铁水成分分析仪的制作方法

文档序号:6035852
专利名称:铁水成分分析仪的制作方法
技术领域
本实用新型涉及是一种用于铸造厂在铸铁熔炼生产时,对铁水成分进行快速测定的分析仪器。
背景技术
在铸造生产中,对铸造合金熔体的主要化学成分进行现场快速、准确的测定,是对铸件质量进行控制的重要环节。对金属成分进行测定的技术主要有化学分析、光谱分析、能谱分析、X射线衍射分析和热分析等。但从对生产现场有指导意义的在线即测的角度出发,利用热分析技术快速测定成分是最适用于铸造工艺质量监控的一种方法。热分析技术是建立在统计学原理基础上的成分测定方法。热分析方法的计算模型建立在金属凝固原理的基础上。液态合金在冷却过程中所发生的相变(包括初晶析出的液相转变和共晶结晶转变),都伴有热量的释放或吸收,从而使合金试样温度变化的连续性受到破坏,显出温度特征值。根据这些特征值,便可确定铸铁的成分。
现有技术中,采用热分析方法对铸铁熔炼的铁水进行成分分析的仪器,一般价格都很昂贵,测试的时间又较长,这增加了操作人员的劳动强度,这些因素对国内众多中小型铸造企业,在对炉前质量的控制造成一定障碍。另外,有些采用热分析技术,在对铁水成分进行分析时,用硬件来合温度-MV的换算曲线,受设备影响,它不能做到完全符合曲线标准,这造成分析仪精确度不够理想。

发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种快速在线即测的、对测试数据识别、判断能力强、成本低的铁水成分分析仪。
为解决上述技术问题,本实用新型采用如下技术方案铁水成分分析仪包括温度传感器、测温模块、A/D转换器、键盘模块、显示器、打印机、中央处理器。温度传感器将测量的温度信号送测温模块,测温模块向A/D转换器送出经放大后的温差电势;测温模块还向中央处理器发出断偶信号;A/D转换器将温度信号转换后送中央处理器并和中央处理器互换数据;键盘接收用户的输入信息,传送给中央处理器;显示器显示中央处理器送来的命令并和中央处理器进行数据互换,打印机接收中央处理器指令,打印出测试结果;中央处理器包括单片机、锁存器、外置内存、地址译码器、看门狗电路。单片机将A/D转换器送来的温度信号按键盘设置命令进行比较、识别、判断后通过数据总线、地址总线和控制总线与其它模块相联系。外置内存、锁存器存贮单片机的信息,和单片机互换,看门狗电路具有手、电复位功能。还包括一个由芯片MAX487组成的接口转换电路,MAX487的2、3脚相连,1、2、4脚接单片机的串口输出,6、7脚并接电阻后产生成485总线的差分输出。单片机内预置了一个K型热电偶电势值-温度值对照表,该表是1摄氏度的分度间隔。
本实用新型铁水成分分析仪具有测试的速度快、微处理器对异常曲线识别和判断的正确率高、结构简单、价格低,适合各中小型铸造企业在铸铁熔炼炉前对原铁水成分的分析用。


图1是铁水成分分析仪原理方框图。
图2是铁水成分分析仪电路原理图。
图3是本实用新型主体程序流程图。
1、温度传感器;2、测温模块;3、A/D转换器;4、显示器;5、键盘模块;6、打印机;7、中央处理器。
具体实施方式
本仪器采用K型热电偶作为温度传感器预置于测试样杯中,当适量的原铁水浇入样杯中后,该温度传感器则连续感应出热电势,对此热电势的测量即可获得原铁水的冷凝温度曲线。保持每0.5秒一次的温度采样频率直到要求的两个温度平台已经出现或者低于某个预值的温度值时结束。
测温模块中利用Analog公司专用的自带冷端补偿和精密放大的集成芯片AD595进行冷端补偿和温度信号放大并具有断偶信号的报警功能。
A/D转换器采用Max197。
显示器采用一块128×64的点阵液晶作为显示元件,J1是显示器接口。
打印机采用CENTRONICS标准兼容的并口方式,配接40点的微型窄行打印机,实现测试数据的打印输出,J2是打印机标准接口。
键盘模块由键盘和芯片组成,采用4×4的16键盘,集成芯片为74LS245,通过4根数据总线和4根单片机的口线形成了4×4的16键键盘,实现仪器的设置输入功能。
单片机采用89c58,在单片机内置的只读存储器中预置了一个K型热电偶的分度表(热电偶电势值-温度值对照表)。在A/D采样到一个值之后将之换算到其对应的热电偶电势值表示,再通过查表得到该值对应的温度值。并采用了1摄氏度间隔的分度表,并在查表时毫伏值位于两个分度表项间时采用插值的方法近似,使得温度测试的精度可以提高。
锁存器采用74HC373。RAM采用62256,由于温度测试要求从原铁水进入样杯后即开始,采样持续保持每0.5秒一次的温度采样频率直到要求的两个温度平台已经出现或者低于某个预值的温度值时结束。因此在单片机外围扩充了一定量的随机存储器。看门狗电路采用Max813。地址译码通过可编程逻辑器件(CPLD)来完成,芯片型号是GAL16v8。
采用集成芯片Max487实现485串行总线规范,达到了单片机232总线的串口输出向485串行接口的转换,利用485接口的差分输出特性进行串行长距离数据传输,传输距离可达1km。
为了提高数据处理的效率和降低分析所需要的时间,设计单片机程序时采用了如下的算法实现测量过程中以及测试结束后的数据计算。
1、每点采集之后,总是对连续四个点对其相临两点求均值,进一步消除数值噪声,使测试数值变化更加平滑;2、求得的三个平均值相临的两两间差值对应的是两温度均值间的变化的梯度,当该三个梯度值均小于一个预设置的接近于0的温度值时,可认为此时温度处于一个平台之上。
3、过在每点采集之后利用1、2的算法判断出是否在平台上,如果累计已经有两个平台被发现了,则立即停止温度采样。这样可以有效地缩短测试所需要的实际时间;4、已经初步发现两个平台,或者即使在测试过程中尚未发现两个平台,在采样结束后均执行一个统一的平台扫描程序从而获得准确的平台温度值。
具体线路连接传感器预置于测试样杯中,AD595的1、14脚接热电偶的(+)、(-)极,9脚将所测信号接Max197的23脚,12脚将断偶信号经光耦隔离接89c58的13脚。Max197的7~14脚接62256的19、18、17、16、15、13、12、11脚,接74HC373的18、17、14、13、8、7、4、3脚,接89c58的32~39脚,接74LS245的9、8、7、6脚,接打印机标准接口17、15、13、11、9、7、5、3、脚,接显示器接口14~7脚;Max197的24脚输出接89c58的12脚,5、2脚接GAL16v8的12、13脚。62256的21、23、24、25、26、1、2、3脚接74HC373的2、3、6、9、12、15、16、19脚;4~10脚接89c58的21~27脚,接GAL16v8的3、4、5、6、7、8、9、11脚。74HC373的11脚接89c58的30脚。89c58的串口输出10、11脚接Max487的1、4,控制线4脚接Max487的2脚,Max487的2和3脚相连,6、7脚是输出。89c58的1脚向Max813的7脚发出的信号,9脚接收Max813的6脚发出的信号,Max813的1、2脚之间接有手动复位开关K。89c58的读写控制16、17脚和Max197的3、4脚,62256的21、22脚,显示器接口的4、5脚,GAL16v8的1、2脚连接;89c58的13、15脚接显示器接口J1的6、17脚;14、2、3脚接打印机标准接口J2的1、19、2脚。GAL16v8的15、16脚接显示器接口J1的15、16脚。89c58的5、6、7、8脚接4×4键盘1~4脚。74LS245的14、13、12、11脚接4×4键盘5~8脚,19脚接GAL16v8的18脚。
铁水成分分析仪软件部分的主体程序仪器初始化之后定时0.5秒检测温度,检测温度的算法采用如前所述的热电偶温度值线性化查表的方法和抑制干扰的数字滤波算法。如果检测尚未开始则判断当前测得温度是否大于1100℃(将1100℃作为测试开始的标志温度),如果小于该温度,则继续测温度。如果大于该温度,则开始一次测试并执行在线分析算法。如果检测已经开始,则判断温度是否小于1150℃(将1150℃作为测试结束标志温度),如果小于1150℃时表明一次检测结束了,执行分析和计算模块并结束一次测试。如果检测已经开始,但当前温度仍大于1150℃,此时表明检测过程仍在继续,则反复执行在线分析,并执行定时检测温度的过程直到在线分析结果表明原铁水的冷却曲线的在线分析已经找到了足够的特征温度值了,此时立刻结束(不再等待温度小于1150℃),程序转而执行分析和计算过程直至一次检测结束。
权利要求1.铁水成分分析仪,包括温度传感器、测温模块、A/D转换器、键盘模块、显示器、打印机、中央处理器,其特征温度传感器将温度信号接测温模块,测温模块向A/D转换器送放大后的温差电势、测温模块还向中央处理器发出断偶信号,A/D转换器将温度信号转换后送中央处理器并和中央处理器互换数据;键盘接收用户的输入信息,传送给中央处理器;显示器显示中央处理器送来的命令并和中央处理器进行数据互换,打印机接收中央处理器指令,打印出测试结果;中央处理器包括单片机、锁存器、外置内存、地址译码器、看门狗电路。
2.根据权利要求1所述的铁水成分分析仪,其特征还包括一个由芯片MAX487组成的接口转换电路;MAX487的2、3脚相连,1、4脚接单片机的串口输出,2脚接单片机的控制,6、7脚并接电阻后产生成485总线的差分输出。
3.根据权利要求1或2所述的铁水成分分析仪,其特征单片机内预置了一个K型热电偶电势值-温度值对照表。
4.根据权利要求1或2或3所述的铁水成分分析仪,其特征热电偶电势值-温度值对照表的分度表是1摄氏度间隔的分度表。
专利摘要本实用新型涉及在铸铁熔炼生产时,对铁水成分进行快速测定的铁水成分分析仪,其特征温度传感器将温度信号接测温模块,测温模块向A/D转换器送出经放大后的温差电势、测温模块还向中央处理器发出断偶信号,A/D转换器向中央处理器传送温度信号并和中央处理器互换;键盘模块将用户输入的信息,传送给中央处理器;显示模块显示中央处理器送来的数码信息并和中央处理器进行数据互换;打印机接收中央处理器指令、打印出测试结果;中央处理器包括单片机、锁存器、外置内存、地址译码器。
文档编号G01N25/68GK2731447SQ200420080128
公开日2005年10月5日 申请日期2004年10月11日 优先权日2004年10月11日
发明者戴挺, 董寅生, 许映秋, 徐随山 申请人:南京华欣分析仪器制造有限公司
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