專利名稱：同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置和方法。
背景技術(shù)：
粘度和密度是兩個(gè)非常重要的金屬熔體熱物性參數(shù)，準(zhǔn)確測(cè)量粘度、密度可有效控制生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品質(zhì)量。同步快速檢測(cè)熔體粘度和密度不僅可以大大縮短檢測(cè)周期，而且可以降低檢測(cè)成本。有關(guān)金屬熔體粘度測(cè)定方法有很多，較為典型的有毛細(xì)管法、扭擺振動(dòng)法、落球法、柱體旋轉(zhuǎn)法等。由于這些方法的測(cè)試裝置多大需要采集熔體自然流動(dòng)時(shí)間、懸絲扭轉(zhuǎn)角、落球時(shí)間及扭矩變化等微小物理量。金屬熔體密度一般采用稱重法和阿基米德法檢測(cè)，熔體質(zhì)量、體積以及浮力檢測(cè)的精度對(duì)測(cè)試結(jié)果有至關(guān)重要的影響。兩種方法對(duì)測(cè)試環(huán)境 和測(cè)試裝置均有較高要求，目前還沒(méi)有一種能同步檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在不降低測(cè)試精度的前提下，簡(jiǎn)化測(cè)試約束條件和優(yōu)化檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)，提供一種同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置和方法。上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
一種同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，其組成包括真空室，所述的真空室與真空泵、氣泵、取樣室連接，所述的真空室裝有壓カ傳感器，所述的取樣室裝有溫度傳感器和升降機(jī)構(gòu)，所述的真空泵、所述的氣泵、所述的壓カ傳感器、所述的溫度傳感器、所述的升降機(jī)構(gòu)均與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接。所述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，所述的真空室通過(guò)電磁閥A與所述的真空泵連接、所述的真空室通過(guò)電磁閥B與所述的氣泵連接、所述的真空室通過(guò)電磁閥C與所述的取樣室連接，所述的電磁閥A、所述的電磁閥B、所述的電磁閥C均與所述的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接。所述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，所述的取樣室的底部帶有吸嘴，所述的取樣室頂部裝有隔離閥，所述的隔離閥與所述的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接。所述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，所述的溫度傳感器是鎳鉻ー鎳硅熱電偶或鉬銠ー鉬熱電偶，所述的鎳鉻ー鎳硅熱電偶用于低熔點(diǎn)合金，所述的鉬銠ー鉬熱電偶用于高溫合金熔體；所述的升降機(jī)構(gòu)內(nèi)部安裝有位移傳感器，所述的位移傳感器是電感式位移傳感器或電阻式位移傳感器。一種同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的方法，該方法包括如下步驟
(1)啟動(dòng)真空泵使真空室內(nèi)壓カ達(dá)到預(yù)定真空度即0.4^0. 3KPa，此時(shí)所述的真空室與取樣室之間的電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述的取樣室下降，當(dāng)溫度傳感器接觸熔體時(shí)發(fā)出信號(hào)，所述的升降機(jī)構(gòu)內(nèi)的位移傳感器開(kāi)始記錄，浸入熔體液面下8 12cm深度后，所述的升降機(jī)構(gòu)停止下降，關(guān)閉所述的取樣室頂部的隔離閥，此時(shí)所述的取樣室內(nèi)壓カ為I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；
(2)瞬時(shí)打開(kāi)所述的真空室與所述的取樣室間的電磁閥A，使被測(cè)熔體被迅速吸入所述的取樣室內(nèi)，通過(guò)壓カ傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述的真空室內(nèi)壓強(qiáng)變化，當(dāng)吸液過(guò)程全部完成后，所述的壓カ傳感器測(cè)得所述的真空室內(nèi)平衡氣壓；
(3)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)利用步驟(2)所獲得所述的真空室內(nèi)平衡氣壓值計(jì)算被測(cè)熔體密度，再利用測(cè)得的所述的真空室內(nèi)壓強(qiáng)變化率和算得的熔體密度值快速計(jì)算出熔體粘度值；
(4)關(guān)閉所有閥門，打開(kāi)電磁閥C并啟動(dòng)氣泵，所述的取樣室內(nèi)金屬熔體被排入坩堝，所述的升降機(jī)構(gòu)將所述的取樣室提出熔體，測(cè)試過(guò)程結(jié)束。有益效果
I.本發(fā)明通過(guò)測(cè)定相同負(fù)壓作用下金屬熔體經(jīng)相同截面積入口被吸入取樣室的速度不同來(lái)表征其粘度的變化，以完成吸液過(guò)程達(dá)到平衡后取樣室內(nèi)金屬熔體上方的壓強(qiáng)不同表征被測(cè)熔體的密度變化。因熔體吸入速度以取樣室內(nèi)壓強(qiáng)變化速度表征，熔體密度以吸液過(guò)程結(jié)束氣液達(dá)到平衡后取樣室內(nèi)靜態(tài)壓強(qiáng)表征，中間環(huán)節(jié)少，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，無(wú)需為機(jī) 械機(jī)構(gòu)設(shè)置諸如減小摩擦、避免振動(dòng)等保護(hù)條件。雖然熔體密度對(duì)其吸液速度(取樣室液面上升速度)也會(huì)產(chǎn)生一定影響，但因?yàn)楸景l(fā)明可以準(zhǔn)確測(cè)定取樣室內(nèi)靜態(tài)壓強(qiáng)而獲得熔體密度參數(shù)，利用密度值補(bǔ)償粘度測(cè)試結(jié)果，完全可以實(shí)現(xiàn)雙參數(shù)高精度檢測(cè)。本發(fā)明由于通過(guò)負(fù)壓吸液過(guò)程中測(cè)定吸液速度和吸液結(jié)束后測(cè)定液柱高度方法分別表征熔體粘度和密度，省略諸多機(jī)械結(jié)構(gòu)和降低約束條件，從而使該測(cè)試裝置具有測(cè)試速度快、測(cè)試準(zhǔn)確度高和測(cè)試成本低。


附圖I是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式 實(shí)施例I :
一種同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，其組成包括真空室1，所述的真空室與真空泵2、氣泵3、取樣室4連接，所述的真空室裝有壓カ傳感器5，所述的取樣室裝有溫度傳感器6并與升降機(jī)構(gòu)7連接，所述的真空泵、所述的氣泵、所述的壓カ傳感器、所述的溫度傳感器、所述的升降機(jī)構(gòu)都與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)8連接。實(shí)施例2
上述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，所述的真空室通過(guò)電磁閥A，件號(hào)9與所述的真空泵連接，所述的真空室通過(guò)電磁閥B，件號(hào)10與所述的氣泵連接，所述的真空室通過(guò)電磁閥C，件號(hào)11與所述的取樣室連接，所述的電磁閥A、所述的電磁閥B、所述的電磁閥C分別與所述的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接。實(shí)施例3:
上述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，所述的取樣室的底部帶有吸嘴12，所述的取樣室頂部裝有隔離閥13，所述的隔離閥與所述的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接。實(shí)施例4:
上述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，所述的溫度傳感器是鎳鉻一鎳硅熱電偶或鉬銠ー鉬熱電偶，所述的鎳鉻ー鎳硅熱電偶用于低熔點(diǎn)合金，所述的鉬銠ー鉬熱電偶用于高溫合金熔體；所述的升降機(jī)構(gòu)內(nèi)部安裝有位移傳感器，所述的位移傳感器是電感式位移傳感器或電阻式位移傳感器。
實(shí)施例5:
上述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，壓カ傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)真空室內(nèi)的壓強(qiáng)變化；真空泵為真空室提供要求的真空初始?jí)簭?qiáng)；氣泵在測(cè)試結(jié)束后向真空室輸入正壓力，將吸入的金屬熔體排入坩堝內(nèi)；所述的電磁閥A、所述的電磁閥B、所述的電磁閥C可分別控制真空泵、氣泵、取樣室與真空室間的氣路通斷；隔離閥可確保取樣室在測(cè)試前內(nèi)部壓カ為I個(gè)大氣壓，在測(cè)試開(kāi)始后與大氣隔離；數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)包括上位機(jī)、亞當(dāng)模塊、電路板、開(kāi)關(guān)電源等配件，可完成對(duì)微壓差傳感器的輸出值進(jìn)行分析、計(jì)算、處理以及存儲(chǔ)等功能，同時(shí)可對(duì)真空泵、氣泵、隔離閥及所述的電磁閥A、所述的電磁閥B、所述的電磁閥C進(jìn)行直接控制。取樣室在升降機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下浸入熔體和提出熔體，預(yù)定浸入深度(IOcm左右)靠與取樣室同步升降的溫度傳感器確定液面位置和升降機(jī)構(gòu)內(nèi)置的位移傳感器檢測(cè)行走距離綜合控制，溫度傳感器除用作確定液面高度外，還有實(shí)時(shí)記錄熔體溫度之功能。實(shí)施例6:
上述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，壓カ傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)真空室內(nèi)的壓強(qiáng)變化；真空泵為真空室提供要求的真空初始?jí)簭?qiáng)；氣泵在測(cè)試結(jié)束后向真空室輸入正壓力，將吸入的金屬熔體排入坩堝內(nèi)；電磁閥A、電磁閥B、電磁閥C可分別控制真空泵、氣泵、取樣室與真空室間的氣路通斷；隔離閥可確保取樣室在測(cè)試前內(nèi)部壓カ為I個(gè)大氣壓，在測(cè)試開(kāi)始后與大氣隔離。實(shí)施例7:
上述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)包括上位機(jī)、亞當(dāng)模塊、電路板、開(kāi)關(guān)電源等配件，可完成對(duì)微壓差傳感器的輸出值進(jìn)行分析、計(jì)算、處理以及存儲(chǔ)等功能，同時(shí)可對(duì)真空泵、氣泵、隔離閥及電磁閥A、電磁閥B、電磁閥C進(jìn)行直接控制。實(shí)施例8
上述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，取樣室在升降機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下浸入熔體和提出熔體，預(yù)定浸入深度(IOcm左右)靠與取樣室同步升降的溫度傳感器確定液面位置和檢測(cè)行走距離，升降機(jī)構(gòu)(9)內(nèi)置位移傳感器與溫度傳感器配合工作，可準(zhǔn)確探測(cè)被測(cè)熔體液面和取樣室浸入熔體深度，溫度傳感器除用作確定液面高度外，還有實(shí)時(shí)記錄熔體溫度之功!!泛。實(shí)施例9:
一種同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的方法，該方法包括如下步驟
(1)啟動(dòng)真空泵使真空室內(nèi)壓カ達(dá)到預(yù)定真空度即0.4^0. 3KPa，此時(shí)所述的真空室與取樣室之間的電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述的取樣室下降，當(dāng)溫度傳感器接觸熔體時(shí)發(fā)出信號(hào)，所述的升降機(jī)構(gòu)內(nèi)的位移傳感器開(kāi)始記錄，浸入熔體液面下8 12cm深度后，所述的升降機(jī)構(gòu)停止下降，關(guān)閉所述的取樣室頂部的隔離閥，此時(shí)所述的取樣室內(nèi)壓カ為I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；
(2)瞬時(shí)打開(kāi)所述的真空室與所述的取樣室間的電磁閥A，使被測(cè)熔體被迅速吸入所述的取樣室內(nèi)，通過(guò)壓カ傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述的真空室內(nèi)壓強(qiáng)變化，當(dāng)吸液過(guò)程全部完成后，所述的壓カ傳感器測(cè)得所述的真空室內(nèi)平衡氣壓；
(3)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)利用步驟(2)所獲得所述的真空室內(nèi)平衡氣壓值計(jì)算被測(cè)熔體密度，再利用測(cè)得的所述的真空室內(nèi)壓強(qiáng)變化率和算得的熔體密度值快速計(jì)算出熔體粘度值；
(4)關(guān)閉所有閥門，打開(kāi)電磁閥C并啟動(dòng)氣泵，所述的取樣室內(nèi)金屬熔體被排入坩堝，所述的升降機(jī)構(gòu)將所述的取樣室提出熔體，測(cè)試過(guò)程結(jié)束。實(shí)施例10
上述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的方法，其檢測(cè)裝置的工作原理是在相同負(fù)壓作用下，不同粘度的金屬熔體經(jīng)相同截面積的入口被吸入取樣室的速度不同，且完成吸液過(guò)程達(dá)到平衡后取樣室內(nèi)金屬熔體上方的壓強(qiáng)會(huì)因被測(cè)熔體的密度不同而不同。因此，吸液過(guò)程中金屬熔體被吸入取樣室的速度可以表征金屬熔體的粘度，吸液過(guò)程結(jié)束達(dá)到平衡后取樣室內(nèi)熔體上方的壓強(qiáng)可以表征金屬熔體的密度。實(shí)施例11
上述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的方法，具體工作過(guò)程是將ー個(gè)具有一定真空度的真空室與取樣室通過(guò)真空閥門連接，同時(shí)真空室頂部通過(guò)隔離閥與大氣相通，當(dāng)取樣室底部吸液ロ浸入金屬熔體特定深度時(shí)(取樣室內(nèi)的氣體容積也將隨金屬熔體液面的上升而達(dá)到特定數(shù)值)，關(guān)閉取樣室頂部隔離閥，打開(kāi)真空室與取樣室之間的真空閥，熔體被快速吸入取樣室。由于粘度是表示流體內(nèi)磨擦的物理量，是ー層流體對(duì)另ー層流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力，所以在相同負(fù)壓作用下，熔體通過(guò)相同截面積吸液ロ被吸入取樣室的速度與液體粘度直接相關(guān)。當(dāng)真空室與取樣室的內(nèi)部壓強(qiáng)相等后即告吸液過(guò)程完成，此時(shí)取樣室內(nèi)熔體上方壓強(qiáng)和熔體液柱靜壓頭與坩堝熔體上方大氣壓強(qiáng)之間達(dá)到平衡，由于取樣室內(nèi)壓強(qiáng)可測(cè)，只要準(zhǔn)確測(cè)定液柱高度，即可求得熔體密度。由于熔體密度對(duì)吸液速度也有影響，所以需要測(cè)知熔體密度值之后，再利用吸液速度和密度ニ參數(shù)汁算熔體粘度值。對(duì)測(cè)試原理的進(jìn)ー步分析如下，假設(shè)取樣室吸入體積為F的金屬熔體后液面上升
高度為、，坩堝內(nèi)熔體液面下降高度為■%，取樣室內(nèi)金屬熔體液柱高差為&，那么
式中
權(quán)利要求
1.一種同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，其組成包括真空室，其特征是所述的真空室與真空泵、氣泵、取樣室連接，所述的真空室裝有壓力傳感器，所述的取樣室裝有溫度傳感器和升降機(jī)構(gòu)，所述的真空泵、所述的氣泵、所述的壓力傳感器、所述的溫度傳感器、所述的升降機(jī)構(gòu)均與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，其特征是所述的真空室通過(guò)電磁閥A與所述的真空泵連接、所述的真空室通過(guò)電磁閥B與所述的氣泵連接、所述的真空室通過(guò)電磁閥C與所述的取樣室連接，所述的電磁閥A、所述的電磁閥B、所述的電磁閥C均與所述的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，其特征是所述的取樣室的底部帶有吸嘴，所述的取樣室頂部裝有隔離閥，所述的隔離閥與所述的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，其特征是所述的溫度傳感器是鎳鉻一鎳硅熱電偶或鉬銠一鉬熱電偶，所述的鎳鉻一鎳硅熱電偶用于低熔點(diǎn)合金，所述的鉬銠一鉬熱電偶用于高溫合金熔體；所述的升降機(jī)構(gòu)內(nèi)部安裝有位移傳感器，所述的位移傳感器是電感式位移傳感器或電阻式位移傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置，其特征是所述的溫度傳感器是鎳鉻一鎳硅熱電偶或鉬銠一鉬熱電偶，所述的鎳鉻一鎳硅熱電偶用于低熔點(diǎn)合金，所述的鉬銠一鉬熱電偶用于高溫合金熔體；所述的升降機(jī)構(gòu)內(nèi)部安裝有位移傳感器，所述的位移傳感器是電感式位移傳感器或電阻式位移傳感器。
6.一種同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的方法，其特征是該方法包括如下步驟 (O啟動(dòng)真空泵使真空室內(nèi)壓力達(dá)到預(yù)定真空度即O. Γ0. 3KPa，此時(shí)所述的真空室與取樣室之間的電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述的取樣室下降，當(dāng)溫度傳感器接觸熔體時(shí)發(fā)出信號(hào)，所述的升降機(jī)構(gòu)內(nèi)的位移傳感器開(kāi)始記錄，浸入熔體液面下8 12cm深度后，所述的升降機(jī)構(gòu)停止下降，關(guān)閉所述的取樣室頂部的隔離閥，此時(shí)所述的取樣室內(nèi)壓力為I個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓； (2)瞬時(shí)打開(kāi)所述的真空室與所述的取樣室間的電磁閥A，使被測(cè)熔體被迅速吸入所述的取樣室內(nèi)，通過(guò)壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述的真空室內(nèi)壓強(qiáng)變化，當(dāng)吸液過(guò)程全部完成后，所述的壓力傳感器測(cè)得所述的真空室內(nèi)平衡氣壓； (3)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)利用步驟(2)所獲得所述的真空室內(nèi)平衡氣壓值計(jì)算被測(cè)熔體密度，再利用測(cè)得的所述的真空室內(nèi)壓強(qiáng)變化率和算得的熔體密度值快速計(jì)算出熔體粘度值； (4)關(guān)閉所有閥門，打開(kāi)電磁閥C并啟動(dòng)氣泵，所述的取樣室內(nèi)金屬熔體被排入坩堝，所述的升降機(jī)構(gòu)將所述的取樣室提出熔體，測(cè)試過(guò)程結(jié)束。
全文摘要
同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置和方法。有關(guān)金屬熔體粘度測(cè)定方法有很多，金屬熔體密度一般采用稱重法和阿基米德法檢測(cè)，對(duì)測(cè)試環(huán)境和測(cè)試裝置均有較高要求，目前還沒(méi)有一種能同步檢測(cè)金屬熔體粘度和密度的裝置。本產(chǎn)品的組成包括真空室(1)，所述的真空室與真空泵(2)、氣泵(3)、取樣室(4)連接，所述的真空室與壓力傳感器(5)連接，所述的取樣室與溫度傳感器(6)、升降機(jī)構(gòu)(7)連接，所述的真空泵、所述的氣泵、所述的壓力傳感器、所述的溫度傳感器、所述的升降機(jī)構(gòu)與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)(8)連接。本發(fā)明用于同步快速檢測(cè)金屬熔體粘度和密度。
文檔編號(hào)G01N9/26GK102866081SQ20121036874
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者李大勇, 張建雷, 孫謙, 馬旭梁, 王利華 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)