金屬熔體電阻率快速檢測裝置及檢測方法
2023-05-16 04:47:01
專利名稱：金屬熔體電阻率快速檢測裝置及檢測方法
技術領域：
本發明涉及冶金和鑄造領域，具體涉及一種金屬熔體電阻率快速檢測裝置及檢測 方法。
背景技術：
液態金屬的物理性能研究一直是科學研究的熱門課題，各國科學家為此做了大量 的研究工作，近年來在我國也取得了一些可喜的研究成果。電阻率是液態金屬非常重要 的物理參數之一，除了由於金屬液固相變時電阻率會發生突變外，還發現在遠高於液相線 的高溫區段，液態金屬的結構改變也會由電阻率的變化靈敏地反映出來。因此，通過電阻 率-溫度曲線的研究，可以獲得固態和液態金屬的組織結構隨溫度演化的許多有用信息。 不論是固態金屬還是液態金屬其電阻率通常較小，為了精確地測量其電阻值，一般採用兩 種測量方法，即接觸電極測量法和非接觸測量法。在接觸電極測量法中最常用的是直流恆 流源四電極法，四根電極中，兩根用於向被測導體通入恆定直流電流，另兩根用於測量被測 導體的電壓降，通過計算求其電阻值。在金屬熔體電阻率測試中，通常是將四根電極埋在帶 有毛細管的電導池中，電導池可以是單根的浸入管，也可以是雙「U」管。當坩堝中金屬熔體 達到預定溫度時，將帶有電極的電導池浸入熔體使金屬熔體充填電導池，形成測試的通電 迴路。由於熔體電阻與試樣形狀關係密切，因此對電導池有很高要求，而異型電導池很難保 證精確的尺寸精度。而異型電導池要保證精確的尺寸精度很難。在非接觸檢測方法中，應 用較為普遍的是旋轉磁場法，具有不同電阻率的熔體試樣在旋轉磁場作用下旋轉的角度不 同，因此測定熔體試樣杯旋轉角可以間接測定熔體電阻率。雖然非接觸檢測方法原理簡單， 但由於影響因素較多很難獲得精確測量結果。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有較高實用價值的以電導池形狀簡單、負壓抽吸取 樣、接觸電極測量為主要特徵的金屬熔體電導率檢測裝置及檢測方法。上述發明的目的通過以下的技術方案實現金屬熔體電阻率快速檢測裝置，其組成包括探頭，所述的探頭連接的計算機電路 同時連接升降機構和負壓抽吸取樣真空泵，所述的探頭帽內有填充的耐高溫材料和封口的 耐高溫密封膠，所述的探頭包括穿過其中的電熱偶、兩個直筒形的雙石英管電導池和所述 的石英管連接的電極。所述的金屬熔體電阻率快速檢測裝置，所述的真空泵通過緩衝罐連接探頭，所述 的探頭有探頭帽，所述的計算機電路包括電源和濾波電路，所述的濾波電路連接數據放大 器，所述的數據放大器連接信號採集板卡，所述的信號採集板卡連接計算機。所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，計算機電路控制升降機構控制裝卡在升降 機構上的探頭，使之能進出盛有金屬熔體的坩堝；液態金屬充滿探頭中的雙石英管電導池； 探頭的兩根石英管作為電導池，石英管在升降機構驅動下插入液態金屬液內；真空泵開啟時，液態金屬將被吸入石英管，直至與電極接觸，形成由電源、電極和金屬熔體試樣構成的 閉合迴路，此時有一個恆定的直流電流通過這個迴路，通過電極測量石英管內液態金屬試 樣上的電壓降計算並顯示合金熔體電阻率的測量結果。所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，所述的計算並顯示合金熔體電阻率是讓恆 定電流I由電極通過電導池內的金屬熔體，測量電導池內金屬熔體上的電壓U就可利用歐 姆定律R = u/ 計算電導池內金屬熔體的電阻R，最後再根據電導池的長度L、內徑r，計算 熔體的電阻率P = R · Jir2/L。所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，所述的計算機電路的濾波電路濾掉幹擾信 號，提供穩定的電壓信號，這時數據放大器將穩定的電壓信號放大，所述的信號採集板卡接 計算機，深入石英管內的電極既用於向電導池提供恆定電流，以及用於測量石英管內待測 金屬液試樣上的電壓降，由於合金熔體的電阻率是溫度的函數，所以在測量電阻率的同時 需要測量溫度，熱電偶、石英管、電極被耐高溫材料固定在探頭帽內，下端用耐高溫密封膠 密封。所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，如果電極材料的電阻率接近待測液態金屬 的電阻率，則把電極看作是待測液態金屬的一部分，在這種情況下，電導池的長度就是石英 管內液態金屬的長度；如果電極材料的電阻率大於待測液態金屬的電阻率，則認為插入金 屬液那部分電極的電阻被周圍的液態金屬短路，電導池的長度仍是石英管內液態金屬的長 度，故要求電極材料除了要耐高溫以外其電阻率要大於或接近待測樣品的電阻率。有益效果1.本發明的探頭加工製作簡單，採用雙石英管電導池，兩個直筒形的石英管可以 使電導池的長度、內徑等參數都很精確、快速地測量，這對於獲得準確的測量結果至關重 要，是提高合金熔體電阻率測量值精度最根本、最有效的措施。2.本發明的負壓抽吸取樣方法不僅能夠保證合金熔體快速充填電導池，提高測試 速度，而且能保證合金熔體在完全充滿電導池的同時又不易滯留氣泡，同時具有操作簡單， 易於實現自動化在線測量的特點。
圖1是本發明的系統結構圖。圖2是圖1的探頭結構圖。圖3是圖1的系統電路框圖。圖4是圖1的系統電路圖。本發明的
具體實施例方式實施例1 金屬熔體電阻率快速檢測裝置，其組成包括探頭1，所述的探頭1連接的計算機 電路同時連接升降機構7和真空泵8，所述的探頭內填充的耐高溫材料11和封口的耐高溫 密封膠12，所述的探頭1包括穿過其中的電熱偶13、兩個直筒形的雙石英管電導池14和所 述的石英管連接的電極15。所述的真空泵通過緩衝罐9連接探頭1，所述的探頭有探頭帽10，計算機電路包括 所述的探頭1同時連接電源2和濾波電路3，所述的濾波電路3連接數據放大器4，所述的數據放大器4連接信號採集板卡5，所述的信號採集板卡5連接計算機6，所述的真空泵8 通過緩衝罐9連接探頭1。實施例2 金屬熔體電阻率快速檢測方法，計算機電路控制升降機構控制裝卡在升降機構上 的探頭，使之能進出盛有金屬熔體的坩堝；液態金屬充滿探頭中的雙石英管電導池；探頭 的兩根石英管作為電導池，石英管在升降機構驅動下插入液態金屬液內；真空泵開啟時，液 態金屬將被吸入石英管，直至與電極接觸，形成由電源、電極和金屬熔體試樣構成的閉合回 路，此時有一個恆定的直流電流通過這個迴路，通過電極測量石英管內液態金屬試樣上的 電壓降計算並顯示合金熔體電阻率的測量結果。所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，所述的計算並顯示合金熔體電阻率是讓恆 定電流I由電極通過電導池內的金屬熔體，測量電導池內金屬熔體上的電壓U就可利用歐 姆定律R = U/I計算電導池內金屬熔體的電阻R，最後再根據電導池的長度L、內徑r，計算 熔體的電阻率P = R · Jir2/L。所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，所述的計算機電路的濾波電路濾掉幹擾信 號，提供穩定的電壓信號，這時數據放大器將穩定的電壓信號放大，所述的信號採集板卡接 計算機，深入石英管內的電極既可用於向電導池提供恆定電流，又可用於測量石英管內待 測金屬液試樣上的電壓降。由於合金熔體的電阻率是溫度的函數，所以在測量電阻率的同 時需要測量溫度，熱電偶、石英管、電極被耐高溫材料固定在探頭帽內，下端用耐高溫密封 膠密封好。所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，如果電極材料的電阻率接近待測液態金屬 的電阻率，則把電極看作是待測液態金屬的一部分，在這種情況下，電導池的長度就是石英 管內液態金屬的長度；如果電極材料的電阻率大於待測液態金屬的電阻率，則認為插入金 屬液那部分電極的電阻被周圍的液態金屬短路，電導池的長度仍是石英管內液態金屬的長 度，故要求電極材料除了要耐高溫以外其電阻率要大於或接近待測樣品的電阻率。實施例3 實施例1或2所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法以測量熔融鋁合金LDll的電阻率為例，計算機控制升降機構下降，探頭進入鋁合 金LDll熔體中，此時計算機控制真空泵開啟，液態鋁合金LDll被吸入石英管內並與電極 接觸形成閉合迴路，這時直流恆流源通過電極提供一個恆定的電流流過石英管內的金屬液 體，通過電極可以測量石英管內金屬液體試樣上的電壓降，這個被測量的電壓信號經過濾 波電路濾掉幹擾信號，經數據放大器放大，再經信號採集板卡送到計算機中，由計算機完成 熔融鋁合金LDll電阻率和溫度的顯示。下面是測量結果。表1液態鋁合金LDll電阻率測量值
權利要求
1.一種金屬熔體電阻率快速檢測裝置，其組成包括探頭，其特徵是所述的探頭連接 的計算機電路同時連接升降機構和負壓抽吸取樣真空泵，所述的探頭帽內有填充的耐高溫 材料和封口的耐高溫密封膠，所述的探頭包括穿過其中的電熱偶、兩個直筒形的雙石英管 電導池和所述的石英管連接的電極。
2.根據權利要求1所述的金屬熔體電阻率快速檢測裝置，其特徵是所述的真空泵通 過緩衝罐連接探頭，所述的探頭有探頭帽，所述的計算機電路包括電源和濾波電路，所述的 濾波電路連接數據放大器，所述的數據放大器連接信號採集板卡，所述的信號採集板卡連 接計算機。
3.—種權利要求1或2所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，其特徵是計算機電路 控制升降機構控制裝卡在升降機構上的探頭，使之能進出盛有金屬熔體的坩堝；液態金屬 充滿探頭中的雙石英管電導池；探頭的兩根石英管作為電導池，石英管在升降機構驅動下 插入液態金屬液內；真空泵開啟時，液態金屬將被吸入石英管，直至與電極接觸，形成由電 源、電極和金屬熔體試樣構成的閉合迴路，此時有一個恆定的直流電流通過這個迴路，通過 電極測量石英管內液態金屬試樣上的電壓降計算並顯示合金熔體電阻率的測量結果。
4.根據權利要求3所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，其特徵是所述的計算並顯 示合金熔體電阻率是讓恆定電流I由電極通過電導池內的金屬熔體，測量電導池內金屬熔 體上的電壓U就可利用歐姆定律R = U/I計算電導池內金屬熔體的電阻R，最後再根據電導 池的長度L、內徑r，計算熔體的電阻率P =R- Jir2/L。
5.根據權利要求3或4所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，其特徵是所述的計算 機電路的濾波電路濾掉幹擾信號，提供穩定的電壓信號，這時數據放大器將穩定的電壓信 號放大，所述的信號採集板卡接計算機，深入石英管內的電極既用於向電導池提供恆定電 流，以及用於測量石英管內待測金屬液試樣上的電壓降，由於合金熔體的電阻率是溫度的 函數，所以在測量電阻率的同時需要測量溫度，熱電偶、石英管、電極被耐高溫材料固定在 探頭帽內，下端用耐高溫密封膠密封。
6.根據權利要求3或4所述的金屬熔體電阻率快速檢測方法，其特徵是如果電極材 料的電阻率接近待測液態金屬的電阻率，則把電極看作是待測液態金屬的一部分，在這種 情況下，電導池的長度就是石英管內液態金屬的長度；如果電極材料的電阻率大於待測液 態金屬的電阻率，則認為插入金屬液那部分電極的電阻被周圍的液態金屬短路，電導池的 長度仍是石英管內液態金屬的長度，故要求電極材料除了要耐高溫以外其電阻率要大於或 接近待測樣品的電阻率。
全文摘要
金屬熔體電阻率快速檢測裝置及檢測方法。液態金屬的物理性能研究一直是科學研究的熱門課題，各國科學家為此做了大量的研究工作，近年來在我國也取得了一些可喜的研究成果。金屬熔體電阻率快速檢測裝置，其組成包括探頭(1)，所述的探頭連接的計算機電路，同時連接升降機構(7)和真空泵(8)，所述的探頭的帽內有填充的耐高溫材料和封口的耐高溫密封膠，所述的探頭包括穿過其中的電熱偶(13)、兩個直筒形的雙石英管電導池(14)和所述的石英管連接的電極(15)。本發明用於鑄造和冶金領域。
文檔編號G01R27/22GK102116802SQ20101003243
公開日2011年7月6日 申請日期2010年1月6日 優先權日2010年1月6日
發明者劉傳寶, 李大勇, 王利華 申請人:哈爾濱理工大學