Устройство для определения содержания углерода в жидком металле Советский патент 1987 года по МПК G01N25/06 

ты подключены дифференциально. Выходной с прибора 14 через преобразовательный блок 15 поступает на входы компаратора 16, интегратора 20, дифференциатора 21 и пикового детектора 22, сигналы с которых запоминаются в блоке 23 памяти и передаются на блок 24 соотношения. В блоке 23 памяти фиксируются площади пиков 36 и 37 с интегратора 20, Отношение этих площадей, определяемое в блоке 24, пропорционально содержанию углерода в пробе и фиксируется на цифровом табло 25. Дифференциатором 21 при

Изобретение относится к термографическим измерениям в черной металлургии, а именно к контролю примесей в жидком металле.

Цель изобретения - повышение точ- ности измерения.

На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 - график зависимостей соотношения площадей пиков на диаг- рамме от концентрации углерода; на фиг. график записи дифференциальной кривой термограммы; на фиг.4 - схема электрическая принципиальная первого компаратора, счетчика импульсов и дешифратора , на фиг. 5 - схема элек- трическая функциональная блока соотношения, второго компаратора и второго коммутатора , на фиг. 6 - совме-. щенная временная диаграмма работы элементов устройства.

Устройство содержит зонд 1 с установленным на его торце пробоотборником 2 с отверстиями 3 и 4, закры- ,тыми легкоплавким материалом 5 и 6, а также дополнительную полость 7 с эталоном 8 сплава железоуглерод. Про- боотборная полость загерметизирована сверху прозрачным материалом 9. Внутри зонда 1 установлены два фотоэлемента 10 и 11 каждый с оптическим увеличителем 12 и 13, свизированным на поверхность отобранной пробы в по лости пробоотборника 2 и эталон 8 в дополнительной полости 7. Фотоэлементы 10 и 11 включены дифференциально.

К выходу вторичного прибора 14 подключены последовательно преобразоопределении содержания углерода вносится поправка, пропорциональная величине рассогласования скоростей охлаждения жидкого металла пробы и эталона. Для определения содержания углерода в диапазоне 0,2 - 0,5% используется пиковьш детектор 22, который фиксирует амплитуду пиков 36 и 37 и через коммутирующие цепи 32 и 33 передает их на блок 23 памяти, из которого они поступают на блок 24 соотнощения, в котором по отношению амплитуд определяется концентрация углерода. 6 ил.

вательный блок 15, первый компаратор 16, счетчик 17 импульсов, дешифратор 18, коммутатор 19. К выходу преобразовательного блока 15 подключены интегратор 20, дифференциатор 21, пиковый детектор 22.

Два входа блока 23 памяти подключены к выходу интегратора 20, один вход блока 23 памяти - к выходу дифференциатора 21, выход пикового детектора 22 подключен к двум другим входам блока 23 памяти. Пять вькодов блока 23 памяти подключены fc входу блока 24 соотнощения с цифровым табло 25. К одному выходу блока 24 соотношения подключены последовательно второй компаратор 26, второй коммутатор 27. На схеме показаны коммутирующие цепи 28-33 коммутатора 19 и коммутирующая цепь 34 второго коммутатора 27.

В качестве вторичного прибора 14 может использоваться самописец КСП-4. Преобразовательный блок 15 может быть выполнен по схеме неинвертирующего усилителя. Схема электрическая принципиальная первого компаратора 16, счетчика 17 импульсов и дешифратора 18 приведена на фиг.4. В качестве коммутатора могут быть использованы герконовые реле ГЭС 44, подключенные к выходам дешифратора 18.

Блок 23 памяти состоит из пяти ячеек памяти, входы и выходы которых соответствуют входам и выходам блока памяти. Ячейки памяти могут быть выполнены по схеме неинвертирующего

устройства выборки и хранения. Блок 24 соотношения (фиг.5) состоит из двух делителей напряжения, вьшолнен- ных на аналоговых перемножителях 525ПС2 в режиме деления, и неинвертирующего сумматора.

На вход X первого делителя поступает сигнал интегратора, на выходы 1,0 и 0,1 сумматора - сигналы соответственно интегратора и дифференциатора. На второй делитель подаются сигналы пикового детектора.

На сдвоенном компараторе напряжения 521СА1 (фиг.5) выполнен второй компаратор 26. В качестве второго коммутатора 27 может быть использовано герконовое реле, например РЭС 55. Цифровое табло может быть выполнено на аналого-цифровом преобразователе в семисегментный код 572ПВ2 и семи- сегментных индикаторах 521АЛС или 524АЛС.Устройство работает следующим образом.

При погружении зонда 1 в жидкий металл в полость затекает проба жидкого металла, а эталон 8 в полости 7 расплавляется под влиянием высокой температуры окружающего расплава.

При поднятии зонда 1 над уровнем расплава проба и эталон, охлаждаясь, кристаллизуются. При этом первой кристаллизуется проба,, а затем эталон. Для этого эталонный сплав подбирают с содержанием углерода более 1,5-2%.

При охлаждении пробы и эталона до температуры фазового превращения первой из них на диаграмме вторичного прибора 14 записывается кривая охлаждения в виде нулевой линии 35 (фиг,1), так как выходной сигнал дифференциально включенных фотоэлементов 10 и 11 в этот момент времени равен нулю.

При достижении температуры кристаллизации в пробе жидкого металла в полости вьщеляется скрытая теплота кристаллизации. На вторичном приборе 14 в этот момент фиксируется пик 36, площадь которого характеризует количество выделившейся скрытой тепло- Tjbi кристаллизации пробы жидкого металла в полости.

Таким образом, площади пиков 36 и 37 характеризуют количественно величины теплрт, выделяющихся при кристаллизации соответственно пробы и

0

5

0

эталона. По соотношению площадей, образуемых пиками 36 и 37, определяют концентрацию углерода, как видно из фиг.2, где показана зависимость величин соотношений площадей пиков 36 и 37 от концентрации углерода в пробе жидкого металла.

Выходной сигнал с вторичного щж- бора 14 поступает на преобразовательный блок 15 и далее на первый ком- -j паратор 16, интегратор 20, дифференциатор 21 и пиковый детектор 22. Первый компаратор 16 фиксирует начало и конец поступающих на его вход пиков. На его выходе появляются скачкообразные импульсы, которые отсчитывает счетчик 17 импульсов. К счетчику 17 импульсов подсоединен дешифратор 18, включающий после соответствующего отсчета коммутатор 19 и его коммутирующие цепи.

Коммутирующая цепь 28 подключает интегратор 20 к вторичному прибору 5 14 через цреобразовательный блок 15 в начале пиков 36 и 37 и отключает его в конце этих пиков. Таким образом, интегратор периодически фиксирует величины площадей этих пиков и через коммутирующие цепи 29 и 30 передает их на блок 23 памяти.

Два сигнала, пропорциональные площадям пиков 36 и 37, из блока памяти поступают в канал измерения соотношения площадей пиков блока 24 соотношения, выход которого через коммутирующую цепь 34 второго коммутатора 27 подключен к цифровому табло 25, где фиксируется цифра, выражающая величину концентрации углерода.

В устройстве предусмотрены контакты реле коммутатора 19 (фиг.4), находящиеся в цепи разряда интегрирующей емкости интегратора. Контакты замкнуты на время до и после интегрирования пиков напряжения.

Для точного измерения соотношения величин площадей пиков 36 и 37, пропорциональных теплотам, выделяющимся при фазовых переходах, необходимо, чтобы жидкий металл пробы и эталон 8 охлаждались с одинаковой скоростью. Для этого в устройстве предусмотрена коммутирующая цепь 31, подключающая в соответствующий моент времени дифференциатор 21 к блоку 23 памяти и далее к каналу измерения соотношения площадей пиков блока 24 соотношения. По этой цепи проходит корректирующий

0

5

0

5

0

5

сигнал от дифференциатора на блок соотношения. Этот сигнал пропорционален величине рассогласования скоростей охлаждения жидкого металла пробы и эталона.

Величина рассогласования скоростей охлаждения пробы и эталона на диаграмме вторичного прибора выражается углом между нулевой линией 35 и.горизонталью (или вертикалью). На фиг.2 видно, что в блоке соотношения корректируется измерение соотношения S.g/Sj по кривым рассогласования

V - V . 15 В диапазоне концентраций углеро-

да 0,2 - 0,5% величина вьщеляющейся- теплоты кристаллизации практически не изменяется. Следовательно площад йика 36, характеризующая количество вьщелившейся скрытой теплоты кристап- лизации пробы, в диапазоне концентрации углерода 0,2 - 0,5% практически постоянна и точность измерения содержания углерода низка.

Для определения концентрации уг- лерода в этом диапазоне в устройстве используется пиковьй детектор 22, подключаемьш коммутирующими цепями 32 и 33 к блоку 23 памяти и далее к блоку соотношения.

Вьщеление теплоты кристаллизации происходит неравномерно В течение всего отрезка времени, пока проба жидкого железоуглеродистого сплава не затвердеет. Для каждой концентра- ции углерода изменение скорости выделения теплоты кристаллиз ации величина определенная. Следовательно, арочные кривые, характеризующие изменение скорости выделения теплоты кри- сталлизации, имею7 различную кривизну. Отсюда, как видно из фиг.З, для различных концентраций углерода в диапазоне - 0,5% при равенсте площадей S S, амплитуды пиков А , А, AJ различны.

Таким образом, пиковый детектор 22 фиксирует амплитуду пиков 36 и 37 и через коммутирующие цепи 32 и 33 передает на блок 23 памяти. Два с иг- нала, пропорциональные амплитудам пиков 36 и 37, из,блока памяти поступают в канал измерения соотношения амплитуд пиков блока 24 соотношения, в котором по соотношению амплитуд пиков пробы и эталона определяется концентрация углерода.

К выходу канала измерения соотнот- шения площадей пиков блока 24 соотношения подключен второй компаратор 26 с вторым коммутатором 27, включающимся в процессе и;жерения, если величина измеренного н блоке 24 соотношения площадей пиков 36 и 37 соответствует концентрации углерода 0,2 - 0,5%. При этом коммутирующая цепь 34 второго коммутатора 27 отключает кйнал измерения соотношения площадей пиков 36 и 37 блока 24 соотношения от цифрового табло 25 и подключает к нему канал измерения соотношения амплитуд пика.

Искомая величина концентрации углерода фиксируется на цифровом табло 25.

Применение Е устройстве пикового детектора 22 и компароторов 16 и 26 позволяет повысить точность измерения концентрацрги углерода в диапазоне 0,2 - 0,5%, ЯВХ1ЯЮ1ЦИМСЯ весьма важным для большинства выплавляемых марок

стали.

I ,

Формула изобретения,

Устройство для определения свдер- жания углерода в жидком металле, содержащее водоохлаждаемый зонд, на торце которого установлен пробоотборник с пробоотборной и дополнительной полостями, с фотоэлементами внутри зонда, причем в дополнительной полости помещен эталон из сплава железо- углерод, а пробоотборная полость герметизирована, сверху прозрачным материалом и на ее боковой поверхности на разных уровнях выполнены отверстия, закрытие легкоплавким материалом, два дифференциально включенных фотоэлемента соединены с вторичным прибором, который соединен с преобразовательным блоком, и последовательном соединенные счетчик импульсов, дешифратор, коммутатор, а также дифференциатор, интегратор, блок памяти, блок соотношения, цифровое табло, причрм выход преобразовательного блока подсоединен к дифференциатору, через коммутирующие цепи коммутатора вход интегратора подсоединен к выходу преобразовательного блока, один вход блока памяти - к выхо- ду дифференциатора, два других входа - к выходу интегратора, все выходы блока памяти - к блоку соотношения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено пиковым детектором, двумя компараторами, вторым коммутатором, причем выход преобразонательного блока соединен с входом пикового детектора и первого компаратора, выход которого соединен со счетчиком импульсов, два входа блока памяти через коммутирующие цепи первого коммутатора подсоединены к выходу пикового детектора, первый

13287478

выход блока соотношения последовательно соединен с вторым компаратором, вторым коммутатором, первый и второй выходы блока соотношения че- 5 рез коммутирующую цепь второго коммутатора подсоединены к цифровому табло.

Изобретение относится к устройствам для определения содержания . углерода в жидком металле., Цель изобретения - повышение точности измерения. Сущность изобретения заключается в том, что при погружении зонда 1 в жидкий металл в полость затекает проба жидкого металла, а эталон 8 сплава в полости 7 расплавляется. При поднятии зонда 1 проба и эталон кристаллизуются. Температура кристаллизующегося металла измеряется фото-, элементами 10 и 11 и записьшается на приборе 14, к которому фотоэлемен(Л фиг. 1

Vr

фиг.

l+Js Счетчик SB шту/ibcod

Де1ма(рратор j {(рвлв коп

1 « « „ J/

Jo:„Jr

Фиг.

От б/1ока Г S/JOK со-

1328747

1 Г

Л-

памяти

отношение

х-у

1

)(-У

Второй Kofinapamopл j ,..

Ч.

/г лтдЛ

Л-,

Н±}-/55

Ч.

/г лтдЛ

I.

иг.5

у««|. «

П.Гереши

ZS J} -&к/1Ючаеные цепи .

. 6

Составитель А.Абросимов Техред М.Ходанич

Заказ 3479/47Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор А.Тяско