水力学模拟浓度测量装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种水力学模拟浓度测量装置，用于测量水力学模拟的型腔内溶液的溶质浓度分布，且包括：电导率仪、工业机械手以及双目三坐标测量仪。电导率仪包括：电极，用于伸入到溶液的液面之下且设置有用于容纳型腔内的溶液的贯通部，以发出与贯通部处的溶液的电导率相应的电信号；以及信号接收模块，设置于型腔外并与电极通信连接，以接收电极发出的电信号并转为数字信号进行存储，以基于电导率确定贯通部处的溶液的溶质浓度。工业机械手具有抓持电极的上部的抓手，以带动并控制电极的三维运动。双目三坐标测量仪用于测量电导率仪的电极的三维坐标。由此，能够对流场内多个位置的半连续在线测量，提高水力学模拟实验的准确性和精度。
【专利说明】水力学模拟浓度测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水力学领域，尤其涉及一种水力学模拟浓度测量装置。
【背景技术】
[0002]在大型钢锭或铸件的铸造过程中，易产生合金元素(如C、S等)的偏析缺陷。采用有溶质的水溶液的水力学模拟是研究合金元素偏析的主要手段之一。水力学模拟具有直观有效的优点。水力学模拟偏析实验过程需要测量浇注过程或浇注后锭模内不同位置的溶质浓度变化。
[0003]然而，现有的溶质浓度检测手段很难实现上述目标。电测仪等非接触式测量设备无法实现对溶质浓度的在线测量。在现有的溶质浓度测量方法中，电导率仪是一种常用的在线测量装置，其安装在型腔内，用于测量某处的溶质浓度变化，其准确度和灵敏度均符合要求。但是由于水模拟实验一般在较小的型腔内进行，如果需要测量流场内多个位置的溶质浓度时，需要在每个不同的测量位置安装电导率仪，不仅安装复杂，而且占据型腔内很大的空间，并改变了型腔结构，使得水力学模拟实验的准确性无法保证。
实用新型内容
[0004]为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种水力学模拟浓度测量装置，用于测量水力学模拟的型腔内溶液的溶质浓度分布，其能够实现对流场内多个位置的半连续在线测量，从而提高水力学模拟实验的准确性。
[0005]本实用新型的另一目的在于提供一种水力学模拟浓度测量装置，用于测量水力学模拟的型腔内溶液的溶质浓度分布，其能提高水力学模拟实验的精度。
[0006]本实用新型的再一目的在于提供一种水力学模拟浓度测量装置，用于测量水力学模拟的型腔内溶液的溶质浓度分布，其能测量不同浓度范围的溶液。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种水力学模拟浓度测量装置，用于测量水力学模拟的型腔内溶液的溶质浓度分布，所述水力学模拟浓度测量装置包括:电导率仪、工业机械手以及双目三坐标测量仪。电导率仪包括:电极，用于伸入到溶液的液面之下且设置有用于容纳型腔内的溶液的贯通部，以发出与贯通部处的溶液的电导率相应的电信号；以及信号接收模块，设置于型腔外并与电极通信连接以接收电极发出的电信号并转为数字信号进行存储，以基于电导率确定贯通部处的溶液的溶质浓度。工业机械手具有抓持电极的上部的抓手，以带动并控制电极的三维运动。双目三坐标测量仪用于测量电导率仪的电极的三维坐标。
[0008]本实用新型的有益效果如下:
[0009]1.通过工业机械手且仅使用单个电导率仪，就能够实现对流场内多个位置的半连续在线测量，避免了在型腔内安装多个电导率仪，从而提高了水力学模拟实验的准确性。
[0010]2.通过双目三坐标测量仪测量电导率仪的电极的三维坐标，提高了定位精度，从而提闻了水力学1旲拟实验的精度。[0011]3.电导率仪的电极更换方便，可以选用不同量程的电极，进而可以测量不同溶质浓度范围的溶液。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置的结构示意图；
[0013]图2是根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置中的电导率仪的电极与两个标志点的结构示意图；
[0014]其中，附图标记说明如下:
[0015]I电导率仪4连杆
[0016]11电极5型腔
[0017]111贯通部6溶液
[0018]12信号接收模块61液面
[0019]2工业机械手D1内径
[0020]21抓手D2外径
[0021]3双 目三坐标测量仪
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图来详细说明根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置。
[0023]参照图1和图2，根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置用于测量水力学模拟的型腔5内溶液6的溶质浓度分布且包括电导率仪1、工业机械手2以及双目三坐标测量仪3。电导率仪I包括:电极11，用于伸入到溶液6的液面61之下且设置有用于容纳型腔5内的溶液6的贯通部111，以发出与贯通部111处的溶液6的电导率相应的电信号；以及信号接收模块12，设置于型腔5外并与电极11通信连接，以接收电极11发出的电信号并转为数字信号进行存储，以基于电导率确定贯通部111处的溶液6的溶质浓度。工业机械手2具有抓持电极11的上部的抓手21，以带动并控制电极11的三维运动。双目三坐标测量仪3用于测量电导率仪I的电极11的三维坐标。所述通信连接可为无线或有线通信连接。
[0024]在根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置中，通过双目三坐标测量仪3测得的位置数据，计算出对应的溶质浓度测试点的位置数据，并结合电导率仪I测得的溶质浓度数据，就可以得到不同时间下不同测量位置的溶质浓度，从而得到该流场内的溶质浓度分布。
[0025]在根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置中，工业机械手2设定运动路径，在型腔5的溶液6的流场内不断运动，仅使用单个电导率仪I就能够实现对型腔5的溶液6的流场内不同位置的溶质浓度进行半连续在线测量，避免了在型腔5内安装多个电导率仪I，从而保证了水力学模拟实验的准确性。
[0026]在根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置的一实施例中，电导率仪I可为DDk-210型工业电导率仪。DDk-210型工业电导率仪的测量误差可为最大量程的0.1%。
[0027]在根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置的一实施例中，电极11可以选用不同的量程，从而可以测量不同范围的溶质浓度。在一实施例中，参照图2，电极11的外径D2可为IOmm,内径D1可为6mm,总长度可为200mm。电极11的尺寸相对型腔5较小，因此不会对流场造成过大的扰动，保证了实验的准确性。
[0028]在根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置中，工业机械手2可为四轴工业机械手。在一实施例中，四轴工业机械手的最大运动半径为500mm,定位精确度小于0.1mm。工业机械手2带动电极11运动，电极11在垂直于图1的纸面方向上的最大运动范围为一个半径为500mm的圆，在图1的竖直方向上的上下运动的最大范围为400mm。
[0029]在根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置中，双目三坐标测量仪3可为双目摄像机，其对运动中的电极11进行定位。
[0030]在根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置的一实施例中，参照图2，所述水力学模拟浓度测量装置还可包括:连杆4，与电极11的上部螺纹连接且供工业机械手2的抓手21抓持。在一实施例中，连杆4为圆筒形且内设有螺纹，而电极11的上部设有外螺纹，从而实现可拆装式连接。在一实施例中，连杆4的直径可为20mm，长度可为200mm。
[0031]在根据本实用新型的水力学模拟浓度测量装置的一实施例中，参照图1和图2，连杆4布置有两个具有被双目三坐标测量仪3识别的不同的图像信息的标志点P1、P2，电极11的贯通部111在贯通方向上具有与所述两个标志点PpP2处于同一直线上的测量位置点匕(换句话说，两个标志点Pp p2是以一个点来考虑的，当两个标志点Pp p2具有形状时，可以取它们的中心点来考虑，当然不限于此)。双目摄像机的测量原理为，摄像机通过图像识别的方法，识别出连杆4上的两个标志点P1、P2，并通过双目摄像机的图像，对标志点P1、P2的空间位置进行定位，得到其在固定坐标系下的三维坐标。在一实施例中，双目三坐标测量仪3的精度可为0.1_，其定位精度高，提高了水力学模拟实验的精度。在一实施例中，双目三坐标测量仪3和电导率仪1的动态响应时间接近，都可为0.ls，即所述水力学模拟浓度测量装置每隔0.1s记录一次位置和溶质浓度数据。
[0032]参照图2，两个标志点PpP2与电极11的贯通部111上的测量位置点PQ有一定距离，其中测量位置点P。到位于标志点Pi的距离为屯，两个标志点P1、P2之间的距离为d2。当双目三坐标测量仪3测得两个标志点的三维坐标Pi (χ1； y1； Zl)和P2 (x2, y2, z2)时，根据测量位置点Ρο以及两个标志点Ρρ P2的相对位置关系，可以计算测量位置点Ρο (x0, y0, z0)的三维坐标，其计算公式为:
【权利要求】
1.一种水力学模拟浓度测量装置，用于测量水力学模拟的型腔(5)内溶液(6)的溶质浓度分布，所述水力学模拟浓度测量装置包括:电导率仪(1)，包括:电极(11)，用于伸入到溶液(6)的液面(61)之下且设置有用于容纳型腔(5)内的溶液(6)的贯通部(111)，以发出与贯通部(111)处的溶液(6)的电导率相应的电信号；以及信号接收模块(12)，设置于型腔(5)外并与电极(11)通信连接，以接收电极(11)发出的电信号并转为数字信号进行存储，以基于电导率确定贯通部(111)处的溶液(6)的溶质浓度；工业机械手(2)，具有抓持电极(11)的上部的抓手(21)，以带动并控制电极(11)的三维运动；以及双目三坐标测量仪(3)，用于测量电导率仪(1)的电极(11)的三维坐标。
2.根据权利要求1所述的水力学模拟浓度测量装置，其特征在于，电导率仪(1)为DDk-210型工业电导率仪。
3.根据权利要求1所述的水力学模拟浓度测量装置，其特征在于，工业机械手(2)为四轴工业机械手。
4.根据权利要求1所述的水力学模拟浓度测量装置，其特征在于，双目三坐标测量仪(3)为双目摄像机。
5.根据权利要求1所述的水力学模拟浓度测量装置，其特征在于，所述水力学模拟浓度测量装置还包括:连杆(4)，与电极(11)的上部螺纹连接且供工业机械手(2)的抓手(21)抓持。
6.根据权利要求5所述的水力学模拟浓度测量装置，其特征在于，连杆(4)为圆筒形且内设有螺纹，而电极(11)的上部设有外螺纹。
7.根据权利要求6所述的水力学模拟浓度测量装置，其特征在于，连杆(4)布置有两个具有被双目三坐标测量仪(3)识别的不同的图像信息的标志点(P1;P2)，电极(11)的贯通部(111)在贯通方向上具有与所述两个标志点(P1;P2)处于同一直线上的测量位置点(ΡΛ
8.根据权利要求7所述的水力学模拟浓度测量装置，其特征在于，所述两个标志点(P1； P2)具有不同的形状和/或颜色。
9.根据权利要求8所述的水力学模拟浓度测量装置，其特征在于，当所述两个标志点(Pi，p2)具有不同的形状时，所述不同的形状各自具有对称中心。
10.根据权利要求7所述的水力学模拟浓度测量装置，其特征在于，所述两个标志点(P1;P2)在型腔(5)内的溶液(6)的液面(61)上方。
【文档编号】G01N27/06GK203519537SQ201320639428
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】康进武, 董超 申请人:清华大学