球墨铸铁热分析仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种球墨铸铁热分析仪，包括炉前铁水热分析数据采集仪和铁水实时分析单元，铁水实时分析单元包括数据通信模块、数据处理模块、数据库管理模块、数据库；数据处理模块还分别与基本测试模块和球铁测试模块通信连接，数据库管理模块还与参数设置模块和历史记录模块通信连接；基本测试模块、球铁测试模块、参数设置模块和历史记录模块与人机界面通信连接；炉前铁水热分析数据采集仪包括数据采集单元和主控单元，与铁水实时分析单元中的数据通信模块通过RS?232串行接口数据交互连接。该球墨铸铁热分析仪能及时、准确地检测铁液凝固冷却过程中的温度数据，并能迅速准确地分析出铁水的实时质量数据，而且性能稳定、功能全面。
【专利说明】
球墨铸铁热分析仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种仪器，尤其涉及一种球墨铸铁铸造过程铁水(熔体)成分与质量的热分析仪器。【背景技术】
[0002]铁水(熔体)质量的热分析技术源于金属学中的相图理论，采用热分析技术用于炉前铁水的检测和控制，是先进铸造技术中不可缺少的检测手段，在高质量铸件的生产中发挥着重要的作用。
[0003]对铁水质量进行热分析时取铁水浇入样杯，在样杯特定的散热条件下，热分析仪首先记录下样杯内铁水的凝固温度曲线。通过对凝固温度曲线的解析，找出铁水凝固过程的各种相变特征参数。将相变特征参数值带入与凝固组织建立的数学模型后，即可以分析、 计算出铁水中的碳含量、硅含量与碳硅当量等成分和决定铁水凝固组织的重要控制参数。 在铁水热分析过程中，铁液凝固冷却过程中温度数据的采集是铁水热分析的基础，铁液凝固冷却过程中温度数据能否及时、准确地检测出来并传递出去是炉前铁水热分析数据采集仪性能优劣的主要特征之一，在测得铁液凝固冷却过程中的温度曲线后进行数据分析时， 其结果准确与否与分析单元中功能模块的配置、各功能模块之间的相互关联结构有着重要的联系。目前市场上的铁水热分析系统虽然满足了铁液的碳、硅成分分析的基本要求，但其功能的全面性与性能的稳定性仍不能满足生产过程中对铁水质量实时控制的要求。【实用新型内容】
[0004]针对现有技术所存在的上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种球墨铸铁热分析仪，它能及时、准确地检测铁液凝固冷却过程中的温度数据，并能迅速准确地分析出铁水的实时质量数据，而且性能稳定、功能全面。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型的一种球墨铸铁热分析仪，包括炉前铁水热分析数据采集仪和铁水实时分析单元，所述铁水实时分析单元包括数据通信模块、数据处理模块、数据库管理模块、数据库;所述数据通信模块与数据处理模块通信连接，所述数据处理模块与数据库管理模块通信连接，数据库管理模块与数据库通信连接;所述数据处理模块还分别与基本测试模块和球铁测试模块通信连接，所述数据库管理模块还与参数设置模块和历史记录模块通信连接;所述基本测试模块、球铁测试模块、参数设置模块和历史记录模块与人机界面通信连接;所述炉前铁水热分析数据采集仪与所述铁水实时分析单元中的数据通信模块通过RS-232串行接口数据交互连接。
[0006]在上述结构中，由于所述铁水实时分析单元包括数据通信模块、数据处理模块、数据库管理模块、数据库，所述数据通信模块与数据处理模块通信连接，所述数据处理模块与数据库管理模块通信连接，数据库管理模块与数据库通信连接，则数据处理模块通过数据通信模块对炉前铁水热分析数据采集仪所采集的实时温度数据解包并进行分析，计算当前测试铁水的有效成分，并于测试结束时通过数据库管理模块存储原始数据到数据库，数据库管理模块则可实现温度数据和测量结果的存储、查询、删除以及输出等功能。又由于所述数据处理模块还分别与基本测试模块和球铁测试模块通信连接，所述数据库管理模块还与参数设置模块和历史记录模块通信连接，则基本测试模块作为铁水实时分析单元的基本模块，主要实时在线计算、检测铁水的碳当量CE%、碳含量C%、硅含量Si%和相关牌号等，球铁测试模块主要应用于计算、检测球铁中碳当量CE%、碳含量C%、硅含量S i%、球化率SG%、抗拉强度RM和共晶度SC等相关参数，参数设置模块用于设置系统测试时所用全部参数，如目标材质、铁水重量、目标结果修正量等，为数据处理模块提供相关目标参数，历史记录模块可实现历史结果的查找和图形化显示、趋势分布统计。还由于所述基本测试模块、球铁测试模块、参数设置模块和历史记录模块与人机界面通信连接，则通过人机界面可以方便地实现检测结果的显示输出、相关目标参数的输入、历史记录的查询等功能。再由于所述炉前铁水热分析数据采集仪与所述铁水实时分析单元中的数据通信模块通过RS-232串行接口数据交互连接，则通过炉前铁水热分析数据采集仪来及时、准确地检测铁液凝固冷却过程中的温度数据，通过RS-232串行接口可以迅速准确地接收铁水实时分析单元对炉前铁水热分析数据采集仪的数据采集指令，并将炉前铁水热分析数据采集仪所检测的数据实时上传至铁水实时分析单元。通过上述技术方案，即可及时、准确地检测铁液凝固冷却过程中的温度数据，并且能迅速准确地计算分析出铁水的CE、C、Si等成分含量数据，推算出铁水牌号、性能等实时质量数据，还可根据所设定的目标材质对检测数据进行对比分析，计算出提高铁水质量的增碳剂、硅铁、废钢的加入量，从而有效的控制铁水质量，还能兼具测定球化铁液凝固温度曲线、捕捉球铁特征凝固参数、按照特征参数计算球化率测量结果并显示给用户参考的功能，并且通过数据库及数据库管理模块直观回顾历史测量过程及验证参数改变时的测量结果，以及具有测量数据的输出转移功能，其功能全面且性能稳定。
[0007]本实用新型的一种优选实施方式，所述炉前铁水热分析数据采集仪包括数据采集单元和主控单元，所述数据采集单元包括热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器，热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器依次电连接;所述主控单元包括单片机，在该单片机上设置有 SCI串行通信接口、I/O输入输出端口、BDM调试接口及SPI串行外设接口；所述A/D转换器通过SPI串行外设接口与所述主控单元通信连接。采用该实施方式，待进行热分析的铁水在热电偶样杯内这一特定环境中凝固冷却，其温度可以在不受外界环境影响下按照其铁水材料自身规律逐渐变化下降，从而可以由热电偶检测其在热电偶样杯内的准确的温度实时变化状况，得到一系列的微弱电压模拟量信号，经由信号放大器将该微弱的电压模拟量信号放大传递给A/D转换器，由A/D转换器转换成与铁水温度变化相对应的、准确的一系列数字量数据信号;通过主控单元的单片机可以实现对铁水实时分析单元数据采集指令的接收，当接收到指令后迅速及时地将当前温度采样数据进行格式封装，并将采样数据上传至铁水实时分析单元，从而迅速准确地传递出所检测的数据;所设置的SCI串行通信接口、I/O输入输出端口、BDM调试接口及SPI串行外设接口可以分别实现与铁水实时分析单元的通信、操作要求的输入与状态信息的输出、程序调试设备的接入以及与数据采集单元的连接等多项功能;这样，进一步保证了铁液凝固冷却过程中温度数据的及时、准确地检测。
[0008]本实用新型的另一种优选实施方式，所述热电偶样杯包括杯体和设置于杯体内的热电偶传感器，热电偶传感器与信号放大器电连接。采用该实施方式，用于盛放被测炉前铁水的热电偶样杯将杯体与热电偶传感器连为一体，结构紧凑、抗外部干扰能力强，所采集的温度数据更为准确。
[0009]本实用新型的又一种优选实施方式，所述热电偶传感器为K型热电偶传感器。采用该实施方式，K型热电偶传感器测量温度范围与铁水冷却曲线的特征温度范围相对应，能很好地满足铁水温度测量的要求。
[0010]本实用新型进一步的优选实施方式，所述信号放大器为带有冷端补偿的单片热电偶放大器。采用该实施方式，带有冷端补偿的信号放大器具备了热电偶测量的冷端补偿功能，简化了结构，温度测量数值更为精确。
[0011]本实用新型另一进一步的优选实施方式，所述A/D转换器为16位串行输出模数转换器。采用该实施方式，串行输出的模数转换器可很好地保证A/D转换器与主控单元的单片机通信连接。
[0012]本实用新型又一进一步的优选实施方式，所述单片机为MC9S9S12XE系列单片机。 采用该实施方式，MC9S9S12XE系列单片机具有32位单片机的性能和16位单片机的所有优势和高效率，能很好地适应炉前铁水热分析数据采集仪的使用性能要求。
[0013]本实用新型更进一步的优选实施方式，所述数据库包括C/Si测量材质参数设定表、C/Si测量采样温度表、C/Si测量结果表和球化率测量材质参数设定表、球化率测量采样温度表、球化率测量结果表。采用该实施方式，数据库功能强大，可以满足铁水实时分析单元各种功能的数据处理需求。
[0014]本实用新型另一更进一步的优选实施方式，所述铁水实时分析单元通过U盘与客户端数据阅读系统数据传输连接。采用该实施方式，使用U盘对仪器测量结果进行历史数据的转移，可使用户在远离生产现场的办公室的计算机上对现场测量结果进行数据回顾、趋势浏览和曲线分析等。
[0015]本实用新型又一更进一步的优选实施方式，所述炉前铁水热分析数据采集仪与所述铁水实时分析单元中的数据通信模块通过RS-232串行接口经电平转换芯片数据交互连接。采用该实施方式，可以实现炉前铁水热分析数据采集仪与铁水实时分析单元之间工作指令与温度数据的实时准确的传输。【附图说明】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的详细说明。
[0017]图1是本实用新型球墨铸铁热分析仪的结构框图；
[0018]图2是图1所示结构中炉前铁水热分析数据采集仪的结构框图。
[0019]图中:1一炉前铁水热分析数据采集仪、2 —铁水实时分析单元、11一数据采集单元、12—主控单元。【具体实施方式】
[0020]在图1所示的球墨铸铁热分析仪中，炉前铁水热分析数据采集仪1用以高精度采集现场被测试铁水凝固冷却过程的温度实时变化数据，所测得的温度数据采用安全的数据传输协议进行封装，炉前铁水热分析数据采集仪1与铁水实时分析单元2之间通过RS-232串行接口数据交互连接，炉前铁水热分析数据采集仪1接收铁水实时分析单元2的工作指令，并按工作指令要求将所采集的传输到铁水实时分析单元2;铁水实时分析单元2对炉前铁水热分析数据采集仪1所采集的被测试铁水的温度数据进行实时的分析，通过实时分析算法动态判断铁水成分组成以及铁水材质、性能，以便指导生产现场及时调整原料投料比例，提高铸件产品质量;铁水实时分析单元2通过U盘与客户端数据阅读系统数据传输连接，使用户在远离生产现场的办公室的计算机上可对现场测量结果进行数据回顾、趋势浏览和曲线分析等作业。
[0021]铁水实时分析单元2包括数据通信模块、数据处理模块、数据库管理模块、数据库； 所述数据通信模块与数据处理模块通信连接，所述数据处理模块与数据库管理模块通信连接，数据库管理模块与数据库通信连接，数据库包括C/Si测量材质参数设定表、C/Si测量采样温度表、C/Si测量结果表和球化率测量材质参数设定表、球化率测量采样温度表、球化率测量结果表;所述数据处理模块还分别与基本测试模块和球铁测试模块通信连接，所述数据库管理模块还与参数设置模块和历史记录模块通信连接;上述各模块均基于PC104工业控制计算机为核心建立，所述基本测试模块、球铁测试模块、参数设置模块和历史记录模块与人机界面通信连接。
[0022]如图2所示，炉前铁水热分析数据采集仪1包括数据采集单元11和主控单元12,数据采集单元11包括热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器，热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器依次电连接，其中热电偶样杯包括杯体和设置于杯体内的热电偶传感器，热电偶样杯通过热电偶传感器与信号放大器电连接，热电偶传感器为K型热电偶传感器，信号放大器为带有冷端补偿的单片热电偶放大器，A/D转换器为16位串行输出模数转换器。所述主控单元12 包括单片机，单片机采用MC9S9S12XE系列单片机，在该单片机上设置有SCI串行通信接口、 I/O输入输出端口、BDM调试接口及SPI串行外设接口；数据采集单元11中的A/D转换器通过 SPI串行外设接口与主控单元12通信连接，炉前铁水热分析数据采集仪1经SCI串行通信接口与铁水实时分析单元2中的数据通信模块通过RS-232串行接口经电平转换芯片max232数据交互连接。
[0023]以上仅列出了本实用新型的一些【具体实施方式】，但本实用新型并不仅限于此，还可以作出较多的改进与变换，如所述铁水实时分析单元2中各模块也可以不是基于PC104工业控制计算机为核心建立，而可以是基于其它工业控制计算机为核心建立，所述数据库管理模块也可以直接通过相关接口与客户端数据阅读系统数据传输连接。如此等等，只要是在本实用新型基本原理基础上所作出的改进与变换，均应视为落入本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种球墨铸铁热分析仪，包括炉前铁水热分析数据采集仪(1)和铁水实时分析单元 (2)，其特征在于:所述铁水实时分析单元(2)包括数据通信模块、数据处理模块、数据库管 理模块、数据库;所述数据通信模块与数据处理模块通信连接，所述数据处理模块与数据库 管理模块通信连接，数据库管理模块与数据库通信连接;所述数据处理模块还分别与基本 测试模块和球铁测试模块通信连接，所述数据库管理模块还与参数设置模块和历史记录模 块通信连接;所述基本测试模块、球铁测试模块、参数设置模块和历史记录模块与人机界面 通信连接;所述炉前铁水热分析数据采集仪(1)与所述铁水实时分析单元(2)中的数据通信 模块通过RS-232串行接口数据交互连接。2.根据权利要求1所述的球墨铸铁热分析仪，其特征在于:所述炉前铁水热分析数据采 集仪(1)包括数据采集单元(11)和主控单元(12)，所述数据采集单元(11)包括热电偶样杯、 信号放大器、A/D转换器，热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器依次电连接;所述主控单元 (12)包括单片机，在该单片机上设置有SCI串行通信接口、I/O输入输出端口、BDM调试接口 及SPI串行外设接口；所述A/D转换器通过SPI串行外设接口与所述主控单元(12)通信连接。3.根据权利要求2所述的球墨铸铁热分析仪，其特征在于:所述热电偶样杯包括杯体和 设置于杯体内的热电偶传感器，热电偶传感器与信号放大器电连接。4.根据权利要求3所述的球墨铸铁热分析仪，其特征在于:所述热电偶传感器为K型热 电偶传感器。5.根据权利要求2所述的球墨铸铁热分析仪，其特征在于:所述信号放大器为带有冷端 补偿的单片热电偶放大器。6.根据权利要求2所述的球墨铸铁热分析仪，其特征在于:所述A/D转换器为16位串行 输出模数转换器。7.根据权利要求2所述的球墨铸铁热分析仪，其特征在于:所述单片机为MC9S9S12XE系 列单片机。8.根据权利要求1所述的球墨铸铁热分析仪，其特征在于:所述数据库包括C/Si测量材 质参数设定表、C/Si测量采样温度表、C/Si测量结果表和球化率测量材质参数设定表、球化 率测量采样温度表、球化率测量结果表。9.根据权利要求1所述的球墨铸铁热分析仪，其特征在于:所述铁水实时分析单元(2) 通过U盘与客户端数据阅读系统数据传输连接。10.根据权利要求1所述的球墨铸铁热分析仪，其特征在于:所述炉前铁水热分析数据 采集仪(1)与所述铁水实时分析单元(2)中的数据通信模块通过RS-232串行接口经电平转 换芯片数据交互连接。
【文档编号】G01N25/06GK205643214SQ201620480888
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】周怡君, 戴挺, 王明君
【申请人】东南大学