基于氢传感器惰性气体循环法连续测氢技术制造技术

本发明专利技术涉及一种液态金属中氢含量的检测方法。该方法通过微型循环气泵将高纯惰性气体经过管路以及专用的测氢探头送入液态金属中，从而在熔体中产生连续的气泡，液态金属中的氢由此进入气泡中而被携带出熔体外，由测氢探头的收集装置将其收集，并送入取样缓冲器中，经由氢传感器实时连续检测取样缓冲器中气体的氢含量。通过惰性气体的不断循环，当气泡中的氢分压与液态金属中氢分压达到平衡时，取样缓冲器中氢含量亦达到峰值，经换算后可计算出液态金属中初始氢含量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是铸造和冶金领域，具体是提出一种液态金属氢含量连续检测的新方法及装置——基于氢传感器的金属熔体含氢量连续检测方法及装置。
技术介绍
氢在液态金属特别是铝合金熔体中的溶解度要比在固态铝合金中的溶解度大得多，因此，在铝合金熔体凝固过程中，极易析出氢，在不利的凝固条件下，最终将在铸件中形成氢气孔缺陷，大大降低铸件的性能。据报道，因氢含量过高造成的废品率约占全部铝铸件废品的一半。因而，为了更好地控制铝合金铸件质量，必须对浇注前的液态金属氢含量进行检测，并根据不同铸件要求将其含量控制在一定范围内。检测铝合金熔体氢含量的方法多数基于西华特定律，即通过检测铝合金熔体氢分压来计算熔体氢含量。目前应用较多的是惰性气体循环法，主要原理是通过气体循环管路向熔体中吹入惰性气体，由此在熔体中产生的气泡将溶解在熔体中的氢携带出来，通过循环装置收集气泡中的气体并使之在管路中循环，将纯惰性气体和取样器中含氢惰性气体送入热导检测器，根据二者热导率差值的变化计算出惰性气体中的氢分压，当气体中的氢分压不再发生变化时，即认为循环惰性气体与熔体中的氢分压达到平衡，此时计算出来的惰性气体氢分压即为合金熔体中的氢分压。早期基于惰性气体循环法的测氢装置中的气体循环装置管路复杂，惰性气体循环回路和取样测试回路相互独立，靠取样测试回路间断地从惰性气体循环回路中取样测得氢分压，因不能实现连续检测，因而无法实时准确判断循环气体氢分压与熔体氢分压何时达到平衡状态。不仅如此，用于气体热导率测试的热导检测器价格高、易烧损，数据采集由自动平衡记录仪记录，数据处理由人工完成，测试过程操作繁琐、耗时长。因此，简化惰性气体循环及取样方法，提高测氢装置数据采集和处理的自动化程度，提高测氢精度和降低仪器制造成本，无论对于测氢仪器生产厂还是铸件生产企业都具有非常重要的现实意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术采用基于氢传感器的惰性气体循环测氢原理，以氢传感器代替热导检测器，简化惰性气体循环及取样方法，以计算机数据采集代替自动平衡记录仪，达到实时连续检测熔体氢含量的目的。为实现上述目的，设计了如图1所示的基于氢传感器的惰性气体循环连续测氢装置，装置主要由惰性气体循环及取样回路和计算机检测和控制装置两部分组成。惰性气体循环气路流程可分为气源部分和循环及测试部分。气源部分主要由提供惰性气体的氩气瓶、净化和干燥氩气的净化器、分别将气体压力和流量调整到合适值的减压阀和流量计以及控制整个管路气体的气源阀组成。循环及测试部分由提供气体循环动力的循环泵、为氢传感器提供取样气体的取样缓冲器和冲洗阶段排放管路余气的排气阀以及完成循环气体中氢含量测试的氢传感器和气路压力测试的压力传感器组成。循环气路和测试气路相互融合，可通过计算机测试与控制部分连续地对管路气体氢含量进行测试，不仅提高了测试效率和精度，并且整个循环及测试气路结构简单、操作方便、无需人工调整。同时，以氢传感器取代热导检测器，在不降低测试精度的前提下，简化了测试气路，降低了成本，提高了检测装置的实用性。计算机测试与控制部分由控制气源阀、排气阀和循环泵通断的数字量输入输出模块（DI/DO模块）、采集氢气传感器和压力传感器模拟量输入的模拟量采集模块、以及连接计算机与数字量输入输出模块和模拟量采集模块的转换接口模块组成。测试与控制部分采用了模块化设计，力求系统最简化，方便维修。为实现基于氢气传感器的惰性气体循环连续测氢方法，采取如图2所示的流程。(1)调整气源：通过手动调整减压阀及流量计调整管路冲洗气源压力及流量，为管路冲洗做准备；(2)清洗管路：每次测试前，都要对循环管路进行清洗，以保证数据的精确性。在计算机控制下打开气源阀和排气阀，同时计算冲洗时间；(3)循环：冲洗完毕后，将探头缓缓下降至熔体表面，并将探头出口伸入熔体内合适位置，同时，在计算机控制下关闭排气阀，打开循环泵，延时2秒后关闭气源阀，开始循环阶段；(4)测试：由于氢传感器直接接入循环管路中，因此可以实时连续反映管路气体中氢含量的变化，由计算机控制模拟量输入模块实时采集并记录氢传感器数据以及压力传感器数据，在计算机中描绘出实时的时间—氢含量关系曲线；(5)复位：测试完毕后，将探头缓缓升起，同时在计算机控制下关闭循环泵及氩气瓶；(6)计算测试结果：根据稳定(或在设定范围内波动)时的氢气传感器数据以及相应的压力传感器数据计算出循环管路气体的氢分压，此即为熔体氢分压，由此根据西华特定律计算出熔体氢含量。本专利技术有益效果：(l)由于采用氢传感器取代传统惰性气体循环法测氢装置中的热导检测器，不仅节省了购置热导检测器的硬件投入（热导检测器与本专利技术所用氢传感器价格比为4:1），而且大幅降低了相应的循环气路和测试气路的复杂程度。(2)由于将氢传感器直接接入惰性气体循环气路中，采集到的氢传感器数据是惰性气体循环过程中所含气体氢含量的实时数据，可及时判断循环是否达到平衡，避免了传统惰性气体循环法中循环气路与测试气路相互独立，间断取样所带来的平衡状态判断不及时和计算结果不准确的弊端。(3)装置中采用取样缓冲器并以取样缓冲器内气体作为氢传感器测试样本气体，可以避免循环泵对气路冲击所带来的影响，使测试结果更为精确。附图说明图1是基于氢传感器的惰性气体循环连续测氢系统组成示意图图2是惰性气体循环+氢传感器连续测氢流程图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于氢气传感器的惰性气体循环法测氢技术，其特征在于，计算机测控装置与惰性气体循环装置相连，控制惰性气体循环装置的冲洗和测试功能，并用氢传感器实时连续地对循环管路中的气体氢含量进行检测，由计算机测控系统进行换算，计算出液态金属的含氢量。

【技术特征摘要】
1.一种基于氢气传感器的惰性气体循环法测氢技术，其特征在于，计算机测控装置与惰性气体循环装置相连，控制惰性气体循环装置的冲洗和测试功能，并用氢传感器实时连续地对循环管路中的气体氢含量进行检测，由计算机测控系统进行换算，计算出液态金属的含氢量。2.所述的惰性气体循环法测氢技术可以检测高温液态金属中的含氢量，其特征是利用在管路中循环的惰性气体将液态金属中的氢携...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大勇，马旭梁，王利华，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23