)通過絕熱杠桿(5)與力傳感器(15)相連。
本發明二元合金智能檢測儀可實時檢測、顯示，以及將數據送上位機顯示和存儲。該檢測儀既可應用于結晶機槽尾焊錫中鉛成分的檢測，還可以應用于內熱式多級連續真空脫鉛爐中，以解決兩關鍵設備的重要參數Sn-Pb合金中Pb含量自動檢測問題。
下面結合附圖和實施例對本發明的進一步說明。
圖1為本發明智能二元合金成份檢測儀的結構示意圖。
圖2為本發明智能二元合金成份檢測儀中的系統硬件結構。
圖3為本發明智能二元合金成份檢測儀中的檢測槽部件的結構示意圖。
圖4為本發明智能二元合金檢測儀中的下位機主程序流程功能模塊圖。
圖5為本發明智能二元合金成份檢測儀中的ADC0832與單片機接口電路。
圖6為本發明智能二元合金成份檢測儀中的1602的硬件連接電路。
圖7為本發明智能二元合金成份檢測儀中的系統軟件顯示模塊總體結構圖。
圖8為本發明智能二元合金成份檢測儀的電路原理圖。
附圖中1、溫度信號采集通道；2、力信號采集通道；3、力傳感器固定卡件；4、力傳感器絕熱卡件；5、絕熱杠桿；6、浮子；7、電阻絲；8、排放閥門；9、電阻絲電源；10、固定支架；11、槽口；12、溫度傳感器；13、檢測槽外壁；14、檢測槽內壁；15、力傳感器。
具體實施例方式實施例1假設檢測二元合金為錫鉛合金，鉛為a金屬，而錫為b金屬，則ρa0＝10.69 Ta0＝327 a＝-1.2*10-3ρb0＝6.99 Tb0＝232 b＝-7.4*10-4帶入式中，計算式變為α=ρ-7.4*10-4t-7.163.92-4.6*10-4t]]>如附圖1所示，待測二元合金是錫鉛合金，通過浮力法獲得錫鉛合金的密度。浮子(6)與檢測槽采用適于檢測高溫熔融錫鉛合金的材料制作。檢測槽采用適合檢測高溫熔融錫鉛合金的材料制作，檢測槽內壁與外壁層之間裝有電阻絲(7)。使用時，力傳感器(15)與檢測槽槽體之間相對位置固定，浮子(6)與力傳感器(15)之間通過絕熱杠桿(5)相連，將浮子(6)放入檢測槽，浮子(6)通過絕熱杠桿將力傳遞給力傳感器(15)，放入溫度傳感器(12)，再將待測錫鉛二元合金放入檢測槽，如待測錫鉛二元合金溫度下降，可接通槽中電阻絲(7)電源，以保持檢測槽中的錫鉛二元合金處于液態。為減少檢測槽內待測錫鉛二元合金溫度對安裝在上方力傳感器(3)的影響，在力傳感器(15)外罩有一個力傳感器隔熱裝置(4)。
兩個傳感器輸出信號經調理后送入圖8所示電路，經單片機進行數據處理后，得到最終合金成分并實時顯示、存儲以及送上位機以供監控。本實用新型是一種通過軟測量的方法進行合金成分檢測的。
實施例2假設檢測二元合金為錫銦合金，銦為a金屬，而錫為b金屬，則ρa0＝7.055 Ta0＝156.6 a＝-9.73*10-4ρb0＝6.99 Tb0＝232b＝-7.4*10-4帶入式中，計算式變為α=ρ-7.4*10-4t-7.160.046-2.33*10-4t]]>其它以實施例1相同，不再重述，略。
權利要求
1.一種二元合金成分的智能實時檢測方法，其特征在于應用浮力法原理，采用檢測槽、浮子、溫度傳感器、力傳感器，獲得熔融狀態的待檢測二元合金溫度t和密度ρ，密度ρ通過浮力法獲得，傳感器采集的熔融待檢測二元合金的實時數據，輸出的模擬信號，經調理后送A/D轉換器進行轉換，轉換后數字信號送入單片機處理，單片機數據處理包括數字濾波、線性化和標度變換，獲得最終合金成分后，將數據顯示、存儲和/或者發出控制指今。
2.根據權利要求1所述的智能檢測二元合金成分用檢測儀，其特征在于在檢測槽內放置有一個浮子(6)和一個溫度傳感器(12)，浮子(6)頂部裝有一根絕熱杠桿(5)，絕熱杠桿(5)與力傳感器(15)接觸，力傳感器(15)的輸出信號經處理后送入數據采集通道(2)、溫度傳感器(12)的輸出信號經調理后送入數據采集通道(1)。
3.根據權利2所述的智能檢測二元合金成份用檢測儀，其特征在于檢測槽由檢測槽外壁(13)、檢測槽內壁(14)構成，在檢測槽外壁(13)與檢測槽內壁(14)之間裝有電阻絲(7)，檢測槽上部邊沿開有一個檢測槽槽口(11)，檢測槽底部裝有一個排放閥門(8)。
4.根據權利2或3所述的智能二元合金成份用檢測儀，其特征在于力傳感器(15)裝在力傳感器固定卡件(3)上，絕熱杠桿(5)穿過力傳感器隔熱裝置(4)孔口與力傳感器(15)相接。
5.根據權利2或3所述的智能二元合金成份用檢測儀，其特征在于力傳感器(15)與檢測槽槽體之間相對位置固定，浮子(6)與力傳感器(15)之間通過絕熱杠桿(5)相連，檢測槽和浮子(6)可為各種形狀，材料為適合檢測高溫熔融錫鉛合金的材料。
全文摘要
本發明涉及一種軟測量的方式間接獲得待檢測合金成分的檢測方法，主要應用于實時檢測熔融狀態二元合金成分，特別是應用于冶金工業或者其他領域中熔融金屬成分的離線或者在線檢測。屬檢測技術領域。特征在于應用浮力法原理，采用檢測槽、浮子、溫度傳感器、力傳感器，獲得熔融狀態的待檢測二元合金溫度t和密度ρ，密度ρ通過浮力法獲得，傳感器采集的熔融待檢測二元合金的實時數據，輸出的模擬信號，經調理后送A/D轉換器進行轉換，轉換后數字信號送入單片機處理，單片機數據處理包括數字濾波、線性化和標度變換，獲得最終合金成分后，將數據顯示、存儲和/或者發出控制指今。本發明可實時檢測、顯示，以及將數據送上位機顯示和存儲，既可應用于結晶機槽尾焊錫中鉛成分的檢測，還可以應用于內熱式多級連續真空脫鉛爐中，以解決兩關鍵設備的重要參數Sn－Pb合金中Pb含量自動檢測問題。
文檔編號G01N9/08GK101034052SQ200710065779
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月4日 優先權日2007年4月4日
發明者李崇, 馮麗輝, 賴華 申請人:昆明理工大學