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二元 合金成分的智能实时检测方法及检测仪

阅读：921发布：2020-05-14

专利汇可以提供二元合金成分的智能实时检测方法及检测仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种软测量的方式间接获得待检测合金成分的检测方法，主要应用于实时检测熔融状态二元合金成分，特别是应用于冶金工业或者其他领域中熔融金属成分的离线或者在线检测。属检测技术领域。特征在于应用浮力法原理，采用检测槽、浮子、温度传感器、力传感器，获得熔融状态的待检测二元合金温度t和密度 ρ，密度ρ通过浮力法获得，传感器采集的熔融待检测二元合金的实时数据，输出的模拟信号，经调理后送A/D转换器进行转换，转换后数字信号送入单片机处理，单片机数据处理包括数字滤波、线性化和标度变换，获得最终合金成分后，将数据显示、存储和/或者发出控制指今。本发明可实时检测、显示，以及将数据送上位机显示和存储，既可应用于结晶机槽尾焊锡中铅成分的检测，还可以应用于内热式多级连续真空脱铅炉中，以解决两关键设备的重要参数Sn-Pb合金中Pb含量自动检测问题。，下面是二元合金成分的智能实时检测方法及检测仪专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种智能检测二元合金成分用检测仪，其特征在于在检测槽内放置有一个浮子(6)和一个温度传感器(12)，浮子(6)顶部装有一根绝热杠杆(5)，绝热杠杆(5)与力传感器(15)接触，力传感器(15)的输出信号经处理后送入第二数据采集通道(2)，温度传感器(12)的输出信号经调理后送入第一数据采集通道(1)，力传感器(15)装在力传感器固定卡件(3)上，绝热杠杆(5)穿过力传感器隔热装置(4)孔口与力传感器(15)相接。
2.根据权利要求1所述的智能检测二元合金成分用检测仪，其特征在于检测槽由检测槽外壁(13)、检测槽内壁(14)构成，在检测槽外壁(13)与检测槽内壁(14)之间装有电阻丝(7)，检测槽上部边沿开有一个检测槽槽口(11)，检测槽底部装有一个排放阀门(8)。
3.根据权利要求1或2所述的智能二元合金成分用检测仪，其特征在于力传感器(15)与检测槽槽体之间相对位置固定，浮子(6)与力传感器(15)之间通过绝热杠杆(5)相连，检测槽和浮子(6)可为各种形状，材料为适合检测高温熔融锡铅合金的材料。

说明书全文

技术领域：

本发明涉及一种软测量的方式间接获得待检测合金成分的检测方法，主要应用于实时检测熔融状态二元合金成分，特别是应用于冶金工业或者其他领域中熔融金属成分的离线或者在线检测。属检测技术领域。

背景技术：

与固态的合金相比，了解认识液态合金的性质就要困难得多，因为液态合金多存在于高温，没有固定的形状，因而给各种测试分析带来困难。在实验中也会经常遇到各种由于高温所造成的测量障碍。同时，与固态相比，液体原子没有自己恒定的平衡位置，始终在动，因而其结构存在着不稳定和不确定性，难于用一个很好的图景描述。

目前金属成分分析常用方法一般有：金相法、热分析法、x射线衍射法，荧光光谱分析法等等。但这些方法获得检测结果均需要较长的时间，而且对于熔融合金、尤其是成分不断变化的熔融二元合金很难获得一个稳定的相图，因此给熔融二元合金成分分析带来的很大的困难。

目前，工业上大多是采用荧光分析仪进行离线的方式检测二元合金成分的，检测结果通常要在3-5个小时之后才会反馈给操作人员，难以实时指导现场操作人员的作业。

发明内容：

本发明目的在于弥补上述现有工业现场检测合金成分滞后的不足，发明一种在熔融状态下能对二元合金成分进行实时检测的方法及专用检测仪，它不仅能适用于离线的二元合金成分检测，也能适用于在线二元合金成分检测。

本发明目的在于发明一种安装在锡铅生产现场结晶机槽尾处，可以实时检测和显示槽尾焊锡中铅的含量，指导工人的操作，同时将数据送上位机显示和存储，供生产监控人员调用和查询的锡铅用二元合金智能检测仪。

本发明技术方案是：一种二元合金成分的智能实时检测方法，其特征在于应用浮力法原理，采用检测槽、浮子、温度传感器、力传感器，获得熔融状态的待检测二元合金温度t和密度ρ，密度ρ通过浮力法获得，传感器采集的熔融待检测二元合金的实时数据，输出的模拟信号，经调理后送A/D转换器进行转换，转换后数字信号送入单片机处理，单片机数据处理包括数字滤波、线性化和标度变换，获得最终合金成分后，将数据显示、存储和/或者发出控制指今。

在检测槽内放置有一个浮子(6)和一个温度传感器(12)，浮子(6)顶部装有一根绝热杠杆(5)，绝热杠杆(5)与力传感器(15)接触，力传感器(15)的输出信号经处理后送入数据采集通道(2)、温度传感器(12)的输出信号经调理后送入数据采集通道(1)。

检测槽由检测槽外壁(13)、检测槽内壁(14)构成，在检测槽外壁(13)与检测槽内壁(14)之间装有电阻丝(7)，检测槽上部边沿开有一个检测槽槽口(11)，检测槽底部装有一个排放阀门(8)。力传感器(15)装在力传感器固定卡件(3)上，绝热杠杆(5)穿过力传感器隔热装置(4)孔口与力传感器(15)相接。

力传感器(15)与检测槽槽体之间相对位置固定，浮子(6)与力传感器(15)之间通过绝热杠杆(5)相连，检测槽和浮子(6)可为各种形状，材料为适合检测高温熔融锡铅合金的材料。

本发明工作原理：根据二元合金的性质，推倒出影响待检测二元合金成分的几个物理参数，通过实时检测这些物理参数，采用间接、软测量的方法获得待检测二元合金成分。

依据合金的物理性质，合金密度与组成之间有存在如下关系：

ρ＝αρat+(1-α)ρbt

不同金属ρat、ρbt有不同的计算公式，这里分别将ρat、ρbt带入上式：

ρat＝ρa0+a(t-Ta0)

ρbt＝ρb0+b(t-Tb0)

经过整理后得：

$α = \frac{ρ - ρ_{b 0} - b (t - T_{b 0})}{ρ_{a 0} + a (t - T_{a 0}) - ρ_{b 0} - b (t - T_{b 0})}$

式中ρa0、ρb0、Ta0、Tb0、a、b均为系数。由上式可知，α为关于温度t和ρ的函数。本发明通过选取待检测合金密度ρ，和温度t，经单片机进行数据处理后，获得合计成分。

可见，通过温度传感器，可实时获得锡铅二元合金的温度t，只要再检测到锡铅二元合金的密度ρ，将数据采集后送入单片机，单片机首先对数据进行误差处理，将失真较严重的，以及误差较大的数据处理掉后，进行计算，获得合金成分后，将数据显示。

本发明通过浮力法获得合金密度，根据阿基米德定律：ρ＝F/gv。根据待检测合金密度，选取不同大小的浮子(6)，浮子(6)可以是圆筒形、方形和圆形等各种形状，材料根据检测不同的合金选择适合检测该合金的材料，但浮子(6)的体积和质量应满足待检测合金的检测要求。检测槽由外壁(13)、检测槽内壁(14)构成，在检测槽外壁(13)与检测槽内壁(14)之间装有电阻丝(7)，电阻丝(7)用来保温，以确保待检测合金为液态，检测槽的槽体形状可以是圆筒形、方形和圆形等各种形状。检测槽用来盛装或熔化待检测合金，以及浮子(6)和温度传感器(12)。浮子(6)在熔融待测合金中会受到一个浮力，通过力传感器(15)采集到浮子(6)所受浮力的大小，通过温度传感器(12)采集检测槽内待检测合金的熔体温度，两个传感器采集过来的模拟信号，经调理后进入A/D转换器进行转换，转换后的数字信号送入单片机，单片机进行数字滤波、线性化和标度变换，获得合金成分后、将数据显示。

实际使用时，力传感器(15)与检测槽的槽体位置相对固定，浮子(6)通过绝热杠杆(5)与力传感器(15)相连。

本发明二元合金智能检测仪可实时检测、显示，以及将数据送上位机显示和存储。该检测仪既可应用于结晶机槽尾焊锡中铅成分的检测，还可以应用于内热式多级连续真空脱铅炉中，以解决两关键设备的重要参数Sn-Pb合金中Pb含量自动检测问题。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明的进一步说明。

图1为本发明智能二元合金成份检测仪的结构示意图。

图2为本发明智能二元合金成份检测仪中的系统硬件结构。

图3为本发明智能二元合金成份检测仪中的检测槽部件的结构示意图。

图4为本发明智能二元合金检测仪中的下位机主程序流程功能模块图。

图5为本发明智能二元合金成份检测仪中的ADC0832与单片机接口电路。

图6为本发明智能二元合金成份检测仪中的1602的硬件连接电路。

图7为本发明智能二元合金成份检测仪中的系统软件显示模块总体结构图。

图8为本发明智能二元合金成份检测仪的电路原理图。

附图中：1、温度信号采集通道；2、力信号采集通道；3、力传感器固定卡件；4、力传感器绝热卡件；5、绝热杠杆；6、浮子；7、电阻丝；8、排放阀门；9、电阻丝电源；10、固定支架；11、槽口；12、温度传感器；13、检测槽外壁；14、检测槽内壁；15、力传感器。

具体实施方式：

实施例1：假设检测二元合金为锡铅合金，铅为a金属，而锡为b金属，则

ρa0＝10.69 Ta0＝327 a＝-1.2*10-3

ρb0＝6.99 Tb0＝232 b＝-7.4*10-4

带入式中，计算式变为：

$α = \frac{ρ - 7.4 * 10^{- 4} t - 7.16}{3.92 - 4.6 * 10^{- 4} t}$

如附图1所示，待测二元合金是锡铅合金，通过浮力法获得锡铅合金的密度。浮子(6)与检测槽采用适于检测高温熔融锡铅合金的材料制作。检测槽采用适合检测高温熔融锡铅合金的材料制作，检测槽内壁与外壁层之间装有电阻丝(7)。使用时，力传感器(15)与检测槽槽体之间相对位置固定，浮子(6)与力传感器(15)之间通过绝热杠杆(5)相连，将浮子(6)放入检测槽，浮子(6)通过绝热杠杆将力传递给力传感器(15)，放入温度传感器(12)，再将待测锡铅二元合金放入检测槽，如待测锡铅二元合金温度下降，可接通槽中电阻丝(7)电源，以保持检测槽中的锡铅二元合金处于液态。为减少检测槽内待测锡铅二元合金温度对安装在上方力传感器(3)的影响，在力传感器(15)外罩有一个力传感器隔热装置(4)。

两个传感器输出信号经调理后送入图8所示电路，经单片机进行数据处理后，得到最终合金成分并实时显示、存储以及送上位机以供监控。本实用新型是一种通过软测量的方法进行合金成分检测的。

实施例2：假设检测二元合金为锡铟合金，铟为a金属，而锡为b金属，则

ρa0＝7.055 Ta0＝156.6 a＝-9.73*10-4

ρb0＝6.99 Tb0＝232 b＝-7.4*10-4

带入式中，计算式变为：

$α = \frac{ρ - 7.4 * 10^{- 4} t - 7.16}{0.046 - 2.33 * 10^{- 4} t}$

其它以实施例1相同，不再重述，略。

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