专利名称：液态金属及液态合金表面张力的快速测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是冶金和铸造领域，具体是一种液态金属及液态合金表面张力的快速测定装置。
背景技术：
表面张力是液态金属及液态合金的重要物理参数之一。很多质量参数，如铸铁石墨形态、铝合金变质处理效果、合金充型能力等，均与其合金液的表面张力密切相关。液态合金表面张力的传统测定方法主要有气泡最大压力法、静滴法和拉筒法等，其测定时间都在几分钟以上。迄今为止，尚无真正意义上的快速检测方法用于液态合金表面张力的炉前检测。因此，利用表面张力实时评价液态合金相关质量参数的愿望一直无法实现。在《应用科学学报》1999年第3期上，由李大勇、康九州、张宇彤、陶国刚等人发表的题为“一种包内快速预测铁水石墨形态的新方法及新装置”的论文中提出了一种可在5秒钟内快速测得液态合金表面张力的新方法“气泡幅频当量法”，该方法的基本原理如图1所示，该方法通过一个装有一定内径尺寸Φx的直线形毛细石英管的探头向被测液态合金快速吹入气泡，监测5秒钟时间内毛细管内压差变化，获得一条等幅压力振荡曲线，识别和计算出等幅振荡曲线上的峰、谷值及峰谷差值ΔP并依此计算出5秒时间内吹出气泡的个数N，根据Φx、ΔP和N，再利用公式σe＝aΔP+bN+c(Φx-Φo)求出一个与被测液体表面张力σ等价的表面张力，称之为当量表面张力(公式中σe为当量表面张力，Φo为标准毛细管的内径，Φo＝2.0mm，a、b、c为经试验确定的系数)。与传统测定方法相比，“气泡幅频当量法”具有测试速度快，可实现液态合金表面张力炉前快速检测，使用方便、测试成本低等优点。但由于采用直线形毛细管向下吹气的方式，在测定液态金属及液态有色合金时，其表面氧化膜易包裹毛细石英管口；在测定翻腾比较剧烈的液态球墨铸铁时，其表面熔渣也容易进入毛细石英管中；上述现象导致出现吹不出气泡和压差曲线不等幅的现象，严重地影响了测量精度，使“气泡幅频当量法”的推广应用受到了阻碍。
发明内容
本发明的目的是提供一种液态金属及液态合金表面张力的快速测定装置，它能对液态金属及液态合金的表面张力进行快速准确的测量。它由探头上下驱动机构1、微压差传感器2、红外温度传感器3、耐热探头4、气路电磁换向阀5、微型空压机6、惰性气体钢瓶6-1、压差信号放大器7、温度信号放大器8、LED显示器9、微型打印机10、单片机扩展电路11、键盘电路12组成；探头上下驱动机构1中的电动机1-1的电源控制信号输入端连接单片机扩展电路11的电源控制信号输出端，探头上下驱动机构1中的牵引架1-2的下端蹄形机械手与耐热探头4的外表面相连接，耐热探头4中的耐高温石英管4-2的上端口与耐热探头4上端空腔4-1连通，气路电磁换向阀5的出气孔5-1与耐热探头4的上端空腔4-1连通，气路电磁换向阀5测量高温石英管4-2的管内径的进气端口连接微型空压机6的出气端口，气路电磁换向阀5测量表面张力值的进气口连接惰性气体钢瓶6-1的出气端口，微型空压机6的受控端连接单片机扩展电路11的第一控制输出端，气路电磁换向阀5的受控端连接单片机扩展电路11的第二控制输出端，微压差传感器2的气压检测端口2-1与耐热探头4的上端空腔4-1连通，微压差传感器2的检测信号输出端连接压差信号放大器7的信号输入端，压差信号放大器7的信号输出端连接单片机扩展电路11的第一信号输入端，红外温度传感器3的外壳通过两个连杆3-1连接在微压差传感器2的保护外罩2-2上，红外温度传感器3的测温端口3-2垂直向下，红外温度传感器3的检测信号输出端连接温度信号放大器8的信号输入端，温度信号放大器8的信号输出端连接单片机扩展电路11的第二信号输入端，单片机扩展电路11的显示数据输出端连接LED显示器9的数据信号输入端，单片机扩展电路11的打印数据输出端连接微型打印机10的数据输入端，键盘电路12的控制信号输出端连接单片机扩展电路11的控制信号输入端，耐热探头4中的耐高温石英管4-2的管内径为Φ1.8mm～Φ2.2mm，耐高温石英管4-2的下端是弯钩形，其曲率半径r＝8～10mm，高温石英管4-2的下端开口向上。工作原理探头上下驱动机构1锁紧耐热探头4，微型空压机6通过气路电磁换向阀5、空腔4-1、耐高温石英管4-2向外吹气，单片机扩展电路11通过微压差传感器2测得耐高温石英管4-2的内径，然后将耐高温毛细石英管4-2的弯钩端全部浸入液态金属或液态合金一定深度中，惰性气体钢瓶6-1通过气路电磁换向阀5、空腔4-1、耐高温石英管4-2向液态金属或液态合金中吹入气泡，单片机扩展电路11通过微压差传感器2和红外温度传感器3实时监测空腔4-1中的压差和液体的温度变化，最后计算出液态金属或液态合金的表面张力值。本发明能对液态金属及液态合金进行表面张力的快速测定，在测定液态金属或液态合金的表面张力值时，耐高温石英管下端弯钩能克服金属表面氧化膜包裹耐高温石英管出气端口以及熔渣进入耐高温石英管等现象，保证均匀地生成完整的气泡，它还具有结构简单、测量准确和快速的优点。
图1是背景技术中“气泡幅频当量法”的测量原理示意图，图2是本发明的整体结构示意图。
具体实施例方式结合图2说明本实施方式，本实施方式由探头上下驱动机构1、微压差传感器2、红外温度传感器3、耐热探头4、气路电磁换向阀5、微型空压机6、惰性气体钢瓶6-1、压差信号放大器7、温度信号放大器8、LED显示器9、微型打印机10、单片机扩展电路11、键盘电路12组成；探头上下驱动机构1中的电动机1-1的电源控制信号输入端连接单片机扩展电路11的电源控制信号输出端，探头上下驱动机构1中的牵引架1-2的下端蹄形机械手与耐热探头4的外表面相连接，耐热探头4中的耐高温石英管4-2的上端口与耐热探头4上端空腔4-1连通，气路电磁换向阀5的出气孔5-1与耐热探头4的上端空腔4-1连通，气路电磁换向阀5测量高温石英管4-2的管内径的进气端口连接微型空压机6的出气端口，气路电磁换向阀5测量表面张力值的进气口连接惰性气体钢瓶6-1的出气端口，微型空压机6的受控端连接单片机扩展电路11的第一控制输出端，气路电磁换向阀5的受控端连接单片机扩展电路11的第二控制输出端，微压差传感器2的气压检测端口2-1与耐热探头4的上端空腔4-1连通，微压差传感器2的检测信号输出端连接压差信号放大器7的信号输入端，压差信号放大器7的信号输出端连接单片机扩展电路11的第一信号输入端，红外温度传感器3的外壳通过两个连杆3-1连接在微压差传感器2的保护外罩2-2上，红外温度传感器3的测温端口3-2垂直向下，红外温度传感器3的检测信号输出端连接温度信号放大器8的信号输入端，温度信号放大器8的信号输出端连接单片机扩展电路11的第二信号输入端，单片机扩展电路11的显示数据输出端连接LED显示器9的数据信号输入端，单片机扩展电路11的打印数据输出端连接微型打印机10的数据输入端，键盘电路12的控制信号输出端连接单片机扩展电路11的控制信号输入端，耐热探头4中的耐高温石英管4-2的管内径为Φ1.8mm～Φ2.2mm，耐高温石英管4-2的下端是弯钩形，其曲率半径r＝8～10mm，高温石英管4-2的下端开口向上。微压差传感器2选用的型号是LCY-1000，红外温度传感器3选用的型号是R46-2ML3，压差放大器7的芯片选用的型号是ICL7650，温度信号放大器8的芯片选用的型号是ICL7650，单片机电路11的单片机选用的型号是80C196KC，打印机10选用的型号是μP-16A。
权利要求
1.液态金属及液态合金表面张力的快速测定装置，它由探头上下驱动机构(1)、微压差传感器(2)、红外温度传感器(3)、耐热探头(4)、气路电磁换向阀(5)、微型空压机(6)、惰性气体钢瓶(6-1)、压差信号放大器(7)、温度信号放大器(8)、LED显示器(9)、微型打印机(10)、单片机扩展电路(11)、键盘电路(12)组成；探头上下驱动机构(1)中的电动机(1-1)的电源控制信号输入端连接单片机扩展电路(11)的电源控制信号输出端，探头上下驱动机构(1)中的牵引架(1-2)的下端蹄形机械手与耐热探头(4)的外表面相连接，耐热探头(4)中的耐高温石英管(4-2)的上端口与耐热探头(4)上端空腔(4-1)连通，气路电磁换向阀(5)的出气孔(5-1)与耐热探头(4)的上端空腔(4-1)连通，气路电磁换向阀(5)测量高温石英管(4-2)的管内径的进气端口连接微型空压机(6)的出气端口，气路电磁换向阀(5)测量表面张力值的进气口连接惰性气体钢瓶(6-1)的出气端口，微型空压机(6)的受控端连接单片机扩展电路(11)的第一控制输出端，气路电磁换向阀(5)的受控端连接单片机扩展电路(11)的第二控制输出端，微压差传感器(2)的气压检测端口(2-1)与耐热探头(4)的上端空腔(4-1)连通，微压差传感器(2)的检测信号输出端连接压差信号放大器(7)的信号输入端，压差信号放大器(7)的信号输出端连接单片机扩展电路(11)的第一信号输入端，红外温度传感器(3)的外壳通过两个连杆(3-1)连接在微压差传感器(2)的保护外罩(2-2)上，红外温度传感器(3)的测温端口(3-2)垂直向下，红外温度传感器(3)的检测信号输出端连接温度信号放大器(8)的信号输入端，温度信号放大器(8)的信号输出端连接单片机扩展电路(11)的第二信号输入端，单片机扩展电路(11)的显示数据输出端连接LED显示器(9)的数据信号输入端，单片机扩展电路(11)的打印数据输出端连接微型打印机(10)的数据输入端，键盘电路(12)的控制信号输出端连接单片机扩展电路(11)的控制信号输入端；其特征在于耐热探头(4)中的耐高温石英管(4-2)的下端是弯钩形，高温石英管(4-2)的下端开口向上。
2.根据权利要求1所述的液态金属及液态合金表面张力的快速测定装置，其特征在于耐高温石英管(4-2)的管内径为Φ1.8mm～Φ2.2mm，耐高温石英管(4-2)的下端弯钩形的曲率半径r＝8～10mm。
全文摘要
液态金属及液态合金表面张力的快速测定装置，它涉及的是冶金和铸造领域。(1－1)的电源输入端连接(11)的电源输出端，(1－2)的下端与(4)相连接，(4－2)的上端口与(4－1)连通，(5－1)与(4－1)连通，(5)的两个进气端口分别连接(6)、(6－1)的出气端口，(6)的受控端连接(11)的输出端，(5)的受控端连接(11)的输出端，(2－1)与(4－1)连通，(2)的输出端通过(7)连接(11)的输入端，(3)的输出端通过(8)连接(11)的输入端，(11)的输出端连接(9)的输入端，(11)的输出端连接(10)的输入端，(12)的输出端连接(11)的输入端，(4－2)的管内径为Φ1.8mm～Φ2.2mm，(4－2)的下端是弯钩形，其曲率半径r＝8～10mm，(4－2)的下端开口向上。本发明能对液态金属及液态合金进行表面张力的快速测定。
文档编号G01N13/02GK1603788SQ200410044059
公开日2005年4月6日 申请日期2004年11月17日 优先权日2004年11月17日
发明者李大勇, 石德全, 王利华, 张宇彤 申请人:哈尔滨理工大学