[发明专利]一种炉前铁水碳硅含量在线分析仪

说明书

技术领域

本申请涉及材料分析技术领域，特别是一种用于分析铁水融化时碳元素和硅元素含量的炉前铁水碳硅含量在线分析仪。

背景技术

在铸造生产中，为了能够在炉前快速准确地测出铁水中碳硅的百分含量、球化率等技术参数，达到控制铸件质量的目的，应用微电子技术和计算机技术结合热分析原理，研制的铸铁质量炉前快速测试装置，是实现铸件质量优化控制有的效途径。但现有的分析仪还存在灵敏度较低和稳定性较差的问题，不能够快速精确的将炉前铁水中的碳硅成分测量出来。

发明内容

本申请的目的是针对现有技术的缺陷，提出一种测试速度快、工作稳定可靠的炉前铁水碳硅含量在线分析仪。

为实现上述目的，本申请采取的技术方案为：一种炉前铁水碳硅含量在线分析仪，包括用于盛放铁水试样的样杯、用于测量样杯中铁水温度的测温传感器、信号分析处理模块以及分析结果输出模块；

上述信号处理模块由依次连接的信号放大电路、A/D转换电路和处理器组成；测温传感器将测得的温度信号传输至信号放大电路；信号放大电路将放大后的信号输出至A/D转换电路，A/D转换电路再将模数转换后的信号输出至处理器；处理器对接收到的信号进行分析处理，并将得到的结果通过分析结果输出模块进行输出。

本申请在应用时，是利用记录铁水在样杯中的冷却曲线，然后根据冷却曲线上特征值的变化来定量的计算铁水的化学成分；或者利用凝固热效应参数来定性地评价铸铁的石墨形态和凝固质量。

进一步的，本申请所述的分析结果输出模块包括分别连接处理器的显示模块和打印机。分析仪还包括数据储存器，用于存储分析结果以及检测值等数据，便于查询。处理器可采用现有的单片机实现，单片机处理器的相关分析功能可结合现有软件技术实现。所述显示模块、打印机以及数据储存器也皆可采用现有技术。

更进一步的，本申请所述测温传感器采用热电偶；热电偶优选为K型热电偶，热电偶的冷端设有补偿电桥。具体的，K型热电偶具有线性度好，热电势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好的优点，其可测温度范围为0～1350℃；热电偶的冷端补偿采用补偿电桥的方法可消除采用补偿导线带来的测量误差。

由于在实际测量中从热电偶输出的信号最多不过几十毫伏(<60mV)，且其中包含工频、静电和磁耦合等共模干扰，对于这种信号的放大需要放大电路具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪声和高输入阻抗；因此本申请的信号放大电路采用差分运算放大电路，易于与各种信号源匹配，且它的输入失调电压和输入失调电流及输入偏置电流小，并且温漂较小。

有益效果

实际应用时，本申请可利用现有软件技术先于处理器单片机中固化入冷却曲线等相关经验数据，当开始测量时，铁水倒入样杯，处理器单片机通过热电偶实时采集温度的变化，以及铁水温度下降的时间等相关数据，直到铁水全部凝固，再根据采集到的铁水温度变化数据与数据库中已有的冷却曲线、金相参数比较，得到铁水的碳当量、碳含量和硅含量等，并将碳当量、碳含量、硅含量和相关测量温度等通过数码管等显示模块显示出来，同时还可将碳含量、硅含量、碳当量、峰值温度、液相温度、固相温度、共晶度、硅调整、过冷度、最大过冷度、抗拉强度、硬度HB、质量系数、石墨化因数、共晶石墨因素等储存以及打印出来。

经试验证明，本申请测量铁水中元素成分的测量范围为碳当量3.2～4.8±0.2%，碳含量2.8～4.2±0.08%，硅含量0.9～3.0±0.2%，测量速度快、精度高，能完全满足企业生产需求。

附图说明

图1为本申请一种具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本申请做进一步描述。

结合图1所示，本申请的分析仪包括用于盛放铁水试样的样杯、用于测量样杯中铁水温度的测温传感器、信号分析处理模块1、分析结果输出模块2以及数据储存器；其中，测温传感器采用了K型热电偶，热电偶的冷端设有补偿电桥，以消除采用补偿导线带来的测量误差；热电偶将测得的温度信号转换为电压信号输出；信号处理模块1由依次连接的信号放大电路、A/D转换电路和处理器组成；分析结果输出模块2包括分别连接处理器的显示模块和打印机

由于在实际测量中从热电偶输出的信号最多不过几十毫伏(<60mV)，且其中包含工频、静电和磁耦合等共模干扰，对于这种信号的放大需要放大电路具有很高的共模抑制比，以及高增益、低噪声和高输入阻抗；因此本申请的信号放大电路可采用现有的差分运算放大电路，一方面输入阻抗较高，另一方面可消除噪声干扰；