专利名称：铁液质量多功能检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铁液质量多功能检测仪，尤其是用热分析测试铁液质量的微机检测仪。
现有的热分析仪，其主机均采用单板机或APPLE机等非工业型计算机，这类计算机线路结构复杂、体积大、抗干扰能力差，不适宜铸造熔炼炉前现场使用。
本实用新型的目的在于针对上述问题提出的一种铁液质量多功能检测仪，它不仅结构简单、体积小，而且抗干扰能力强，适宜铸造熔炼炉前现场使用。
本实用新型的技术方案是，一种铁液质量多功能检测仪，包括测试电路和传感器，其特殊之处是测试电路中设有内含A/D转换器的准16位单片微机，其外围扩展有程序存贮器、数据存贮器及I/O接口，热电偶信号处理单元的输出端和热电偶冷端补偿电路单元的输出端分别与准16位单片微机的A/D输入端联接。
而且，热电偶信号处理单元设有由三片OP-07组成的增益可调的同相并联差动放大器，K型热电偶负端通过继电器经零点迁移线路后与上述差动放大器的一输入端相联，其正端与同相并联差动放大器另一输入端相联，B型热电偶的正、负端通过继电器分别与上述差动放大器的两输入端相联，差动放大器的输出端与单片微机的A/D输入端相联。
而且，上述差动放大器的输出端通过两个开关二级管组成的限幅电路单元与单片微机的A/D输入端联接。
而且，热电偶冷端补偿电路单元是以AD590为温度传感器，AD590的正、负端分别接集成运算放大器的负输入端和负电源，集成运算放大器的正输入端通过电阻接地，负输入端通过可调电位器接稳压电源，输出端经两个开关二级管限幅后接单片微机的A/D输入端，集成运算放大器的反馈电路上设有可调电位器。
而且，测试电路中还设有修正系数及时间的拨码输入单元、测试功能选择及铸铁牌号选择的旋钮输入单元，拨码及旋钮开关均通过扩展I/O接口与单片微机相联。
而且，测试电路中设有为测试仪，提供实时时钟的时钟电路单元。
本实用新型由于以外围电路简单、抗干扰能力强的针对工业现场设计的高性能单片微机为主机，因而结构简单、体积小、抗干扰能力强，特别适宜铸造熔炼炉前现场使用。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
图1为本实用新型的电路方框图。
图2为本实用新型测试电路中的单片微机电路单元图。
图3为本实用新型测试电路中的拨码及旋钮输入单元图。
图4为本实用新型测试电路中的热电偶信号处理电路单元及热电偶冷端补偿电路单元图。
参见图1～4，本实用新型包括传感器和测试电路，传感器为(1)K型热电偶设在测试样杯内，用于记录铁液冷却曲线；(2)B型热电偶用于检测铁液温度；(3)AD590用于环境温度测试兼热电偶冷端补偿。测试电路中设有准16位8098单片微机U1及扩展程序存贮器U4[27256]和数据存贮器U5、热电偶信号处理单元、热电偶冷端补偿单元、拨码及旋钮开关输入单元、复位电路单元、MC146818实时时钟电路单元、LED显示单元和打印输出。
本实用新型测试电路中的准16位8098单片微机U1的AD0～AD7分别与程序存贮器U4[27256]的D0～D7和数据存贮器U5的D0～D7、锁存器U2[74LS373]的D0～D7、I/O并行接口U7的D0～D7、I/O并行接口及RAM存贮器U6的AD0～AD7相联，U1的A8～A15与U3[GAL16V8]的I1～I8相联，U1的A8～A14还与U4的A8～A14相联，U1的A8～A12与U5的A8～A12相联；U2的Q0～Q7分别与U4的A0～A7和U5的A0～A7相联；U3的输出端O1～O6输出片选信号H1～H6，分别与U4的片选CE、U5的片选CS1、U6的片选CE、U7的片选CS、LED显示单元片选及时钟电路单元的MC146818芯片的片选相联。U3的输出端O7接U1的READY脚。U4的OE、U5的OE、U6的RD、U7的RD、均与U1的RD脚相联，U5的WE、U6的WR、U7的WR均与U1的WR脚相联。U6的ALE接U1的ALE；U6的IO/M脚接U1的A12脚，U7的A0、A1分别接U2的Q0、Q1，U1的复位脚RST接负复位信号-R，U6、U7的复位脚RESET接正复位信号+R。
U1的工作时序由U1内部回路及与管脚XTAL1、XTAL2相连的晶振OSC及电容C2、C3组成的振荡电路提供。
U1的A/D转换基准电压由Z1[LM336]、W1、C4、C1、R16组成的电路提供(见图2)，Z1正端通过电阻R16接一正电压，负端接地，Z1的正、负端分别与U1的VREF、AGND及电位器W1的两端相接，Z1的调节端接W1的调节端。
本实用新型的数值输入采用10位BCD拨码，用于输入修正系数及时间参数。扩展I/O接口U7的I/O口PCO～PC3分别与BCD码-10进制码译码器U8[74LS145]的输入端A～D相接，U8的输出端0～9分别接10位BCD码的控制端，10位拨码的BCD码输出端“1”(即拨码的“1-1”、“2-1”“3-1”……“9-1”、“10-1”脚)分别与与非门U12[74LS133]的输入端(1、2、3、4、5、6、7、10、11、12脚)相接；同理，10位BCD码输出端“2”、“4”、“8、”分别与与非门U11[74LS133]、U10[74LS133]、U9[74LS133]的输入端相接；U9、U10、U11、U12的空输入端均接高电平VCC，其输出端分别接U7的I/O口PB0～PB3。使用时，本实用新型通过单片机控制U7的I/O口PC0～PC3输出拨码的位选择信号，每次只选中一片，被选中拨码的控制端为低电平，其它拨码控制端为高电平，再从I/O口PB0～PB3读取被选中拨码的数值，达到从拨码向检测仪输入数值的目的。本实用新型的旋钮开关K1、K2为两个5段旋钮开关，测试功能选择旋钮K1的5档位分别与U6的I/O接口PB1～PB5相连接，同时还分别与排阻PR1的5个电阻端相连，PR1的公共端接地；铸铁牌号选择旋钮K2的5档位分别与U6的I/O接口PC0～PC4相连接，同时还分别与排组PR2的5个电阻端相连，PR2的公共端接地，旋钮开关K1、K2的公共端接高电平。使用时，本实用新型可从接口芯片U6的PB、PC读取K1、K2所处位置，根据K1、K2的位置使检测仪进入指定的工作状态。本实用新型设计旋钮开关及拨码进行人机对话，使得其操作简单、方便、直观。
本实用新型中的K型热电偶冷端补偿兼环境温度测试电路是以AD590为温度传感器，由AD590和U13[OP-07]集成运算放大器组成环境温度测试电路。U13的正输入端通过R15接地，负输入端通过电阻R13、电位器P4接由Z3[LM336]提供的一稳定电压上，U13的返馈电阻由R14及电位器P5串联组成，AD590的正、负端分别接U13的负输入端及负电源。通过调节P4、P5可将测温范围限制在所需的温度区间，在此区间，环境温度与U13的输出电压成线性关系，U13的输出电压经开关二级管D3、D4限幅后接单片机8098的A/D输入口ACH5。因AD590是电流输出型器件，具有很强的抗干扰能力，且精度高、线性度好，保证了本实用新型冷端补偿的精度。
本实用新型设有K型热电偶和B型热电偶共用的由U15[OP-07]、U16[OP-07]、U14[OP-07]三片集成运放组成的增益可调的同相并联差动放大器，K型热电偶与B型热电偶的增益调节及输入信号切换由单片机控制的两个继电器J、J1完成，热电偶信号经同相并联差动放大器调理后，经过开关二级管D1、D2限幅后送入单片机8098的A/D输入端ACH4，由三片OP-07组成的同相并联差动放大器分为两级，第一级由U15、U16构成差动式放大器，U15的返馈电阻为R6、U16的返馈电阻为R9，K型热电偶的增益由电位器P2调节，B型热电偶的增益由电位器P3调节、增益切换由继电器J完成。第二级由U14独自构成差动式放大器，返馈电阻为R12，反相端通过电阻R10与U15输出端相接，正相输入端通过电阻R11与U16输出端相接，同时还通过电阻R8接地在放大器U14的1、8脚间接有调零电位器P6，其调节端接正电源，U14的输出端信号经限幅后即送入单片微机进行A/D转换。
当进行铁液温度测试时，将功能选择旋钮K1指向PB1，测试仪一检测到PB1为高电平，即进入铁液温度测试状态，在U7的PC6、PC7上输出高电平，使三级管Q1[3DG6]、Q2[3DG6]导通，继电器J、J1吸合，继电器开关切换到B型热电偶位置。增益由电位器P3调节。B型热电偶的正、负端分别通过电阻R7、R5与上述增益可调的同相并联差动放大器的两输入端相联接，这时，测试仪即随时检测B型热电偶上热电势大小，当B型热电偶插入铁液后，便检测到温度的急剧上升，并将温度上升变化情况送数码显示，经几秒钟后，B型热电偶温度升至铁液实际温度(即最高点温度)，此时，温度不再上升，该最高温度送数码显示，并经打印机打印输出。打印结果的同时，读取时钟电路的日期及时间，同测试结果一并输出。从而完成一次测温过程。
铁液化学成份及机械性能测试时，将K1指向PB2，同时K2指向待测铁液的铸铁牌号，测试电路检测到PB2为高电平，便转入化学成分及机械性能测试状态，在U7的PC6、PC7上输出低电平，使三级管Q1、Q2截止，继电器J、J1断电，继电器的开关切换到K型热电偶位置，增益由电位器P2调节，K型热电偶的负端经电位器P1、电阻R1、R2、R3、R4组成的桥路零点迁移后接入增益可调的同相并联差动放大器的一输入端，零点迁移的基准电源由Z2[LM336]提供，K型偶的正端通过电阻R7接放大器的另一输入端，这时，测试电路即随时检测K型热电偶上热电热的大小，当铁液浇入带有K型热电偶的测试样杯后，温度急剧上升，当温度升至最高点，并开始下降时，测试仪即对样杯中的铁液冷却过程不断采样，并同时对环境温度进行采样，将K型偶温度加上补偿温度后存贮到数据存贮器中，待温度冷至铁液固相线温度以下时，采样过程结束，这时，铁液的冷却曲线已全部存贮在数据存贮器中，测试仪再自动对冷却曲线进行分析，找出冷却曲线上的特征温度，按固化在程序存贮器中的数学模型进行计算，并用修正系数拨码送入的修正系数进行修正，便得到了所需测试的铁液化学成分及机械性能，再将测试结果送数码显示及打印机打印输出。打印结果的同时，读取时钟电路的日期及时间，同测试结果一并输出。
球墨铸铁球化率测试时，将旋钮开关K1指向PB3，K2指向球墨铸铁，测试系统检测到PB3为高电平，使转入球铁球化率测试状态，其冷却曲线采样与特征温度查找与上述化学成分测试过程相同，特征值找到后，按已固化的球化率计算公式计算出球墨铸铁的球化率，然后输出测试结果及日期。
进行环境温度测试时，将旋钮开关K1指向PB5，测试系统检测到PB5为高电平，便转入环境温度跟踪测试状态。随时将环境温度在数码显示器上显示出来。
权利要求1.一种铁液质量多功能检测仪，包括测试电路和传感器，其特征是测试电路中设有内含A/D转换器的准16位单片微机，其外围扩展有程序存贮器、数据存贮器及I/O接口，热电偶信号处理单元的输出端和热电偶冷端补偿电路单元的输出端分别与准16位单片微机的A/D输入端联接。
2.根据权利要求1所述的检测仪，其特征是热电偶信号处理单元设有由三片OP-07组成的增益可调的同相并联差动放大器，K型热电偶负端通过继电器经零点迁移线路后与增益可调的同相并联差动放大器的一输入端相联，正端与同相并联差动放大器另一输入端相联，B型热电偶的正、负端通过继电器分别与增益可调的同相并联差动放大器的两输入端相联，同相并联差动放大器的输出端与单片微机的A/D输入端相联。
3.根据权利要求2所述的检测仪，其特征是同相并联差动放大器的输出端通过两个开关二级管组成的限幅电路单元与单片微机的A/D输入端相联。
4.根据权利要求1或2或3所述的检测仪，其特征是热电偶冷端补偿电路单元是以AD590为温度传感器，AD590的正、负端分别接集成运算放大器的负输入端和负电源，集成运算放大器的正输入端通过电阻接地，负输入端通过可调电位器接稳压电源，输出端经两个开关二级管限幅后接单片微机的A/D输入端，集成运算放大器的反馈电路上设有可调电位器。
5.根据权利要求4所述的检测仪，其特征是，测试电路中还设有修正系数及时间的拨码输入单元、测试功能选择及铸铁牌号选择的旋钮输入单元，拨码及旋钮开关均通过扩展I/O接口与单片机相联。
6.根据权利要求5所述的检测仪，其特征是测试电路中设有为测试仪提供实时时钟的时钟电路单元。
专利摘要一种铁液质量多功能检测仪、包括测试电路和传感器,测试电路中设有内含A/D转换器的准16位单片微机,其外围扩展有程序存贮器和数据存贮器,热电偶信号处理单元的输出端和热电偶冷端补偿电路单元的输出端分别与准16位单片微机的A/D输入端联接。本实用新型可测试铁液的化学成分、机械性能、球化率、铁液温度及环境温度,测试数据准确,性能稳定可靠,体积小、重量轻、性能/价格比高,操作极为简便,抗干扰能力强,适用于环境条件恶劣的大、中、小铸造车间炉前现场。
文档编号G01N25/00GK2278936SQ96234910
公开日1998年4月15日 申请日期1996年5月23日 优先权日1996年5月23日
发明者龚文邦, 余靖, 陶汉德 申请人:湖北省机电研究院