專(zhuān)利名稱：一種基于空芯傳感器的鋼材脫碳厚度測(cè)量裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋼材脫碳厚度測(cè)量裝置及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，鋼材要經(jīng)過(guò)一系列的熱處理過(guò)程。熱處理過(guò)程通常要將鋼材 加熱到800-1200°C，此時(shí)材料為奧氏體狀態(tài)。材質(zhì)表面的碳元素由于和氧氣反應(yīng)而減少，這 個(gè)過(guò)程稱為脫碳。由于和氧氣反應(yīng)造成的碳失去速度大于固態(tài)擴(kuò)散過(guò)程對(duì)碳的補(bǔ)償速度， 因此從材質(zhì)的內(nèi)部到表面形成碳含量的梯度。鋼鐵生產(chǎn)廠商在將鋼材交付給用戶前要確保鋼材脫碳厚度的最大限度，因此，脫 碳厚度的估計(jì)在許多關(guān)鍵用鋼中十分重要，例如汽車(chē)輪胎和橋梁用線材鋼等。目前，脫碳厚度的估計(jì)通常是采用破壞性的有損測(cè)試。在樣品準(zhǔn) 備好后，在截面上 進(jìn)行金屬金像觀察法(metallographic observation)，或微硬度法(micro hardness)進(jìn)行 測(cè)量。這些有損測(cè)試方法耗時(shí)耗力，不能快速給出測(cè)量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上提到現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的提出一種利用電磁方法 測(cè)量脫碳厚度的裝置。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種基于空芯傳感器的鋼材脫碳厚度測(cè)量裝置，用于測(cè)量圓柱形鋼材脫碳厚度， 包括空芯傳感器、電感測(cè)量?jī)x和上位計(jì)算機(jī)，所述的空芯傳感器由在一個(gè)環(huán)形空芯上繞制 線圈的方式制成，空芯的內(nèi)徑大于待測(cè)圓柱形鋼材的外徑，用于放置待測(cè)圓柱形鋼材，線圈 的兩個(gè)接線端與電感測(cè)量?jī)x的輸入端相連，電感測(cè)量?jī)x用于測(cè)量空芯傳感器的電感值，其 測(cè)量的電感值被送入計(jì)算單元，由上位計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的電感值以及該值和脫碳厚度成正 比的關(guān)系計(jì)算置于空芯傳感器內(nèi)的待測(cè)圓柱形鋼材的脫碳厚度。作為優(yōu)選實(shí)施方式，空芯的長(zhǎng)度為50mm，直徑為IOmm ；線圈的繞線匝數(shù)介于3-200 之間；繞線的直徑在0. Imm-IOmm之間。本發(fā)明同時(shí)提供一種上述測(cè)量裝置測(cè)量圓柱形鋼材脫碳厚度的方法，包括下列步 驟(1)空芯傳感器套在待測(cè)圓柱形鋼材上；(2)由電感測(cè)量?jī)x測(cè)量的電感值被送入上位計(jì)算機(jī)；(3)由上位計(jì)算機(jī)根據(jù)電感值與脫碳厚度的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，得出被測(cè)鋼材的脫碳 厚度c = L/k，其中，c表示脫碳厚度，L表示電感值，k為經(jīng)驗(yàn)線性系數(shù)，由以往實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)定。與現(xiàn)有的破壞性的有損測(cè)試和無(wú)損測(cè)量方法相比，本發(fā)明采用了電磁式的空芯傳 感器，有效改進(jìn)了這些有損測(cè)試方法耗時(shí)耗力，不能為在線測(cè)量所用的缺點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的基于空芯傳感器系統(tǒng)裝置原理圖；圖2是線材加熱冷卻后外部為高導(dǎo)磁的鐵素體，中心為低導(dǎo)磁的奧氏體的示意圖；圖3是脫碳樣本為0. 8%的碳鋼樣品不同的脫碳層厚度與電感的測(cè)量值的關(guān)系 圖。具體實(shí)施方法圖1是按照本發(fā)明實(shí)施的一種基于空芯傳感器的鋼材脫碳厚度系統(tǒng)裝置原理圖。 它由空芯傳感器、電感測(cè)量?jī)x和上位計(jì)算機(jī)三個(gè)主要部分構(gòu)成。圓柱形空芯傳感器長(zhǎng)度為 50mm、直徑為10mm。繞線匝數(shù)可以介于3-200 ；繞線的直徑可以在0. Imm-IOmm之間。電感 測(cè)量?jī)x可以使用商用的阻抗分析儀(例如安捷倫4284等)；測(cè)量時(shí)，將其套在被測(cè)鋼材的 外部，利用多頻電感測(cè)量?jī)x對(duì)傳感器的電感進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)USB數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)導(dǎo)入上位計(jì) 算機(jī)，電感的測(cè)量值和脫碳的厚度成正比，從而通過(guò)上位計(jì)算機(jī)計(jì)算出脫碳厚度。圖2是線材加熱冷卻后外部為高導(dǎo)磁的鐵素體，中心為低導(dǎo)磁的奧氏體的示意 圖。圖3是電感的測(cè)量值和脫碳厚度的關(guān)系，對(duì)于不同碳含量的鋼材可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)或有限 元仿真得到傳感器的電感值與脫碳厚度的線性系數(shù)k，從而根據(jù)電感測(cè)量值即可得到其對(duì) 應(yīng)的鋼材的脫碳厚度。本發(fā)明的空芯傳感器測(cè)量裝置，傳感器可以由3-200條絕緣導(dǎo)線組成；導(dǎo)線的直 徑為 0. Imm-IOmm0測(cè)量方法具體包括以下步驟(1)將圓柱形空芯傳感器套在被測(cè)的鋼材上；(2)對(duì)傳感器的電感值進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，得到測(cè)量數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)電感值與脫碳厚度的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，得出被測(cè)鋼材的脫碳厚度c = L/k ； 其中c表示脫碳厚度，L表示電感值，k為經(jīng)驗(yàn)線性系數(shù)，由以往實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得。
權(quán)利要求
一種基于空芯傳感器的鋼材脫碳厚度測(cè)量裝置，用于測(cè)量圓柱形鋼材脫碳厚度，包括空芯傳感器、電感測(cè)量?jī)x和上位計(jì)算機(jī)，所述的空芯傳感器由在一個(gè)環(huán)形空芯上繞制線圈的方式制成，空芯的內(nèi)徑大于待測(cè)圓柱形鋼材的外徑，用于放置待測(cè)圓柱形鋼材，線圈的兩個(gè)接線端與電感測(cè)量?jī)x的輸入端相連，電感測(cè)量?jī)x用于測(cè)量空芯傳感器的電感值，其測(cè)量的電感值被送入計(jì)算單元，由上位計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的電感值以及該值和脫碳厚度成正比的關(guān)系計(jì)算置于空芯傳感器內(nèi)的待測(cè)圓柱形鋼材的脫碳厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空芯傳感器的鋼材脫碳厚度測(cè)量裝置，其特征在于，所 述的空芯的長(zhǎng)度為50mm，直徑為10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于空芯傳感器的鋼材脫碳厚度測(cè)量裝置，其特征在于，所 述的線圈的繞線匝數(shù)介于3-200之間；繞線的直徑在0. Imm-lOmm之間。
4.一種采用權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置測(cè)量圓柱形鋼材脫碳厚度的方法，包括下列步驟(1)空芯傳感器套在待測(cè)圓柱形鋼材上；(2)由電感測(cè)量?jī)x測(cè)量的電感值被送入上位計(jì)算機(jī)；(3)由上位計(jì)算機(jī)根據(jù)電感值與脫碳厚度的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，得出被測(cè)鋼材的脫碳厚度 c = L/k，其中，c表示脫碳厚度，L表示電感值，k為經(jīng)驗(yàn)線性系數(shù)，由以往實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)定。
全文摘要
本發(fā)明屬于電磁傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于空芯傳感器的鋼材脫碳厚度測(cè)量裝置，包括空芯傳感器、電感測(cè)量?jī)x和上位計(jì)算機(jī)，空芯傳感器由在一個(gè)環(huán)形空芯上繞制線圈的方式制成，空芯的內(nèi)徑大于待測(cè)圓柱形鋼材的外徑，用于放置待測(cè)圓柱形鋼材，線圈的兩個(gè)接線端與電感測(cè)量?jī)x的輸入端相連，電感測(cè)量?jī)x用于測(cè)量空芯傳感器的電感值，其測(cè)量的電感值被送入計(jì)算單元，由上位計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入的電感值以及該值和脫碳厚度成正比的關(guān)系計(jì)算置于空芯傳感器內(nèi)的待測(cè)圓柱形鋼材的脫碳厚度。本發(fā)明同時(shí)提供一種上述測(cè)量裝置測(cè)量圓柱形鋼材脫碳厚度的方法。與現(xiàn)有的破壞性的有損測(cè)試和無(wú)損測(cè)量方法相比，本發(fā)明采用了電磁式的空芯傳感器，有效改進(jìn)了這些有損測(cè)試方法耗時(shí)耗力，不能為在線測(cè)量所用的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B7/06GK101832751SQ201010195119
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者尹武良, 王奔 申請(qǐng)人:天津大學(xué)