鐵液質量多功能檢測儀的製作方法
2023-05-27 19:39:06
專利名稱：鐵液質量多功能檢測儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鐵液質量多功能檢測儀，尤其是用熱分析測試鐵液質量的微機檢測儀。
現有的熱分析儀，其主機均採用單板機或APPLE機等非工業型計算機，這類計算機線路結構複雜、體積大、抗幹擾能力差，不適宜鑄造熔煉爐前現場使用。
本實用新型的目的在於針對上述問題提出的一種鐵液質量多功能檢測儀，它不僅結構簡單、體積小，而且抗幹擾能力強，適宜鑄造熔煉爐前現場使用。
本實用新型的技術方案是，一種鐵液質量多功能檢測儀，包括測試電路和傳感器，其特殊之處是測試電路中設有內含A/D轉換器的準16位單片微機，其外圍擴展有程序存貯器、數據存貯器及I/O接口，熱電偶信號處理單元的輸出端和熱電偶冷端補償電路單元的輸出端分別與準16位單片微機的A/D輸入端聯接。
而且，熱電偶信號處理單元設有由三片OP-07組成的增益可調的同相併聯差動放大器，K型熱電偶負端通過繼電器經零點遷移線路後與上述差動放大器的一輸入端相聯，其正端與同相併聯差動放大器另一輸入端相聯，B型熱電偶的正、負端通過繼電器分別與上述差動放大器的兩輸入端相聯，差動放大器的輸出端與單片微機的A/D輸入端相聯。
而且，上述差動放大器的輸出端通過兩個開關二級管組成的限幅電路單元與單片微機的A/D輸入端聯接。
而且，熱電偶冷端補償電路單元是以AD590為溫度傳感器，AD590的正、負端分別接集成運算放大器的負輸入端和負電源，集成運算放大器的正輸入端通過電阻接地，負輸入端通過可調電位器接穩壓電源，輸出端經兩個開關二級管限幅後接單片微機的A/D輸入端，集成運算放大器的反饋電路上設有可調電位器。
而且，測試電路中還設有修正係數及時間的撥碼輸入單元、測試功能選擇及鑄鐵牌號選擇的旋鈕輸入單元，撥碼及旋鈕開關均通過擴展I/O接口與單片微機相聯。
而且，測試電路中設有為測試儀，提供實時時鐘的時鐘電路單元。
本實用新型由於以外圍電路簡單、抗幹擾能力強的針對工業現場設計的高性能單片微機為主機，因而結構簡單、體積小、抗幹擾能力強，特別適宜鑄造熔煉爐前現場使用。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
圖1為本實用新型的電路方框圖。
圖2為本實用新型測試電路中的單片微機電路單元圖。
圖3為本實用新型測試電路中的撥碼及旋鈕輸入單元圖。
圖4為本實用新型測試電路中的熱電偶信號處理電路單元及熱電偶冷端補償電路單元圖。
參見圖1～4，本實用新型包括傳感器和測試電路，傳感器為(1)K型熱電偶設在測試樣杯內，用於記錄鐵液冷卻曲線；(2)B型熱電偶用於檢測鐵液溫度；(3)AD590用於環境溫度測試兼熱電偶冷端補償。測試電路中設有準16位8098單片微機U1及擴展程序存貯器U4[27256]和數據存貯器U5、熱電偶信號處理單元、熱電偶冷端補償單元、撥碼及旋鈕開關輸入單元、復位電路單元、MC146818實時時鐘電路單元、LED顯示單元和列印輸出。
本實用新型測試電路中的準16位8098單片微機U1的AD0～AD7分別與程序存貯器U4[27256]的D0～D7和數據存貯器U5的D0～D7、鎖存器U2[74LS373]的D0～D7、I/O並行接口U7的D0～D7、I/O並行接口及RAM存貯器U6的AD0～AD7相聯，U1的A8～A15與U3[GAL16V8]的I1～I8相聯，U1的A8～A14還與U4的A8～A14相聯，U1的A8～A12與U5的A8～A12相聯；U2的Q0～Q7分別與U4的A0～A7和U5的A0～A7相聯；U3的輸出端O1～O6輸出片選信號H1～H6，分別與U4的片選CE、U5的片選CS1、U6的片選CE、U7的片選CS、LED顯示單元片選及時鐘電路單元的MC146818晶片的片選相聯。U3的輸出端O7接U1的READY腳。U4的OE、U5的OE、U6的RD、U7的RD、均與U1的RD腳相聯，U5的WE、U6的WR、U7的WR均與U1的WR腳相聯。U6的ALE接U1的ALE；U6的IO/M腳接U1的A12腳，U7的A0、A1分別接U2的Q0、Q1，U1的復位腳RST接負復位信號-R，U6、U7的復位腳RESET接正復位信號+R。
U1的工作時序由U1內部迴路及與管腳XTAL1、XTAL2相連的晶振OSC及電容C2、C3組成的振蕩電路提供。
U1的A/D轉換基準電壓由Z1[LM336]、W1、C4、C1、R16組成的電路提供(見圖2)，Z1正端通過電阻R16接一正電壓，負端接地，Z1的正、負端分別與U1的VREF、AGND及電位器W1的兩端相接，Z1的調節端接W1的調節端。
本實用新型的數值輸入採用10位BCD撥碼，用於輸入修正係數及時間參數。擴展I/O接口U7的I/O口PCO～PC3分別與BCD碼-10進位碼解碼器U8[74LS145]的輸入端A～D相接，U8的輸出端0～9分別接10位BCD碼的控制端，10位撥碼的BCD碼輸出端「1」(即撥碼的「1-1」、「2-1」「3-1」……「9-1」、「10-1」腳)分別與與非門U12[74LS133]的輸入端(1、2、3、4、5、6、7、10、11、12腳)相接；同理，10位BCD碼輸出端「2」、「4」、「8、」分別與與非門U11[74LS133]、U10[74LS133]、U9[74LS133]的輸入端相接；U9、U10、U11、U12的空輸入端均接高電平VCC，其輸出端分別接U7的I/O口PB0～PB3。使用時，本實用新型通過單片機控制U7的I/O口PC0～PC3輸出撥碼的位選擇信號，每次只選中一片，被選中撥碼的控制端為低電平，其它撥碼控制端為高電平，再從I/O口PB0～PB3讀取被選中撥碼的數值，達到從撥碼向檢測儀輸入數值的目的。本實用新型的旋鈕開關K1、K2為兩個5段旋鈕開關，測試功能選擇旋鈕K1的5檔位分別與U6的I/O接口PB1～PB5相連接，同時還分別與排阻PR1的5個電阻端相連，PR1的公共端接地；鑄鐵牌號選擇旋鈕K2的5檔位分別與U6的I/O接口PC0～PC4相連接，同時還分別與排組PR2的5個電阻端相連，PR2的公共端接地，旋鈕開關K1、K2的公共端接高電平。使用時，本實用新型可從接口晶片U6的PB、PC讀取K1、K2所處位置，根據K1、K2的位置使檢測儀進入指定的工作狀態。本實用新型設計旋鈕開關及撥碼進行人機對話，使得其操作簡單、方便、直觀。
本實用新型中的K型熱電偶冷端補償兼環境溫度測試電路是以AD590為溫度傳感器，由AD590和U13[OP-07]集成運算放大器組成環境溫度測試電路。U13的正輸入端通過R15接地，負輸入端通過電阻R13、電位器P4接由Z3[LM336]提供的一穩定電壓上，U13的返饋電阻由R14及電位器P5串聯組成，AD590的正、負端分別接U13的負輸入端及負電源。通過調節P4、P5可將測溫範圍限制在所需的溫度區間，在此區間，環境溫度與U13的輸出電壓成線性關係，U13的輸出電壓經開關二級管D3、D4限幅後接單片機8098的A/D輸入口ACH5。因AD590是電流輸出型器件，具有很強的抗幹擾能力，且精度高、線性度好，保證了本實用新型冷端補償的精度。
本實用新型設有K型熱電偶和B型熱電偶共用的由U15[OP-07]、U16[OP-07]、U14[OP-07]三片集成運放組成的增益可調的同相併聯差動放大器，K型熱電偶與B型熱電偶的增益調節及輸入信號切換由單片機控制的兩個繼電器J、J1完成，熱電偶信號經同相併聯差動放大器調理後，經過開關二級管D1、D2限幅後送入單片機8098的A/D輸入端ACH4，由三片OP-07組成的同相併聯差動放大器分為兩級，第一級由U15、U16構成差動式放大器，U15的返饋電阻為R6、U16的返饋電阻為R9，K型熱電偶的增益由電位器P2調節，B型熱電偶的增益由電位器P3調節、增益切換由繼電器J完成。第二級由U14獨自構成差動式放大器，返饋電阻為R12，反相端通過電阻R10與U15輸出端相接，正相輸入端通過電阻R11與U16輸出端相接，同時還通過電阻R8接地在放大器U14的1、8腳間接有調零電位器P6，其調節端接正電源，U14的輸出端信號經限幅後即送入單片微機進行A/D轉換。
當進行鐵液溫度測試時，將功能選擇旋鈕K1指向PB1，測試儀一檢測到PB1為高電平，即進入鐵液溫度測試狀態，在U7的PC6、PC7上輸出高電平，使三級管Q1[3DG6]、Q2[3DG6]導通，繼電器J、J1吸合，繼電器開關切換到B型熱電偶位置。增益由電位器P3調節。B型熱電偶的正、負端分別通過電阻R7、R5與上述增益可調的同相併聯差動放大器的兩輸入端相聯接，這時，測試儀即隨時檢測B型熱電偶上熱電勢大小，當B型熱電偶插入鐵液後，便檢測到溫度的急劇上升，並將溫度上升變化情況送數碼顯示，經幾秒鐘後，B型熱電偶溫度升至鐵液實際溫度(即最高點溫度)，此時，溫度不再上升，該最高溫度送數碼顯示，並經印表機列印輸出。列印結果的同時，讀取時鐘電路的日期及時間，同測試結果一併輸出。從而完成一次測溫過程。
鐵液化學成份及機械性能測試時，將K1指向PB2，同時K2指向待測鐵液的鑄鐵牌號，測試電路檢測到PB2為高電平，便轉入化學成分及機械性能測試狀態，在U7的PC6、PC7上輸出低電平，使三級管Q1、Q2截止，繼電器J、J1斷電，繼電器的開關切換到K型熱電偶位置，增益由電位器P2調節，K型熱電偶的負端經電位器P1、電阻R1、R2、R3、R4組成的橋路零點遷移後接入增益可調的同相併聯差動放大器的一輸入端，零點遷移的基準電源由Z2[LM336]提供，K型偶的正端通過電阻R7接放大器的另一輸入端，這時，測試電路即隨時檢測K型熱電偶上熱電熱的大小，當鐵液澆入帶有K型熱電偶的測試樣杯後，溫度急劇上升，當溫度升至最高點，並開始下降時，測試儀即對樣杯中的鐵液冷卻過程不斷採樣，並同時對環境溫度進行採樣，將K型偶溫度加上補償溫度後存貯到數據存貯器中，待溫度冷至鐵液固相線溫度以下時，採樣過程結束，這時，鐵液的冷卻曲線已全部存貯在數據存貯器中，測試儀再自動對冷卻曲線進行分析，找出冷卻曲線上的特徵溫度，按固化在程序存貯器中的數學模型進行計算，並用修正係數撥碼送入的修正係數進行修正，便得到了所需測試的鐵液化學成分及機械性能，再將測試結果送數碼顯示及印表機列印輸出。列印結果的同時，讀取時鐘電路的日期及時間，同測試結果一併輸出。
球墨鑄鐵球化率測試時，將旋鈕開關K1指向PB3，K2指向球墨鑄鐵，測試系統檢測到PB3為高電平，使轉入球鐵球化率測試狀態，其冷卻曲線採樣與特徵溫度查找與上述化學成分測試過程相同，特徵值找到後，按已固化的球化率計算公式計算出球墨鑄鐵的球化率，然後輸出測試結果及日期。
進行環境溫度測試時，將旋鈕開關K1指向PB5，測試系統檢測到PB5為高電平，便轉入環境溫度跟蹤測試狀態。隨時將環境溫度在數碼顯示器上顯示出來。
權利要求1.一種鐵液質量多功能檢測儀，包括測試電路和傳感器，其特徵是測試電路中設有內含A/D轉換器的準16位單片微機，其外圍擴展有程序存貯器、數據存貯器及I/O接口，熱電偶信號處理單元的輸出端和熱電偶冷端補償電路單元的輸出端分別與準16位單片微機的A/D輸入端聯接。
2.根據權利要求1所述的檢測儀，其特徵是熱電偶信號處理單元設有由三片OP-07組成的增益可調的同相併聯差動放大器，K型熱電偶負端通過繼電器經零點遷移線路後與增益可調的同相併聯差動放大器的一輸入端相聯，正端與同相併聯差動放大器另一輸入端相聯，B型熱電偶的正、負端通過繼電器分別與增益可調的同相併聯差動放大器的兩輸入端相聯，同相併聯差動放大器的輸出端與單片微機的A/D輸入端相聯。
3.根據權利要求2所述的檢測儀，其特徵是同相併聯差動放大器的輸出端通過兩個開關二級管組成的限幅電路單元與單片微機的A/D輸入端相聯。
4.根據權利要求1或2或3所述的檢測儀，其特徵是熱電偶冷端補償電路單元是以AD590為溫度傳感器，AD590的正、負端分別接集成運算放大器的負輸入端和負電源，集成運算放大器的正輸入端通過電阻接地，負輸入端通過可調電位器接穩壓電源，輸出端經兩個開關二級管限幅後接單片微機的A/D輸入端，集成運算放大器的反饋電路上設有可調電位器。
5.根據權利要求4所述的檢測儀，其特徵是，測試電路中還設有修正係數及時間的撥碼輸入單元、測試功能選擇及鑄鐵牌號選擇的旋鈕輸入單元，撥碼及旋鈕開關均通過擴展I/O接口與單片機相聯。
6.根據權利要求5所述的檢測儀，其特徵是測試電路中設有為測試儀提供實時時鐘的時鐘電路單元。
專利摘要一種鐵液質量多功能檢測儀、包括測試電路和傳感器,測試電路中設有內含A/D轉換器的準16位單片微機,其外圍擴展有程序存貯器和數據存貯器,熱電偶信號處理單元的輸出端和熱電偶冷端補償電路單元的輸出端分別與準16位單片微機的A/D輸入端聯接。本實用新型可測試鐵液的化學成分、機械性能、球化率、鐵液溫度及環境溫度,測試數據準確,性能穩定可靠,體積小、重量輕、性能/價格比高,操作極為簡便,抗幹擾能力強,適用於環境條件惡劣的大、中、小鑄造車間爐前現場。
文檔編號G01N25/00GK2278936SQ96234910
公開日1998年4月15日 申請日期1996年5月23日 優先權日1996年5月23日
發明者龔文邦, 餘靖, 陶漢德 申請人:湖北省機電研究院