專利名稱：鐵水成分分析儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及是一種用于鑄造廠在鑄鐵熔煉生產(chǎn)時，對鐵水成分進行快速測定的分析儀器。
背景技術：
在鑄造生產(chǎn)中，對鑄造合金熔體的主要化學成分進行現(xiàn)場快速、準確的測定，是對鑄件質(zhì)量進行控制的重要環(huán)節(jié)。對金屬成分進行測定的技術主要有化學分析、光譜分析、能譜分析、X射線衍射分析和熱分析等。但從對生產(chǎn)現(xiàn)場有指導意義的在線即測的角度出發(fā)，利用熱分析技術快速測定成分是最適用于鑄造工藝質(zhì)量監(jiān)控的一種方法。熱分析技術是建立在統(tǒng)計學原理基礎上的成分測定方法。熱分析方法的計算模型建立在金屬凝固原理的基礎上。液態(tài)合金在冷卻過程中所發(fā)生的相變(包括初晶析出的液相轉(zhuǎn)變和共晶結(jié)晶轉(zhuǎn)變)，都伴有熱量的釋放或吸收，從而使合金試樣溫度變化的連續(xù)性受到破壞，顯出溫度特征值。根據(jù)這些特征值，便可確定鑄鐵的成分。
現(xiàn)有技術中，采用熱分析方法對鑄鐵熔煉的鐵水進行成分分析的儀器，一般價格都很昂貴，測試的時間又較長，這增加了操作人員的勞動強度，這些因素對國內(nèi)眾多中小型鑄造企業(yè)，在對爐前質(zhì)量的控制造成一定障礙。另外，有些采用熱分析技術，在對鐵水成分進行分析時，用硬件來合溫度-MV的換算曲線，受設備影響，它不能做到完全符合曲線標準，這造成分析儀精確度不夠理想。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術問題是提供一種快速在線即測的、對測試數(shù)據(jù)識別、判斷能力強、成本低的鐵水成分分析儀。
為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案鐵水成分分析儀包括溫度傳感器、測溫模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤模塊、顯示器、打印機、中央處理器。溫度傳感器將測量的溫度信號送測溫模塊，測溫模塊向A/D轉(zhuǎn)換器送出經(jīng)放大后的溫差電勢；測溫模塊還向中央處理器發(fā)出斷偶信號；A/D轉(zhuǎn)換器將溫度信號轉(zhuǎn)換后送中央處理器并和中央處理器互換數(shù)據(jù)；鍵盤接收用戶的輸入信息，傳送給中央處理器；顯示器顯示中央處理器送來的命令并和中央處理器進行數(shù)據(jù)互換，打印機接收中央處理器指令，打印出測試結(jié)果；中央處理器包括單片機、鎖存器、外置內(nèi)存、地址譯碼器、看門狗電路。單片機將A/D轉(zhuǎn)換器送來的溫度信號按鍵盤設置命令進行比較、識別、判斷后通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與其它模塊相聯(lián)系。外置內(nèi)存、鎖存器存貯單片機的信息，和單片機互換，看門狗電路具有手、電復位功能。還包括一個由芯片MAX487組成的接口轉(zhuǎn)換電路，MAX487的2、3腳相連，1、2、4腳接單片機的串口輸出，6、7腳并接電阻后產(chǎn)生成485總線的差分輸出。單片機內(nèi)預置了一個K型熱電偶電勢值-溫度值對照表，該表是1攝氏度的分度間隔。
本實用新型鐵水成分分析儀具有測試的速度快、微處理器對異常曲線識別和判斷的正確率高、結(jié)構(gòu)簡單、價格低，適合各中小型鑄造企業(yè)在鑄鐵熔煉爐前對原鐵水成分的分析用。


圖1是鐵水成分分析儀原理方框圖。
圖2是鐵水成分分析儀電路原理圖。
圖3是本實用新型主體程序流程圖。
1、溫度傳感器；2、測溫模塊；3、A/D轉(zhuǎn)換器；4、顯示器；5、鍵盤模塊；6、打印機；7、中央處理器。
具體實施方式
本儀器采用K型熱電偶作為溫度傳感器預置于測試樣杯中，當適量的原鐵水澆入樣杯中后，該溫度傳感器則連續(xù)感應出熱電勢，對此熱電勢的測量即可獲得原鐵水的冷凝溫度曲線。保持每0.5秒一次的溫度采樣頻率直到要求的兩個溫度平臺已經(jīng)出現(xiàn)或者低于某個預值的溫度值時結(jié)束。
測溫模塊中利用Analog公司專用的自帶冷端補償和精密放大的集成芯片AD595進行冷端補償和溫度信號放大并具有斷偶信號的報警功能。
A/D轉(zhuǎn)換器采用Max197。
顯示器采用一塊128×64的點陣液晶作為顯示元件，J1是顯示器接口。
打印機采用CENTRONICS標準兼容的并口方式，配接40點的微型窄行打印機，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的打印輸出，J2是打印機標準接口。
鍵盤模塊由鍵盤和芯片組成，采用4×4的16鍵盤，集成芯片為74LS245，通過4根數(shù)據(jù)總線和4根單片機的口線形成了4×4的16鍵鍵盤，實現(xiàn)儀器的設置輸入功能。
單片機采用89c58，在單片機內(nèi)置的只讀存儲器中預置了一個K型熱電偶的分度表(熱電偶電勢值-溫度值對照表)。在A/D采樣到一個值之后將之換算到其對應的熱電偶電勢值表示，再通過查表得到該值對應的溫度值。并采用了1攝氏度間隔的分度表，并在查表時毫伏值位于兩個分度表項間時采用插值的方法近似，使得溫度測試的精度可以提高。
鎖存器采用74HC373。RAM采用62256，由于溫度測試要求從原鐵水進入樣杯后即開始，采樣持續(xù)保持每0.5秒一次的溫度采樣頻率直到要求的兩個溫度平臺已經(jīng)出現(xiàn)或者低于某個預值的溫度值時結(jié)束。因此在單片機外圍擴充了一定量的隨機存儲器?？撮T狗電路采用Max813。地址譯碼通過可編程邏輯器件(CPLD)來完成，芯片型號是GAL16v8。
采用集成芯片Max487實現(xiàn)485串行總線規(guī)范，達到了單片機232總線的串口輸出向485串行接口的轉(zhuǎn)換，利用485接口的差分輸出特性進行串行長距離數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離可達1km。
為了提高數(shù)據(jù)處理的效率和降低分析所需要的時間，設計單片機程序時采用了如下的算法實現(xiàn)測量過程中以及測試結(jié)束后的數(shù)據(jù)計算。
1、每點采集之后，總是對連續(xù)四個點對其相臨兩點求均值，進一步消除數(shù)值噪聲，使測試數(shù)值變化更加平滑；2、求得的三個平均值相臨的兩兩間差值對應的是兩溫度均值間的變化的梯度，當該三個梯度值均小于一個預設置的接近于0的溫度值時，可認為此時溫度處于一個平臺之上。
3、過在每點采集之后利用1、2的算法判斷出是否在平臺上，如果累計已經(jīng)有兩個平臺被發(fā)現(xiàn)了，則立即停止溫度采樣。這樣可以有效地縮短測試所需要的實際時間；4、已經(jīng)初步發(fā)現(xiàn)兩個平臺，或者即使在測試過程中尚未發(fā)現(xiàn)兩個平臺，在采樣結(jié)束后均執(zhí)行一個統(tǒng)一的平臺掃描程序從而獲得準確的平臺溫度值。
具體線路連接傳感器預置于測試樣杯中，AD595的1、14腳接熱電偶的(+)、(-)極，9腳將所測信號接Max197的23腳，12腳將斷偶信號經(jīng)光耦隔離接89c58的13腳。Max197的7～14腳接62256的19、18、17、16、15、13、12、11腳，接74HC373的18、17、14、13、8、7、4、3腳，接89c58的32～39腳，接74LS245的9、8、7、6腳，接打印機標準接口17、15、13、11、9、7、5、3、腳，接顯示器接口14～7腳；Max197的24腳輸出接89c58的12腳，5、2腳接GAL16v8的12、13腳。62256的21、23、24、25、26、1、2、3腳接74HC373的2、3、6、9、12、15、16、19腳；4～10腳接89c58的21～27腳，接GAL16v8的3、4、5、6、7、8、9、11腳。74HC373的11腳接89c58的30腳。89c58的串口輸出10、11腳接Max487的1、4，控制線4腳接Max487的2腳，Max487的2和3腳相連，6、7腳是輸出。89c58的1腳向Max813的7腳發(fā)出的信號，9腳接收Max813的6腳發(fā)出的信號，Max813的1、2腳之間接有手動復位開關K。89c58的讀寫控制16、17腳和Max197的3、4腳，62256的21、22腳，顯示器接口的4、5腳，GAL16v8的1、2腳連接；89c58的13、15腳接顯示器接口J1的6、17腳；14、2、3腳接打印機標準接口J2的1、19、2腳。GAL16v8的15、16腳接顯示器接口J1的15、16腳。89c58的5、6、7、8腳接4×4鍵盤1～4腳。74LS245的14、13、12、11腳接4×4鍵盤5～8腳，19腳接GAL16v8的18腳。
鐵水成分分析儀軟件部分的主體程序儀器初始化之后定時0.5秒檢測溫度，檢測溫度的算法采用如前所述的熱電偶溫度值線性化查表的方法和抑制干擾的數(shù)字濾波算法。如果檢測尚未開始則判斷當前測得溫度是否大于1100℃(將1100℃作為測試開始的標志溫度)，如果小于該溫度，則繼續(xù)測溫度。如果大于該溫度，則開始一次測試并執(zhí)行在線分析算法。如果檢測已經(jīng)開始，則判斷溫度是否小于1150℃(將1150℃作為測試結(jié)束標志溫度)，如果小于1150℃時表明一次檢測結(jié)束了，執(zhí)行分析和計算模塊并結(jié)束一次測試。如果檢測已經(jīng)開始，但當前溫度仍大于1150℃，此時表明檢測過程仍在繼續(xù)，則反復執(zhí)行在線分析，并執(zhí)行定時檢測溫度的過程直到在線分析結(jié)果表明原鐵水的冷卻曲線的在線分析已經(jīng)找到了足夠的特征溫度值了，此時立刻結(jié)束(不再等待溫度小于1150℃)，程序轉(zhuǎn)而執(zhí)行分析和計算過程直至一次檢測結(jié)束。
權利要求1.鐵水成分分析儀，包括溫度傳感器、測溫模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤模塊、顯示器、打印機、中央處理器，其特征溫度傳感器將溫度信號接測溫模塊，測溫模塊向A/D轉(zhuǎn)換器送放大后的溫差電勢、測溫模塊還向中央處理器發(fā)出斷偶信號，A/D轉(zhuǎn)換器將溫度信號轉(zhuǎn)換后送中央處理器并和中央處理器互換數(shù)據(jù)；鍵盤接收用戶的輸入信息，傳送給中央處理器；顯示器顯示中央處理器送來的命令并和中央處理器進行數(shù)據(jù)互換，打印機接收中央處理器指令，打印出測試結(jié)果；中央處理器包括單片機、鎖存器、外置內(nèi)存、地址譯碼器、看門狗電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的鐵水成分分析儀，其特征還包括一個由芯片MAX487組成的接口轉(zhuǎn)換電路；MAX487的2、3腳相連，1、4腳接單片機的串口輸出，2腳接單片機的控制，6、7腳并接電阻后產(chǎn)生成485總線的差分輸出。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的鐵水成分分析儀，其特征單片機內(nèi)預置了一個K型熱電偶電勢值-溫度值對照表。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的鐵水成分分析儀，其特征熱電偶電勢值-溫度值對照表的分度表是1攝氏度間隔的分度表。
專利摘要本實用新型涉及在鑄鐵熔煉生產(chǎn)時，對鐵水成分進行快速測定的鐵水成分分析儀，其特征溫度傳感器將溫度信號接測溫模塊，測溫模塊向A/D轉(zhuǎn)換器送出經(jīng)放大后的溫差電勢、測溫模塊還向中央處理器發(fā)出斷偶信號，A/D轉(zhuǎn)換器向中央處理器傳送溫度信號并和中央處理器互換；鍵盤模塊將用戶輸入的信息，傳送給中央處理器；顯示模塊顯示中央處理器送來的數(shù)碼信息并和中央處理器進行數(shù)據(jù)互換；打印機接收中央處理器指令、打印出測試結(jié)果；中央處理器包括單片機、鎖存器、外置內(nèi)存、地址譯碼器。
文檔編號G01N25/68GK2731447SQ200420080128
公開日2005年10月5日 申請日期2004年10月11日 優(yōu)先權日2004年10月11日
發(fā)明者戴挺, 董寅生, 許映秋, 徐隨山 申請人:南京華欣分析儀器制造有限公司