专利名称:锡—铅合金成份自动检测仪的制作方法
这是一种高温合金成份自动化检测仪表。
锡——铅二元合金是在锡或铅火法生产工艺中经常出现的高温合金融体。为了监督控制生产过程。需要随时知道该二元合金的成份。
锡——铅二元合金为一近似的理想溶液。合金的比重γ与三元系的组成有关。α表示合金中铅含量的百分数。γpbt γsnt表示纯铅、纯锡的比重时 可有以下的表达式＝αγpbt＋(1－α)γsnt鉴于纯铅、纯锡的比重γpbt、γsnt均与温度有关。故合金融体的比重与合金的温度及成份(α)有关。可以导出以下的方程式计算合金在温度及成份均变化时，比重的变化量。
d＝「3.7－1.2×10－3(t－327)＋7.4×10－4(t－232)」dα－「4.6×10－4α＋7.4×10－4」dt如果在合金融体中置一体积为V0的全浸没式浮子，则浮子所受的浮力的变化量dF将由下式确定dF＝Vodγ如能测知dF。则可知dγ。进而知dα。亦即可测知合金中铅的百分含量。
使用电测仪表。可将浮子所受力的变化dF转变为一定范围(如0——10MA)的电流变化dI。最终dI将在显示仪表上以合金含量α的方式刻度并显示出来。
根据上述原理。我们设计了这一套检测仪表。其组成和结构如下1、锡－－铅合金含量变送器。其功能是实现含铅量(百分含量。)到电流(I)的变换。由检测器和力变送器组成。检测器如图1所示。
钢质圆筒，外复保温材料，筒内置被测锡－－铅合金。钢质实心的浮子全浸入被测合金中。在本仪器工作的温度范围内检测筒和浮子均不会被溶解或浸蚀。
检测器备有电炉供热。熔体中插入小型铠装热偶以检测熔体温度。电炉及电热偶接至控温器以维持恒温。
在定温及浮子浸入熔体的条件下。浮子产生的浮力变化量送入力变送器进行力到电流的变换。
力变送器原理及结构见图2。
力的传受机构是一个复合的杠杆系统。由主杠杆1、曲臂杠杆2和付杠杆3组成。b、d及十字头f均为弹性元件。分别是三个杠杆交点。当被检测合金中铅的百分含量增高时，熔体比重增加。作用于主杠杆左端a点的力Fin增加。主杠杆以b点为支点顺时针方向转动(转角φ1)通过连接件C的作用使曲臂杠杆2以d为支点逆时针方向旋转(转角φ2)，曲臂杠杆在终点l处与付杠杆3是弹性连接(弹性件有足够的刚度)。加之杠杆的线位移与角位移均很小。杠杆2传给杠杆3的力Fe可以认为是垂直杠杆3的。在此力的作用下。付杠杆以十字头f为支点逆时针方向转动(转角φ3)。牵动其终端检测片靠近检测线圈。借高频位移放大器之助。使放大器输出电流Iou增加。该电流通过与负载相串联并位于永磁钢中的反馈线圈转变为电磁力Ff该反馈力作用于杠杆系统，通过杠杆3、曲臂杠杆2作用于主杠杆1，其方向恰与输入力相反。当反馈力Mf与输入力矩Min相等时，杠杆系统达到平衡状态。检测与检测线圈的相对位置保持一定，输出电流Iou维持一定数值与所检测的合金含铅量的百分数相对应。测量并显示Iou的数值即意味着检量并显示了合金当时的铅的百分含量。
2、恒温、显示系统变送器输出的电流经电阻转换为电压降。由电子电位差计测量并进行显示。在标定时已直接刻度为铅的百分含量(pb％)。可直接读出被测合金的含铅量的百分数。
恒温装置为一常用的二位控温系统。采用铠装热电偶既适应了检测器浮子与筒体间隙狭窄的环境。又因其时间常数小。提高了控温质量。用水银温度计实测结果，可知该系统使被测熔体温度可恒定在±5℃以内。
由于恒温电炉埋在筒底。为了防止电炉丝损坏，使温度失控。发生误测甚至熔体冻结损坏检测器的事故。在电炉供电回路中串入一个电阻。从两端取电压信号供指示灯用如有故障及时处理。
样机在云南锡业公司第一冶炼厂进行考核。以称重的方法称取纯铅和纯锡配制成各种成份的合金试样。计算出合金的含铅量。以此为试样含铅量的真(实)值。这些试样每个一式二份，分别送到离线检测仪和化验室进行分析。所得数据与真值偏差不大于0.5％铅含量。
图一 检测器结构示意图
1、保温材料，2、钢质实心浮子，3、钢质圆筒，4、被测锡——铅合金，5、控温电炉，6、控温用铠装热偶。
图二 比重——电流交换原理图，1、主杠杆，2、曲臂杠杆3、副杠杆。
图三 恒温及显示系统示意图1、检测器，2、力变送器，3、标准电阻，4、自动显示记录仪，5、控温炉工作指示，6、断电保护电阻。
7、温度控制器。
与现有技术相比有以下优点1、传统的用于查定锡－－铅合金中含铅的百分数是用化学分析法。其精度只能保证0.3％。分析一次需要两个小时左右。不能及时满足工艺生产现场监控的要求。且消耗试剂。本仪器能自动直接显示含铅量的百分浓度。只需5分钟左右。消耗少量电能。一台仪器可长期反复使用。精度可达0.5％。在采用微电子技术后完全可以使精度提高。
2、本检测仪适于高温(目前已做到400℃下工作)融体的分析。
3、本检测仪可作离线检测。即将生产流程上的样品送到仪器所在的实验室进行分析代替或与化学分析法并存。亦可在线检测即将它装在生产流程上。自动而连续地向操作人员报告产物中铅的百分含量。并对生产过程进行自动控制(包括计算机控制)。
4、该仪器目前至少可以安装在处理粗锡的连续结晶机及处理焊锡的真空脱铅炉上。对产品的质量进行监督及自控。该两项生产设备均为我国(昆明工学院首创)本仪器的添置将对该两项技术的使用有锦上添花之效果。在有色冶炼设备的现代化方面发挥其应有的作用。
权利要求
1.一种高温锡-铅合金成份自动检测仪，其特征在于通过测量合金熔体的比重来检测任一合金组分的百分含量，它是由检测器、力变送器、自动显示记录仪及温度控制器组成。检测器主要由钢质园筒、钢质实心浮子、控温电炉、控温用铠装热偶组成，力变送器的结构是一个复合的杠杆系统，由主杠杆、曲臂杠杆和付杠杆组成，在自动显示仪上经过标定直接刻度为铅的百分含量，其各部功能是在定温及浮子全浸入熔体条件下浮子产生的浮力变化量输入力变送器进行力到电流的变换，力变送器输入的电流经电阻转换为电压降，由电子电位差计测量并进行显示。
专利摘要
本仪器是一种能快速而自动地检测锡—铅二元合金中任一组分百分含量的新型仪表，可根据需要设计成离线和在线两种方式下工作。是铅或锡精炼过程中某些设备(如粗锡精炼的连续结晶机、焊锡真空脱铅炉等)实现自动控制必备的一种自动检测装置。这是一种按闭环负反馈原理而工作的浮力法比重—电流变换仪器。实现了合金百分含量到电量的变换，实现了自动检测。在自动显示仪表上可直接显示所测合金成份的百分浓度。
文档编号G01N9/36GK85203546SQ85203546
公开日1986年11月12日 申请日期1985年8月22日
发明者曾祥镇, 刘鸿静 申请人:昆明工学院科研处导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan