球墨鑄鐵熱分析儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種球墨鑄鐵熱分析儀，包括爐前鐵水熱分析數據采集儀和鐵水實時分析單元，鐵水實時分析單元包括數據通信模塊、數據處理模塊、數據庫管理模塊、數據庫；數據處理模塊還分別與基本測試模塊和球鐵測試模塊通信連接，數據庫管理模塊還與參數設置模塊和歷史記錄模塊通信連接；基本測試模塊、球鐵測試模塊、參數設置模塊和歷史記錄模塊與人機界面通信連接；爐前鐵水熱分析數據采集儀包括數據采集單元和主控單元，與鐵水實時分析單元中的數據通信模塊通過RS?232串行接口數據交互連接。該球墨鑄鐵熱分析儀能及時、準確地檢測鐵液凝固冷卻過程中的溫度數據，并能迅速準確地分析出鐵水的實時質量數據，而且性能穩(wěn)定、功能全面。
【專利說明】
球墨鑄鐵熱分析儀
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種儀器，尤其涉及一種球墨鑄鐵鑄造過程鐵水(熔體)成分與質量的熱分析儀器。【背景技術】
[0002]鐵水(熔體)質量的熱分析技術源于金屬學中的相圖理論，采用熱分析技術用于爐前鐵水的檢測和控制，是先進鑄造技術中不可缺少的檢測手段，在高質量鑄件的生產中發(fā)揮著重要的作用。
[0003]對鐵水質量進行熱分析時取鐵水澆入樣杯，在樣杯特定的散熱條件下，熱分析儀首先記錄下樣杯內鐵水的凝固溫度曲線。通過對凝固溫度曲線的解析，找出鐵水凝固過程的各種相變特征參數。將相變特征參數值帶入與凝固組織建立的數學模型后，即可以分析、 計算出鐵水中的碳含量、硅含量與碳硅當量等成分和決定鐵水凝固組織的重要控制參數。 在鐵水熱分析過程中，鐵液凝固冷卻過程中溫度數據的采集是鐵水熱分析的基礎，鐵液凝固冷卻過程中溫度數據能否及時、準確地檢測出來并傳遞出去是爐前鐵水熱分析數據采集儀性能優(yōu)劣的主要特征之一，在測得鐵液凝固冷卻過程中的溫度曲線后進行數據分析時， 其結果準確與否與分析單元中功能模塊的配置、各功能模塊之間的相互關聯(lián)結構有著重要的聯(lián)系。目前市場上的鐵水熱分析系統(tǒng)雖然滿足了鐵液的碳、硅成分分析的基本要求，但其功能的全面性與性能的穩(wěn)定性仍不能滿足生產過程中對鐵水質量實時控制的要求?！緦嵱眯滦蛢热荨?br>[0004]針對現(xiàn)有技術所存在的上述不足，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種球墨鑄鐵熱分析儀，它能及時、準確地檢測鐵液凝固冷卻過程中的溫度數據，并能迅速準確地分析出鐵水的實時質量數據，而且性能穩(wěn)定、功能全面。
[0005]為了解決上述技術問題，本實用新型的一種球墨鑄鐵熱分析儀，包括爐前鐵水熱分析數據采集儀和鐵水實時分析單元，所述鐵水實時分析單元包括數據通信模塊、數據處理模塊、數據庫管理模塊、數據庫;所述數據通信模塊與數據處理模塊通信連接，所述數據處理模塊與數據庫管理模塊通信連接，數據庫管理模塊與數據庫通信連接;所述數據處理模塊還分別與基本測試模塊和球鐵測試模塊通信連接，所述數據庫管理模塊還與參數設置模塊和歷史記錄模塊通信連接;所述基本測試模塊、球鐵測試模塊、參數設置模塊和歷史記錄模塊與人機界面通信連接;所述爐前鐵水熱分析數據采集儀與所述鐵水實時分析單元中的數據通信模塊通過RS-232串行接口數據交互連接。
[0006]在上述結構中，由于所述鐵水實時分析單元包括數據通信模塊、數據處理模塊、數據庫管理模塊、數據庫，所述數據通信模塊與數據處理模塊通信連接，所述數據處理模塊與數據庫管理模塊通信連接，數據庫管理模塊與數據庫通信連接，則數據處理模塊通過數據通信模塊對爐前鐵水熱分析數據采集儀所采集的實時溫度數據解包并進行分析，計算當前測試鐵水的有效成分，并于測試結束時通過數據庫管理模塊存儲原始數據到數據庫，數據庫管理模塊則可實現(xiàn)溫度數據和測量結果的存儲、查詢、刪除以及輸出等功能。又由于所述數據處理模塊還分別與基本測試模塊和球鐵測試模塊通信連接，所述數據庫管理模塊還與參數設置模塊和歷史記錄模塊通信連接，則基本測試模塊作為鐵水實時分析單元的基本模塊，主要實時在線計算、檢測鐵水的碳當量CE%、碳含量C%、硅含量Si%和相關牌號等，球鐵測試模塊主要應用于計算、檢測球鐵中碳當量CE%、碳含量C%、硅含量S i%、球化率SG%、抗拉強度RM和共晶度SC等相關參數，參數設置模塊用于設置系統(tǒng)測試時所用全部參數，如目標材質、鐵水重量、目標結果修正量等，為數據處理模塊提供相關目標參數，歷史記錄模塊可實現(xiàn)歷史結果的查找和圖形化顯示、趨勢分布統(tǒng)計。還由于所述基本測試模塊、球鐵測試模塊、參數設置模塊和歷史記錄模塊與人機界面通信連接，則通過人機界面可以方便地實現(xiàn)檢測結果的顯示輸出、相關目標參數的輸入、歷史記錄的查詢等功能。再由于所述爐前鐵水熱分析數據采集儀與所述鐵水實時分析單元中的數據通信模塊通過RS-232串行接口數據交互連接，則通過爐前鐵水熱分析數據采集儀來及時、準確地檢測鐵液凝固冷卻過程中的溫度數據，通過RS-232串行接口可以迅速準確地接收鐵水實時分析單元對爐前鐵水熱分析數據采集儀的數據采集指令，并將爐前鐵水熱分析數據采集儀所檢測的數據實時上傳至鐵水實時分析單元。通過上述技術方案，即可及時、準確地檢測鐵液凝固冷卻過程中的溫度數據，并且能迅速準確地計算分析出鐵水的CE、C、Si等成分含量數據，推算出鐵水牌號、性能等實時質量數據，還可根據所設定的目標材質對檢測數據進行對比分析，計算出提高鐵水質量的增碳劑、硅鐵、廢鋼的加入量，從而有效的控制鐵水質量，還能兼具測定球化鐵液凝固溫度曲線、捕捉球鐵特征凝固參數、按照特征參數計算球化率測量結果并顯示給用戶參考的功能，并且通過數據庫及數據庫管理模塊直觀回顧歷史測量過程及驗證參數改變時的測量結果，以及具有測量數據的輸出轉移功能，其功能全面且性能穩(wěn)定。
[0007]本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述爐前鐵水熱分析數據采集儀包括數據采集單元和主控單元，所述數據采集單元包括熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉換器，熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉換器依次電連接;所述主控單元包括單片機，在該單片機上設置有 SCI串行通信接口、I/O輸入輸出端口、BDM調試接口及SPI串行外設接口；所述A/D轉換器通過SPI串行外設接口與所述主控單元通信連接。采用該實施方式，待進行熱分析的鐵水在熱電偶樣杯內這一特定環(huán)境中凝固冷卻，其溫度可以在不受外界環(huán)境影響下按照其鐵水材料自身規(guī)律逐漸變化下降，從而可以由熱電偶檢測其在熱電偶樣杯內的準確的溫度實時變化狀況，得到一系列的微弱電壓模擬量信號，經由信號放大器將該微弱的電壓模擬量信號放大傳遞給A/D轉換器，由A/D轉換器轉換成與鐵水溫度變化相對應的、準確的一系列數字量數據信號;通過主控單元的單片機可以實現(xiàn)對鐵水實時分析單元數據采集指令的接收，當接收到指令后迅速及時地將當前溫度采樣數據進行格式封裝，并將采樣數據上傳至鐵水實時分析單元，從而迅速準確地傳遞出所檢測的數據;所設置的SCI串行通信接口、I/O輸入輸出端口、BDM調試接口及SPI串行外設接口可以分別實現(xiàn)與鐵水實時分析單元的通信、操作要求的輸入與狀態(tài)信息的輸出、程序調試設備的接入以及與數據采集單元的連接等多項功能;這樣，進一步保證了鐵液凝固冷卻過程中溫度數據的及時、準確地檢測。
[0008]本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式，所述熱電偶樣杯包括杯體和設置于杯體內的熱電偶傳感器，熱電偶傳感器與信號放大器電連接。采用該實施方式，用于盛放被測爐前鐵水的熱電偶樣杯將杯體與熱電偶傳感器連為一體，結構緊湊、抗外部干擾能力強，所采集的溫度數據更為準確。
[0009]本實用新型的又一種優(yōu)選實施方式，所述熱電偶傳感器為K型熱電偶傳感器。采用該實施方式，K型熱電偶傳感器測量溫度范圍與鐵水冷卻曲線的特征溫度范圍相對應，能很好地滿足鐵水溫度測量的要求。
[0010]本實用新型進一步的優(yōu)選實施方式，所述信號放大器為帶有冷端補償的單片熱電偶放大器。采用該實施方式，帶有冷端補償的信號放大器具備了熱電偶測量的冷端補償功能，簡化了結構，溫度測量數值更為精確。
[0011]本實用新型另一進一步的優(yōu)選實施方式，所述A/D轉換器為16位串行輸出模數轉換器。采用該實施方式，串行輸出的模數轉換器可很好地保證A/D轉換器與主控單元的單片機通信連接。
[0012]本實用新型又一進一步的優(yōu)選實施方式，所述單片機為MC9S9S12XE系列單片機。 采用該實施方式，MC9S9S12XE系列單片機具有32位單片機的性能和16位單片機的所有優(yōu)勢和高效率，能很好地適應爐前鐵水熱分析數據采集儀的使用性能要求。
[0013]本實用新型更進一步的優(yōu)選實施方式，所述數據庫包括C/Si測量材質參數設定表、C/Si測量采樣溫度表、C/Si測量結果表和球化率測量材質參數設定表、球化率測量采樣溫度表、球化率測量結果表。采用該實施方式，數據庫功能強大，可以滿足鐵水實時分析單元各種功能的數據處理需求。
[0014]本實用新型另一更進一步的優(yōu)選實施方式，所述鐵水實時分析單元通過U盤與客戶端數據閱讀系統(tǒng)數據傳輸連接。采用該實施方式，使用U盤對儀器測量結果進行歷史數據的轉移，可使用戶在遠離生產現(xiàn)場的辦公室的計算機上對現(xiàn)場測量結果進行數據回顧、趨勢瀏覽和曲線分析等。
[0015]本實用新型又一更進一步的優(yōu)選實施方式，所述爐前鐵水熱分析數據采集儀與所述鐵水實時分析單元中的數據通信模塊通過RS-232串行接口經電平轉換芯片數據交互連接。采用該實施方式，可以實現(xiàn)爐前鐵水熱分析數據采集儀與鐵水實時分析單元之間工作指令與溫度數據的實時準確的傳輸。【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0017]圖1是本實用新型球墨鑄鐵熱分析儀的結構框圖；
[0018]圖2是圖1所示結構中爐前鐵水熱分析數據采集儀的結構框圖。
[0019]圖中:1一爐前鐵水熱分析數據采集儀、2 —鐵水實時分析單元、11一數據采集單元、12—主控單元。【具體實施方式】
[0020]在圖1所示的球墨鑄鐵熱分析儀中，爐前鐵水熱分析數據采集儀1用以高精度采集現(xiàn)場被測試鐵水凝固冷卻過程的溫度實時變化數據，所測得的溫度數據采用安全的數據傳輸協(xié)議進行封裝，爐前鐵水熱分析數據采集儀1與鐵水實時分析單元2之間通過RS-232串行接口數據交互連接，爐前鐵水熱分析數據采集儀1接收鐵水實時分析單元2的工作指令，并按工作指令要求將所采集的傳輸到鐵水實時分析單元2;鐵水實時分析單元2對爐前鐵水熱分析數據采集儀1所采集的被測試鐵水的溫度數據進行實時的分析，通過實時分析算法動態(tài)判斷鐵水成分組成以及鐵水材質、性能，以便指導生產現(xiàn)場及時調整原料投料比例，提高鑄件產品質量;鐵水實時分析單元2通過U盤與客戶端數據閱讀系統(tǒng)數據傳輸連接，使用戶在遠離生產現(xiàn)場的辦公室的計算機上可對現(xiàn)場測量結果進行數據回顧、趨勢瀏覽和曲線分析等作業(yè)。
[0021]鐵水實時分析單元2包括數據通信模塊、數據處理模塊、數據庫管理模塊、數據庫； 所述數據通信模塊與數據處理模塊通信連接，所述數據處理模塊與數據庫管理模塊通信連接，數據庫管理模塊與數據庫通信連接，數據庫包括C/Si測量材質參數設定表、C/Si測量采樣溫度表、C/Si測量結果表和球化率測量材質參數設定表、球化率測量采樣溫度表、球化率測量結果表;所述數據處理模塊還分別與基本測試模塊和球鐵測試模塊通信連接，所述數據庫管理模塊還與參數設置模塊和歷史記錄模塊通信連接;上述各模塊均基于PC104工業(yè)控制計算機為核心建立，所述基本測試模塊、球鐵測試模塊、參數設置模塊和歷史記錄模塊與人機界面通信連接。
[0022]如圖2所示，爐前鐵水熱分析數據采集儀1包括數據采集單元11和主控單元12,數據采集單元11包括熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉換器，熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉換器依次電連接，其中熱電偶樣杯包括杯體和設置于杯體內的熱電偶傳感器，熱電偶樣杯通過熱電偶傳感器與信號放大器電連接，熱電偶傳感器為K型熱電偶傳感器，信號放大器為帶有冷端補償的單片熱電偶放大器，A/D轉換器為16位串行輸出模數轉換器。所述主控單元12 包括單片機，單片機采用MC9S9S12XE系列單片機，在該單片機上設置有SCI串行通信接口、 I/O輸入輸出端口、BDM調試接口及SPI串行外設接口；數據采集單元11中的A/D轉換器通過 SPI串行外設接口與主控單元12通信連接，爐前鐵水熱分析數據采集儀1經SCI串行通信接口與鐵水實時分析單元2中的數據通信模塊通過RS-232串行接口經電平轉換芯片max232數據交互連接。
[0023]以上僅列出了本實用新型的一些【具體實施方式】，但本實用新型并不僅限于此，還可以作出較多的改進與變換，如所述鐵水實時分析單元2中各模塊也可以不是基于PC104工業(yè)控制計算機為核心建立，而可以是基于其它工業(yè)控制計算機為核心建立，所述數據庫管理模塊也可以直接通過相關接口與客戶端數據閱讀系統(tǒng)數據傳輸連接。如此等等，只要是在本實用新型基本原理基礎上所作出的改進與變換，均應視為落入本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種球墨鑄鐵熱分析儀，包括爐前鐵水熱分析數據采集儀(1)和鐵水實時分析單元 (2)，其特征在于:所述鐵水實時分析單元(2)包括數據通信模塊、數據處理模塊、數據庫管 理模塊、數據庫;所述數據通信模塊與數據處理模塊通信連接，所述數據處理模塊與數據庫 管理模塊通信連接，數據庫管理模塊與數據庫通信連接;所述數據處理模塊還分別與基本 測試模塊和球鐵測試模塊通信連接，所述數據庫管理模塊還與參數設置模塊和歷史記錄模 塊通信連接;所述基本測試模塊、球鐵測試模塊、參數設置模塊和歷史記錄模塊與人機界面 通信連接;所述爐前鐵水熱分析數據采集儀(1)與所述鐵水實時分析單元(2)中的數據通信 模塊通過RS-232串行接口數據交互連接。2.根據權利要求1所述的球墨鑄鐵熱分析儀，其特征在于:所述爐前鐵水熱分析數據采 集儀(1)包括數據采集單元(11)和主控單元(12)，所述數據采集單元(11)包括熱電偶樣杯、 信號放大器、A/D轉換器，熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉換器依次電連接;所述主控單元 (12)包括單片機，在該單片機上設置有SCI串行通信接口、I/O輸入輸出端口、BDM調試接口 及SPI串行外設接口；所述A/D轉換器通過SPI串行外設接口與所述主控單元(12)通信連接。3.根據權利要求2所述的球墨鑄鐵熱分析儀，其特征在于:所述熱電偶樣杯包括杯體和 設置于杯體內的熱電偶傳感器，熱電偶傳感器與信號放大器電連接。4.根據權利要求3所述的球墨鑄鐵熱分析儀，其特征在于:所述熱電偶傳感器為K型熱 電偶傳感器。5.根據權利要求2所述的球墨鑄鐵熱分析儀，其特征在于:所述信號放大器為帶有冷端 補償的單片熱電偶放大器。6.根據權利要求2所述的球墨鑄鐵熱分析儀，其特征在于:所述A/D轉換器為16位串行 輸出模數轉換器。7.根據權利要求2所述的球墨鑄鐵熱分析儀，其特征在于:所述單片機為MC9S9S12XE系 列單片機。8.根據權利要求1所述的球墨鑄鐵熱分析儀，其特征在于:所述數據庫包括C/Si測量材 質參數設定表、C/Si測量采樣溫度表、C/Si測量結果表和球化率測量材質參數設定表、球化 率測量采樣溫度表、球化率測量結果表。9.根據權利要求1所述的球墨鑄鐵熱分析儀，其特征在于:所述鐵水實時分析單元(2) 通過U盤與客戶端數據閱讀系統(tǒng)數據傳輸連接。10.根據權利要求1所述的球墨鑄鐵熱分析儀，其特征在于:所述爐前鐵水熱分析數據 采集儀(1)與所述鐵水實時分析單元(2)中的數據通信模塊通過RS-232串行接口經電平轉 換芯片數據交互連接。
【文檔編號】G01N25/06GK205643214SQ201620480888
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】周怡君, 戴挺, 王明君
【申請人】東南大學