专利名称：合金熔体热物性参数集成测试系统及测试方法
技术领域：
本发明涉及本发明涉及的是冶金、鋳造和金属材料领域，具体涉及ー种合金熔体热物性參数集成测试系统及测试方法。
背景技术：
目前有关合金熔体表面张カ、密度、粘度和电阻率单项參数的检测方法和装置已有很多传统方法和实用装置，但多參数集成测试装置未见报道和应用。事实上，表面张カ、密度、粘度和电阻率通常是被科技工作者同时关注的几个參数，由于传统测试方法对测试装置结构的限制，导致无法在一台装置上，尤其是在ー个熔体试样上实现多參数集成测试。
发明内容
本发明的目的是提供ー种合金熔体热物性參数集成测试系统及测试方法，用ー个合金熔体试样完成表面张カ、密度、粘度和电阻率四个热物性參数测试。上述的目的通过以下的技术方案实现
ー种合金熔体热物性參数集成测试系统，其组成包括主机，所述的主机与控温柜、计算机测控单元连接，所述的主机的加热炉与氩气瓶连接。所述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述主机包括传感器分配器、传感器升降机构、加热炉、坩埚、坩埚升降及进出机构，所述的坩埚固定在所述的坩埚升降机构上，所述的坩埚升降机构和所述的坩埚进出机构连接，所述的传感器分配器与所述的传感器升降机构连接。所述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述的传感器分配器包括动盘和静盘，所述的动盘上安装有表面张カ和密度传感器探头定位开关、粘度传感器探头定位开关、电阻率探头定位开关、表面张カ和密度传感器探头座、粘度传感器探头座、电阻率探头座和动齿轮；所述的静盘上安装有定位块和静齿轮，所述的动盘与所述的静盘扣合后所述的动齿轮与所述的静齿轮相互啮合，当所述的动齿轮在电机驱动下转动时，所述的动齿轮将绕所述的静齿轮转动，从而带动所述的动盘同步转动，当所述的表面张カ和密度传感器探头定位开关、所述的粘度传感器探头定位开关、所述的电阻率探头定位开关中任何一个处于垂直向下位置时，对应的定位开关将碰触所述的定位块，井向所述的计算机测控单元发出位置信号，实现三个传感器エ位切換。所述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述的坩埚升降及进出机构包括垂直升降机构和水平摆动机构，所述的垂直升降机构包括电机A、齿轮齿条组A、托盘和垂直升降行程开关组，所述的水平摆动机构包括电机B、齿轮组、摆臂和水平摆动行程开关组，所述的坩埚升降机构将上述坩埚垂直送入和取出所述的加热炉，所述的水平摆动机构将所述的坩埚水平摆至所述的加热炉下方和摆至取样位置，垂直升降和水平摆动的极限位置均靠对应的行程开关控制。所述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述的计算机测控单元由计算机、打印机、信号处理电路、电机驱动电路组成；所述的控温柜包括数字控温仪表、可控硅控制电路和调压器。
所述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述的传感器升降机构包括立柱、横梁、升降连杆、升降电机、齿轮齿条组B和位移传感器，所述的传感器分配器安装在所述的横梁上，靠两根所述的立柱导向，所述的横梁可作平稳升降运动，所述的升降电机驱动所述的齿轮齿条组B运动，通过所述的升降连杆带动所述的横梁上升或下降，实现传感器探头进入和提离熔体试样，上下极限位置靠所述的位移传感器感知。ー种合金熔体热物性參数集成测试方法，该方法包括如下步骤
(1)加热炉升温通过控温柜设 定加热炉保温温度，向加热炉吹入氩气，达到设定温度后自动保温；
(2)选择测试方式通过计算机测控单元选择连续测试模式，表面张カ和密度传感器探头转至垂直向下位置；
(3)取样当所述的加热炉温度达到设定值时，坩埚升降机构自动下降，坩埚被水平摆动机构摆至接样位置，试样被加入坩埚后，摆臂自动摆至加热炉下方，垂直升降机构上升将所述的坩埚送入所述的加热炉；
(4)被测熔体进行熔体表面张カ和密度测试所述的加热炉继续升温，达到设定温度后，传感器升降机构下降将表面张カ和所述的密度传感器探头送入所述的加热炉，传感器通过吹出的氩气压力感知熔体液面位置和气泡内压カ微小变化，通过位移传感器精确测定两次下降高度差，利用气泡内最大压カ值、高度差求解熔体表面张カ和密度；
(5)复位，被测熔体进行粘度测试探头被提出所述的加热炉后，所述的传感器分配器将粘度传感器探头转至垂直向下位置，所述的传感器升降机构将其浸入熔体试样，瞬间完成探头衰减振动，探头即被提出熔体，利用对数衰减率和振子特性參数计算熔体粘度；
如为多參数连续测试，需重复步骤(4)、步骤(5)，直至全部參数测试完成。有益效果
I.本发明ー机多能，硬件成本降低，通过传感器分配器这ー关键装置，只需控制传感器エ位变化即可完成四參数测试。本发明操作简单，测试周期缩短，由于传感器エ位变换、探头升降和坩埚进出全部采用自动控制，无须人为干预，机构运动速度和位置均可实现精准控制，可明显缩短测试时间。本发明同试样同环境测试，测试结果更可比。取自同一炉的合金熔体试样或同一固体试样熔化形成的液态试样，在同一加热炉内连续完成四參数测试，其參数可比性优于不同试样多次测试的結果。本发明实现传感器测试エ位变换、传感器探头进出加热炉、坩埚进出加热炉、熔体试样温度变化、信息參数输出等功能；由计算机、打印机、输入输出板卡、模拟信号处理电路和电机驱动电路等组成计算机测控单元，实现主机动作控制和信号采集与处理；采用市购标准氩气瓶为主机表面张カ传感器提供稳压气源和为加热炉提供惰性气体保护；由数字控温仪表、可控硅控制电路和调压器组成控温拒，实现加热炉温度自动控制。表面张カ、密度、粘度和电阻率是四个非常重要的金属熔体热物性參数，准确测知熔体热物性參数，不仅对于冶金和鋳造领域优化生产エ艺和有效控制生产过程具有重要意义，而且对于金属材料研究领域而言，可以为其提供ー种新材料液态性能的评价手段。利用ー个合金熔体试样完成四个热物性參数的集成测试，其优越性不仅仅在于测试设备的节省和测试成本的降低，更为重要的是测试条件完全相同的情况下获得的测试结果更具可比性。
附图I是本产品的结构示意图。附图2是附图I中传感器分配器的动盘部分的结构示意图。附图3是附图I中传感器分配器的静盘部分的结构示意图。附图4是附图I中坩埚升降及进出机构的结构示意图。附图5是附图I中传感器升降机构的结构示意图。
具体实施例方式 实施例I :
ー种合金熔体热物性參数集成测试系统，其组成包括主机I,所述的主机与控温柜2、计算机测控单元3连接，所述的主机的加热炉与氩气瓶连接。实施例2
上述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述主机由传感器分配器4、传感器升降机构5、加热炉6、坩埚7、坩埚升降及进出机构8组成，所述的坩埚固定在所述的坩埚升降机构上，所述的坩埚升降机构和所述的坩埚进出机构连接，所述的传感器分配器与所述的传感器升降机构连接。实施例3
上述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述的传感器分配器由动盘9和静盘10组成，所述的动盘上安装有表面张カ和密度传感器探头定位开关11、粘度传感器探头定位开关12、电阻率探头定位开关13、表面张カ和密度传感器探头座14、粘度传感器探头座15、电阻率探头座16和动齿轮17 ;所述的静盘上安装有定位块18和静齿轮19，所述的动盘与所述的静盘扣合后所述的动齿轮与所述的静齿轮相互啮合，当所述的动齿轮在电机驱动下转动时，所述的动齿轮将绕所述的静齿轮转动，从而带动所述的动盘同步转动，当所述的表面张カ和密度传感器探头定位开关、所述的粘度传感器探头定位开关、所述的电阻率探头定位开关中任何一个处于垂直向下位置时，对应的定位开关将碰触所述的定位块，井向所述的计算机测控单元发出位置信号，实现三个传感器エ位切換。实施例4
上述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述的坩埚升降及进出机构由垂直升降机构20和水平摆动机构21组成，所述的垂直升降机构由电机A，件号22、齿轮齿条组A，件号23、托盘24和垂直升降行程开关组25组成，所述的水平摆动机构由电机B，件号26、齿轮组27、摆臂28和水平摆动行程开关组29组成，所述的坩埚升降机构将上述坩埚垂直送入和取出所述的加热炉，所述的水平摆动机构将所述的坩埚水平摆至所述的加热炉下方和摆至取样位置，垂直升降和水平摆动的极限位置均靠对应的行程开关控制。实施例5
上述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述的计算机测控单元由计算机、打印机、信号处理电路、电机驱动电路组成；所述的控温柜由数字控温仪表、可控硅控制电路和调压器组成。实施例6 上述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述的传感器升降机构由立柱30、横梁31、升降连杆32、升降电机33、齿轮齿条组B，件号34和位移传感器35组成，所述的传感器分配器安装在所述的横梁上，靠两根所述的立柱导向，所述的横梁可作平稳升降运动，所述的升降电机驱动所述的齿轮齿条组B运动，通过所述的升降连杆带动所述的横梁上升或下降，实现传感器探头进入和提离熔体试样，上下极限位置靠所述的位移传感器感知。实施例7
上述的合金熔体热物性參数集成测试系统，所述加热炉为通过式筒形结构，发热元件为U形硅钥棒，8支发热元件串联使用，最大电流为5 0安培。发热元件外围是三氧化ニ铝砖隔热层和石棉毡保温层，最外围是不锈钢保护罩。通电加热时炉内通氩气，以降低发热元件和石墨坩埚被氧化程度。所述的坩埚由高密度石墨加工而成，内腔尺寸为OlOO X 120mm,外廓尺寸为O120 X 130mmo
实施例8
当垂直升降机构降至最低位置时(垂直升降行程开关被压合)，坩埚和托盘分离，坩埚被摆臂端部“0”形框托接，水平摆动机构启动后，坩埚被摆离加热炉下方(到达极限位置时水平摆动行程开关被压合)，待合金熔体试样或被测固体试样加入坩埚后，水平摆动机构反向运动，坩埚被摆至加热炉正下方(水平摆动行程开关被压合)，垂直升降机构升起，坩埚被托盘顶离摆臂“0”形框直至进入加热炉(至极限位置时垂直升降行程开关被压合)，加热炉底ロ被托盘封闭。实施例9
ー种合金熔体热物性參数集成测试方法，该方法包括如下步骤
(1)加热炉升温通过控温柜设定加热炉保温温度，向加热炉吹入氩气，达到设定温度后自动保温；
(2)选择测试方式通过计算机测控单元选择连续测试模式，表面张カ和密度传感器探头转至垂直向下位置；
(3)取样当所述的加热炉温度达到设定值时，坩埚升降机构自动下降，坩埚被水平摆动机构摆至接样位置，试样被加入坩埚后，摆臂自动摆至加热炉下方，垂直升降机构上升将所述的坩埚送入所述的加热炉；
(4)被测熔体进行熔体表面张カ和密度测试所述的加热炉继续升温，达到设定温度后，传感器升降机构下降将表面张カ和所述的密度传感器探头送入所述的加热炉，传感器通过吹出的氩气压力感知熔体液面位置和气泡内压カ微小变化，通过位移传感器精确测定两次下降高度差，利用气泡内最大压カ值、高度差求解熔体表面张カ和密度；
(5)复位，被测熔体进行粘度测试探头被提出所述的加热炉后，所述的传感器分配器将粘度传感器探头转至垂直向下位置，所述的传感器升降机构将其浸入熔体试样，瞬间完成探头衰减振动，探头即被提出熔体，利用对数衰减率和振子特性參数计算熔体粘度；
如为多參数连续测试，需重复步骤(4)、步骤(5)，直至全部參数测试完成。
权利要求
1.一种合金熔体热物性参数集成测试系统，其组成包括主机，其特征是所述的主机与控温柜、计算机测控单元连接，所述的主机的加热炉与氩气瓶连接。
2.根据权利要求I所述的合金熔体热物性参数集成测试系统,其特征是所述主机包括传感器分配器、传感器升降机构、加热炉、坩埚、坩埚升降及进出机构，所述的坩埚固定在所述的坩埚升降机构上，所述的坩埚升降机构和所述的坩埚进出机构连接，所述的传感器分配器与所述的传感器升降机构连接。
3.根据权利要求2所述的合金熔体热物性参数集成测试系统，其特征是所述的传感器分配器包括动盘和静盘，所述的动盘上安装有表面张力和密度传感器探头定位开关、粘度传感器探头定位开关、电阻率探头定位开关、表面张力和密度传感器探头座、粘度传感器探头座、电阻率探头座和动齿轮；所述的静盘上安装有定位块和静齿轮，所述的动盘与所述的静盘扣合后所述的动齿轮与所述的静齿轮相互啮合，当所述的动齿轮在电机驱动下转动时，所述的动齿轮将绕所述的静齿轮转动，从而带动所述的动盘同步转动，当所述的表面张力和密度传感器探头定位开关、所述的粘度传感器探头定位开关、所述的电阻率探头定位开关中任何一个处于垂直向下位置时，对应的定位开关将碰触所述的定位块，并向所述的计算机测控单元发出位置信号，实现三个传感器工位切换。
4.根据权利要求2或3所述的合金熔体热物性参数集成测试系统，其特征是所述的坩埚升降及进出机构包括垂直升降机构和水平摆动机构，所述的垂直升降机构包括电机A、齿轮齿条组A、托盘和垂直升降行程开关组，所述的水平摆动机构包括电机B、齿轮组、摆臂和水平摆动行程开关组，所述的坩埚升降机构将上述坩埚垂直送入和取出所述的加热炉，所述的水平摆动机构将所述的坩埚水平摆至所述的加热炉下方和摆至取样位置，垂直升降和水平摆动的极限位置均靠对应的行程开关控制。
5.根据权利要求4所述的合金熔体热物性参数集成测试系统，其特征是所述的计算机测控单元由计算机、打印机、信号处理电路、电机驱动电路组成；所述的控温柜包括数字控温仪表、可控硅控制电路和调压器。
6.根据权利要求2或3或5所述的合金熔体热物性参数集成测试系统，其特征是所述的传感器升降机构包括立柱、横梁、升降连杆、升降电机、齿轮齿条组B和位移传感器，所述的传感器分配器安装在所述的横梁上，靠两根所述的立柱导向，所述的横梁可作平稳升降运动，所述的升降电机驱动所述的齿轮齿条组B运动，通过所述的升降连杆带动所述的横梁上升或下降，实现传感器探头进入和提离熔体试样，上下极限位置靠所述的位移传感器感知。
7.一种合金熔体热物性参数集成测试方法，其特征是该方法包括如下步骤 (1)加热炉升温通过控温柜设定加热炉保温温度，向加热炉吹入氩气，达到设定温度后自动保温； (2)选择测试方式通过计算机测控单元选择连续测试模式，表面张力和密度传感器探头转至垂直向下位置； (3)取样当所述的加热炉温度达到设定值时，坩埚升降机构自动下降，坩埚被水平摆动机构摆至接样位置，试样被加入坩埚后，摆臂自动摆至加热炉下方，垂直升降机构上升将所述的坩埚送入所述的加热炉； (4)被测熔体进行熔体表面张力和密度测试所述的加热炉继续升温，达到设定温度后，传感器升降机构下降将表面张力和所述的密度传感器探头送入所述的加热炉，传感器通过吹出的氩气压力感知熔体液面位置和气泡内压力微小变化，通过位移传感器精确测定两次下降高度差，利用气泡内最大压力值、高度差求解熔体表面张力和密度； (5)复位，被测熔体进行粘度测试探头被提出所述的加热炉后，所述的传感器分配器将粘度传感器探头转至垂直向下位置，所述的传感器升降机构将其浸入熔体试样，瞬间完成探头衰减振动，探头即被提出熔体，利用对数衰减率和振子特性参数计算熔体粘度；如为多参数连续测试，需重复步骤(4)、步骤(5)，直至全部参数测试完成。
全文摘要
合金熔体热物性参数集成测试系统及测试方法。目前有关合金熔体表面张力、密度、粘度和电阻率单项参数的检测方法和装置已有很多传统方法和实用装置，但多参数集成测试装置未见报道和应用。事实上，表面张力、密度、粘度和电阻率通常是被科技工作者同时关注的几个重要熔体热物性参数，由于传统测试方法对测试装置结构的限制，导致无法在一台装置上，尤其是在一个熔体试样上实现多参数集成测试。本发明的组成包括主机(1)，所述的主机与控温柜(2)、计算机测控单元(3)连接，所述的主机的加热炉与氩气瓶连接。本发明用于合金熔体热物性参数的集成测试。
文档编号G01N11/16GK102866085SQ20121036875
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者李大勇, 王利华, 马旭梁, 石德全 申请人:哈尔滨理工大学