專利名稱：自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置及方法。
背景技術：
表面張力和密度是兩個非常重要的金屬熔體熱物性參數，準確測量表面張力和密度可有效控制生產過程及產品質量。目前有關金屬熔體表面張力的測定方法有很多，一般分為靜力學方法和動力學方法兩大類，靜力學方法是測量某一狀態下的某些特定數值來計算表面張力，如靜滴法、懸滴法、氣泡最大壓力法、毛細管法上升法、拉筒法等。動力學方法是以
測量決定某一過程特征的數值來計算表面張力，如毛細管波法、振動滴法、氣泡幅頻當量法等。與靜力學方法相比，動力學方法還不十分完善，因此，一般采用靜力學方法測定合金熔體表面張力，比較常用的是靜滴法和氣泡最大壓力法。金屬熔體密度一般采用稱重法和阿基米德法檢測，熔體質量、體積以及浮力檢測的精度對測試結果有至關重要的影響，兩種方法對測試環境和測試裝置均有較高要求。采用二次下降吹泡法可用一個試樣同時檢測金屬熔體表面張力和密度，不僅可以大大縮短檢測周期，而且可以降低檢測成本。但是實施二次下降吹泡法同時檢測金屬熔體表面張力和密度的最大困難是毛細管內徑及入水深度的自動精確控制很難控制。傳統檢測毛細管內半徑的方法是采用讀書顯微鏡人工注意測量，不僅檢測周期長，而且無法實現自動化。傳統檢測毛細管入水絕對深度的方法是肉眼觀察并記錄毛細管端口接觸液面的時刻，采用計時法或位移法計算毛細管端口的入水絕對深度，測量精度很難保證。

發明內容
本發明的目的是提供一種自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置及方法，提高二次下降吹泡法測定金屬溶體表面張力和密度的速度和精度。上述的目的通過以下的技術方案實現
一種自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置，其組成包括毛細管，所述的毛細管與微壓傳感器通過內部安裝有氣體緩沖室的探頭座密封連通，穩壓氣源通過軟管經過氣流開關與所述的氣體緩沖室連通，所述的探頭座與測控單元電連接，電動推桿與所述的測控單元電連接，固定在臺架上的位移傳感器與所述的電動推桿電連接，所述的固定臺上安裝有坩堝。
所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置，所述的微壓傳感器是半導體應變片式或其他形式的高靈敏度微壓傳感器；所述的位移傳感器是電阻式或電感式或其他形式的高精度位移傳感器；所述的測控單元具有3路以上數據采集及4路以上開關量控制功能。所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置，所述穩壓氣源通過軟管經所述的氣流開關與所述的氣體緩沖室連通，用以提供吹氣泡用穩壓氣源；所述的電動推桿在測控單元的控制下做伸縮運動，進而驅動所述的探頭座和所述的毛細管上下運動，使所述的毛細管浸入或提離所述的坩堝所盛合金熔體；固定在所述的臺架上的所述的位移傳感器用于實時監測電動推桿位移亦即所述的毛細管所處位置。ー種自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，該方法包括如下步驟
(1)毛細管內半徑r自動檢測打開穩壓氣源開關，穩壓氣體經氣流開關、氣體緩沖室和毛細管向大氣排出，此時通過監測所述的氣體緩沖室壓カ間接檢則毛細管內半徑r;
(2)被測熔體液面高度“零點”檢測電動推桿驅動毛細管下降，當所述的毛細管端ロ接觸熔體液面時，所述的氣體緩沖室內氣壓迅速升高，位移傳感器和測控單元快速采集此時所述的電動推桿位移值作為被測熔體液面高度“零點”；
(3)氣泡最大壓カ的P1檢測在所述的毛細管入水深度不斷増加的過程中，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時檢測所述的電動推桿的位移值并計算毛細管入水的絕對深度，當入水深度達到Ii1時，所述的電動推桿第一次停止下降，微壓傳感器和所述的測控單元檢測氣泡最大壓カP1 ;
(4)氣泡最大壓カP2的檢測所述的電動推桿驅動所述的毛細管繼續下降，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時檢測所述的電動推桿位移并計算所述的毛細管入水絕對深度，當入水深度達到h2時，所述的電動推桿第二次停止下降，數據采集単元檢測氣泡最大壓力P2 ；
(5)求解被測金屬熔體表面張カO和密度P :所述的電動推桿反向運動將所述的毛細管提出被測熔體，所述的測控單元依據測得的INhptvP1和P2求解被測金屬熔體表面張力O和密度P。

所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，所述的毛細管內半徑r自動檢測是通過所述的測控單元控制所述的氣流開關開通大氣流通道，啟動穩壓氣源并且啟動所述的電動推桿下降，穩壓氣流進入探頭座內的所述的氣體緩沖室后通過所述的毛細管向外排出，因所述的氣體緩沖室內氣體壓力與所述的毛細管內半徑直接相關，即毛細管內半徑愈大，所述的氣體緩沖室內氣體壓力愈小，反之亦然，因此，在所述的毛細管接近金屬熔體的途中即可通過檢測所述的氣體緩沖室內的壓カ而準確測得所述的毛細管的內半徑r。所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，所述的被測熔體液面高度“零點”檢測是測得所述的毛細管的內半徑r后，即刻將所述的氣流開關切換至小氣流ー側，當所述的毛細管端ロ接觸被測熔體液面吋，因排氣ロ被封閉會使所述的氣體緩沖室內氣體壓力迅速升高，所述的測控單元將所述的氣體緩沖室內氣壓突然升高時刻b對應位移傳感器記錄的位移值ん定義為熔體液面高度“零點”。所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，所述的氣泡最大壓カP1的檢測是在所述的毛細管繼續深入熔體的過程中，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時監測并計算所述的毛細管端ロ的入水深度，達到預定深度Ii1時，所述的電動推桿第一次停止運動，氣泡通過所述的毛細管端ロ均勻吹出，所述的微壓傳感器和所述的測控單元記錄所述的氣體緩沖室內氣體壓力隨氣泡生成、長大和脫離而變化的曲線，從h時刻到t2時刻曲線峰值平均值即為Pp所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，所述的氣泡最大壓カP2的檢測是當毛細管在Ii1深度下吹氣時間滿足要求時，所述的電動推桿繼續驅動毛細管下降，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時監測并計算所述的毛細管端ロ的入水深度，達到預定深度112時，所述的電動推桿第二次停止運動，吹氣泡以及緩沖室內氣體壓カ變化曲線記錄重復步驟(3)所述過程，從t2時刻開始計時，吹氣時間滿足要求后，所述的電動推桿反向運動，所述的毛細管被提離被測熔體，從セ2時刻開始直至毛細管被提起，緩沖室內氣體壓力變化曲線峰值平均值即為P2。所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，求解被測金屬熔體表面張カO和密度p是所述的測控單元依據測得的所述的毛細管內半徑r、二次入水深度hi、h2以及對應的氣泡最大壓カP:、P2，通過聯立方程組
P1 = P g h:+ 2 O /r(I)
2= Pgh2+2o/r(2) 即可求得被測熔體表面張カO和密度p。有益效果
I.本發明綜合利用吹氣、測壓和測位移過程，實現毛細管內半徑自動檢測和熔體液面精確自動感知，進而實現了入水深度的準確測量及表面張カ及密度的精確計算。本發明采用大氣流排氣法測量毛細管內半徑，不僅測量結果可自動讀入，而且測量精度不低于讀數顯微鏡方法。本發明采用管內氣壓自動感知法探測液面和位移傳感器法記錄入水深度，其檢測精度遠遠高于傳統方法。吹氣泡、測氣壓和測位移均為實施氣泡最大壓カ法的基本要求，本發明是在吹氣、測壓和測位移過程中實現毛細管內半徑和入水深度自動檢測，不需額外增加檢測裝置和動作。


附圖I是本發明的結構示意圖。附圖2是毛細管入水深度與毛細管內壓カ對應關系不意圖。圖中A為氣泡內壓力；B為毛細管位移。
具體實施例方式 實施例I :
ー種自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置，其組成包括毛細管1，所述的毛細管與微壓傳感器3通過內部安裝有氣體緩沖室的探頭座2密封連通，穩壓氣源7通過軟管經過氣流開關5與所述的氣體緩沖室連通，所述的探頭座與測控單元8連接，電動推桿6與所述的測控單元連接，固定在臺架10上的位移傳感器4與所述的電動推桿連接，所述的固定臺上放有坩堝9。實施例2
上述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置，所述的微壓傳感器是半導體應變片式或其他形式的高靈敏度微壓傳感器；所述的位移傳感器是電阻式或電感式或其他形式的高精度位移傳感器；所述的測控單元具有3路以上數據采集及4路以上開關量控制功能。實施例3
上述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置，所述穩壓氣源通過軟管經所述的氣流開關與所述的氣體緩沖室連通，用以提供吹氣泡用穩壓氣源；所述的電動推桿在測控單元的控制下做伸縮運動，進而驅動所述的探頭座和所述的毛細管上下運動，使所述的毛細管浸入或提離所述的坩堝所盛合金熔體；固定在所述的臺架上的所述的位移傳感器用于實時監測電動推桿位移亦即所述的毛細管所處位置。實施例4
一種自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，該方法包括如下步驟
(1)毛細管內半徑r自動檢測打開穩壓氣源開關，穩壓氣體經氣流開關、氣體緩沖室和毛細管向大氣排出，此時通過監測所述的氣體緩沖室壓力間接檢則毛細管內半徑r;
(2)被測熔體液面高度“零點”檢測電動推桿驅動毛細管下降，當所述的毛細管端口接觸熔體液面時，所述的氣體緩沖室內氣壓迅速 升高，位移傳感器和測控單元快速采集此時所述的電動推桿位移值作為被測熔體液面高度“零點”；
(3)氣泡最大壓力的？1檢測在所述的毛細管入水深度不斷增加的過程中，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時檢測所述的電動推桿的位移值并計算毛細管入水的絕對深度，當入水深度達到Ii1時，所述的電動推桿第一次停止下降，微壓傳感器和所述的測控單元檢測氣泡最大壓力P1 ；
(4)氣泡最大壓力P2的檢測所述的電動推桿驅動所述的毛細管繼續下降，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時檢測所述的電動推桿位移并計算所述的毛細管入水絕對深度，當入水深度達到h2時，所述的電動推桿第二次停止下降，數據采集單元檢測氣泡最大壓力P2 ；
(5)求解被測金屬熔體表面張力σ和密度P :所述的電動推桿反向運動將所述的毛細管提出被測熔體，所述的測控單元依據測得的INhptvP1和P2求解被測金屬熔體表面張力σ和密度P。實施例5
上述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，所述的毛細管內半徑r自動檢測是通過所述的測控單元控制所述的氣流開關開通大氣流通道，啟動穩壓氣源并且啟動所述的電動推桿下降，穩壓氣流進入探頭座內的所述的氣體緩沖室后通過所述的毛細管向外排出，因所述的氣體緩沖室內氣體壓力與所述的毛細管內半徑直接相關，即毛細管內半徑愈大，所述的氣體緩沖室內氣體壓力愈小，反之亦然，因此，在所述的毛細管接近金屬熔體的途中即可通過檢測所述的氣體緩沖室內的壓力而準確測得所述的毛細管的內半徑r。實施例6
上述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，所述的被測熔體液面高度“零點”檢測是測得所述的毛細管的內半徑r后，即刻將所述的氣流開關切換至小氣流一側，當所述的毛細管端口接觸被測熔體液面時，因排氣口被封閉會使所述的氣體緩沖室內氣體壓力迅速升高，所述的測控單元將所述的氣體緩沖室內氣壓突然升高時刻h對應位移傳感器記錄的位移值h定義為熔體液面高度“零點”。實施例7
上述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，所述的氣泡最大壓力P1的檢測是在所述的毛細管繼續深入熔體的過程中，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時監測并計算所述的毛細管端口的入水深度，達到預定深度hi時，所述的電動推桿第一次停止運動，氣泡通過所述的毛細管端ロ均勻吹出，所述的微壓傳感器和所述的測控單元記錄所述的氣體緩沖室內氣體壓力隨氣泡生成、長大和脫離而變化的曲線，從ti時刻到t2時刻曲線峰值平均值即為Pi。實施例8
上述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，所述的氣泡最大壓カP2的檢測是從h時刻開始計吋，當毛細管在Ii1深度下吹氣時間滿足要求時，所述的電動推桿繼續驅動毛細管下降，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時監測并計算所述的毛細管端ロ的入水深度，達到預定深度h2時，所述的電動推桿第二次停止運動，吹氣泡以及緩沖室內氣體壓力變化曲線記錄重復步驟(3)所述過程，從セ2時刻開始計時，直至吹氣時間滿足要求后，所述的電動推桿反向運動，所述的毛細管被提離被測熔體，從セ2時刻開始直至毛細管被提起，緩沖室內氣體壓力變化曲線峰值平均值即為P2。實施例9 上述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，求解被測金屬熔體表面張力0和密度P是所述的測控單元依據測得的所述的毛細管內半徑r、二次入水深度比、h2以及對應的氣泡最大壓カP:、P2，通過聯立方程組
P1 = P g h:+ 2 O /r(I)
2= Pgh2+2o/r(2)
即可求得被測熔體表面張カO和密度p。
權利要求
1.一種自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置，其組成包括毛細管，所述的毛細管與微壓傳感器通過內部安裝有氣體緩沖室的探頭座密封連通，穩壓氣源通過軟管經過氣流開關與所述的氣體緩沖室連通，所述的探頭座與測控單元電連接，電動推桿與所述的測控單元電連接，固定在臺架上的位移傳感器與所述的電動推桿電連接，所述的固定臺上安裝有坩堝。
2.根據權利要求I所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置，其特征是所述的微壓傳感器是半導體應變片式或其他形式的高靈敏度微壓傳感器；所述的位移傳感器是高精度位移傳感器，包括電阻式或電感式傳感器；所述的測控單元具有3路以上數據采集及4路以上開關量控制功能。
3.根據權利要求I或2所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置，其特征是所述穩壓氣源通過軟管經所述的氣流開關與所述的氣體緩沖室連通，用以提供吹氣泡用穩壓氣源；所述的電動推桿在測控單元的控制下做伸縮運動，進而驅動所述的探頭座和所述的毛細管上下運動，使所述的毛細管浸入或提離所述的坩堝所盛合金熔體；固定在所述的臺架上的所述的位移傳感器用于實時監測電動推桿位移亦即所述的毛細管所處位置。
4.一種自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，其特征是該方法包括如下步驟 (1)毛細管內半徑r自動檢測打開穩壓氣源開關，穩壓氣體經氣流開關、氣體緩沖室和毛細管向大氣排出，此時通過監測所述的氣體緩沖室壓力間接檢則毛細管內半徑r; (2)被測熔體液面高度“零點”檢測電動推桿驅動毛細管下降，當所述的毛細管端口接觸熔體液面時，所述的氣體緩沖室內氣壓迅速升高，位移傳感器和測控單元快速采集此時所述的電動推桿位移值作為被測熔體液面高度“零點”； (3)氣泡最大壓力的匕檢測在所述的毛細管入水深度不斷增加的過程中，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時檢測所述的電動推桿的位移值并計算毛細管入水的絕對深度，當入水深度達到Ii1時，所述的電動推桿第一次停止下降，微壓傳感器和所述的測控單元檢測氣泡最大壓力P1 ； (4)氣泡最大壓力P2的檢測所述的電動推桿驅動所述的毛細管繼續下降，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時檢測所述的電動推桿位移并計算所述的毛細管入水絕對深度，當入水深度達到h2時，所述的電動推桿第二次停止下降，數據采集單元檢測氣泡最大壓力P2 ； (5)求解被測金屬熔體表面張力σ和密度P :所述的電動推桿反向運動將所述的毛細管提出被測熔體，所述的測控單元依據測得的INhptvP1和P2求解被測金屬熔體表面張力σ和密度P。
5.根據權利要求4所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，其特征是所述的毛細管內半徑r自動檢測是通過所述的測控單元控制所述的氣流開關開通大氣流通道，啟動穩壓氣源并且啟動所述的電動推桿下降，穩壓氣流進入探頭座內的所述的氣體緩沖室后通過所述的毛細管向外排出，因所述的氣體緩沖室內氣體壓力與所述的毛細管內半徑直接相關，即毛細管內半徑愈大，所述的氣體緩沖室內氣體壓力愈小，反之亦然，因此，在所述的毛細管接近金屬熔體的途中即可通過檢測所述的氣體緩沖室內的壓力而準確測得所述的毛細管的內半徑r。
6.根據權利要求4或5所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，其特征是所述的被測熔體液面高度“零點”檢測是測得所述的毛細管的內半徑r后，即刻將所述的氣流開關切換至小氣流一側，當所述的毛細管端口接觸被測熔體液面時，因排氣口被封閉會使所述的氣體緩沖室內氣體壓力迅速升高，所述的測控單元將所述的氣體緩沖室內氣壓突然升高時刻h對應位移傳感器記錄的位移值Iitl定義為熔體液面高度“零點”。
7.根據權利要求4或5或6所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，其特征是所述的氣泡最大壓力P1的檢測是在所述的毛細管繼續深入熔體的過程中，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時監測并計算所述的毛細管端口的入水深度，達到預定深度h時，所述的電動推桿第一次停止運動，氣泡通過所述的毛細管端口均勻吹出，所述的微壓傳感器和所述的測控單元記錄所述的氣體緩沖室內氣體壓力隨氣泡生成、長大和脫離而變化的曲線，從h時刻到t2時刻曲線峰值平均值即為Pp
8.根據權利要求4或5或6或7所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，其特征是所述的氣泡最大壓力P2的檢測是從h時刻開始計時，當毛細管在Ii1深度下吹氣時間滿足要求時，所述的電動推桿繼續驅動毛細管下降，所述的位移傳感器和所述的測控單元實時監測并計算所述的毛細管端口的入水深度，達到預定深度匕時，所述的電動推桿第二次停止運動，吹氣泡以及緩沖室內氣體壓力變化曲線記錄重復步驟(3)所述過程，從t2時刻開始計時，直至吹氣時間滿足要求后，所述的電動推桿反向運動，所述的毛細管被提離被測熔體，從t2時刻開始直至毛細管被提起，緩沖室內氣體壓力變化曲線峰值平均值即為P2。
9.根據權利要求4或5或6或7或8所述的自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的方法，其特征是求解被測金屬熔體表面張力σ和密度P是所述的測控單元依據測得的所述的毛細管內半徑r、二次入水深度以及對應的氣泡最大壓力PpP2,通過聯立方程組 P1 = P g Ii1+ 2 σ /r(I) 2= Pgh2+2o/r(2) 即可求得被測熔體表面張力σ和密度P。
全文摘要
自動檢測毛細管內半徑及插入金屬熔體深度的裝置及方法。傳統檢測毛細管內半徑的方法是采用讀書顯微鏡人工注意測量，不僅檢測周期長，而且無法實現自動化。本產品組成包括毛細管(1)，所述的毛細管與微壓傳感器(3)通過內部安裝有氣體緩沖室的探頭座(2)密封連通，穩壓氣源(7)通過軟管經過氣流開關(5)與所述的氣體緩沖室連通，所述的探頭座與測控單元(8)電連接，電動推桿(6)與所述的測控單元電連接，固定在臺架(10)上的位移傳感器(4)與所述的電動推桿電連接，所述的固定臺上安裝有坩堝(9)。本發明用于二次下降吹泡法檢測金屬熔體表面張力和密度。
文檔編號G01B13/10GK102853788SQ201210368670
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者李大勇, 馬旭梁, 王利華, 石德全, 高桂麗 申請人:哈爾濱理工大學