一种用于铝及铝合金熔体中的定氢装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于铝及铝合金熔体中的定氢装置，由可触控屏幕(1)、数据采集模块(2)、中央控制器(3)、数据储存器(4)、测温传感器(5)、回路电极(6)、定氢探头(7)和标准氢气瓶(8)组成；所述中央控制器(3)分别与可触控屏幕(1)、数据采集模块(2)和数据储存器(4)相连，所述定氢探头(7)分别与数据采集模块(2)和标准氢气瓶(8)相连，所述测温传感器(5)和回路电极(6)分别与数据采集模块(2)相连。还公开了定氢方法。本发明专利技术提供的一种在线、连续或间断检测铝及铝合金熔体中的定氢装置，具有自动测试、自动记录和自动分析计算结果功能，测试精度高。

Hydrogen fixing device and method for aluminium and aluminium alloy melt

The invention discloses a device for measuring hydrogen in molten aluminum and Aluminum Alloy, a touch screen (1), the data acquisition module (2), the central controller (3), data storage (4), a temperature sensor (5), (6), a loop electrode hydrogen probe (7) and standard hydrogen cylinders (8); the central controller (3) respectively and the touch screen (1), the data acquisition module (2) and a data storage device (4) connected to the hydrogen probe (7) respectively and the data acquisition module (2) and (8) standard hydrogen cylinders connected by the temperature sensor (5) and (6) respectively, and the loop electrode data acquisition module (2). A method of hydrogen determination is also disclosed. The invention provides an on-line, continuous or discontinuous detecting device for hydrogen in aluminium and aluminium alloy melt, which has the functions of automatic test, automatic recording and automatic analysis and calculation result, and high testing accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种用于铝及铝合金熔体中的定氢装置及方法
本专利技术涉及一种用于铝及铝合金熔体中的定氢装置及方法，具体属于金属及金属熔体中定氢

技术介绍
氢对铝及铝合金性能的危害非常之大，因氢量过高造成的废品率约占全部铝铸件废品的一半。一般含氢量应<0.1～0.15cm3/100g用于航空航天工业等重要部件的则要求<0.05cm3/100g。氢在铝中的溶解度与其他金属相比虽不大，但在液态铝中和固态铝中的溶解度则有很大差别，可达20:1。因此，铝及其合金在凝固时由于含氢造成诸如力学性能、内部质量大为下降等许多缺陷。氢在铝中不但造成宏观缺陷，而且影响组织结构，对于强度、疲劳、韧性、耐腐、阳极氧化等一系列性能都有影响。目前用于测定铝合金熔体中含氢量的方法己有许多，但往往存在测试精度不够，受夹杂物的影响较大，易误判；或者是精度高，但取样要求也高，测试时间长，难以用于现场检验；又或者是装置对环境要求较高，难以用于生产现场等缺陷。此外，现有的定氢测试装置以Telegas和ASCAN为代表的闭路循环法，虽为在线监测，却属间断测试，测试时间为8-10分钟。因此，研究一种用于铝及铝合金熔体中的定氢装置，测试时间短，能够自动测试和计算结果，显得尤为必要。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于铝及铝合金熔体中的定氢装置，能够快速、准确地自动测试、自动记录和自动计算分析结果，定氢方法步骤简单。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种用于铝及铝合金熔体中的定氢装置，由可触控屏幕、数据采集模块、中央控制器、数据储存器、测温传感器、回路电极、定氢探头和标准氢气瓶组成；所述中央控制器分别与可触控屏幕、数据采集模块和数据储存器相连，所述定氢探头分别与数据采集模块和标准氢气瓶相连，所述测温传感器和回路电极分别与数据采集模块相连。前述用于铝及铝合金熔体中的定氢装置中，定氢探头包括固体电解质管、连接管、电极引线、进气管和排气管，所述固体电解质管开口端与连接管连接；进气管一端连接标准氢气瓶，另一端通过连接管封闭端进入连接管内，并延伸到接近固体电解质管底部内壁；排气管在连接管封闭端或者侧壁处，电极引线一端与固体电解质管底部内壁连接，另一端与数据采集模块相连接。前述用于铝及铝合金熔体中的定氢装置中，固体电解质管为单端开口管，管的内径为4～8mm，厚度为0.8～1.2mm，长度为5～20mm。前述用于铝及铝合金熔体中的定氢装置中，连接管为刚玉管、石英管或陶瓷管；电极引线为镍丝、不锈钢丝、铜丝、铂丝或铂铑丝。前述用于铝及铝合金熔体中的定氢装置中，数据采集模块包括温度采集模块和电压采集模块，温度采集模块与测温传感器相连，电压采集模块分别与定氢探头和回路电极相连。前述用于铝及铝合金熔体中的定氢装置中，可触控屏幕为电容式触控屏或电阻式触控屏；中央控制器为PLC，CPU或单片机；数据储存器为固态类存储器或磁盘类存储器。前述用于铝及铝合金熔体中的定氢装置中，测温传感器为K型镍铬-镍硅热电偶或S型铂铑-铂热电偶；回路电极为金属陶瓷电极、钢丝、铜丝、镍丝、铂丝或铂铑丝。一种采用前述用于铝及铝合金熔体中的定氢装置的定氢方法，包括以下步骤：S1、先将测温传感器、回路电极和定氢探头放置于待测熔体上方低于5cm处进行预热5分钟，同时开启标准氢气瓶，控制氢气流速，作为参比电极；将预热后的测温传感器、回路电极和定氢探头插入待测熔体，开始测试；S2、由回路电极和定氢探头组成的测氢传感器测得数据传输至数据采集模块，同时测温传感器采集温度数据传输至数据采集模块，采集的数据经数据采集模块传输至中央控制器，经中央控制器计算后得到熔体中氢含量。前述用于铝及铝合金熔体中的定氢方法，步骤S1中，控制氢气流速5～50mL/min。前述用于铝及铝合金熔体中的定氢方法，步骤S1中，插入待测熔体中，插入待测金属熔体深度为大于3cm。采用本专利技术中的插入深度范围，测量精度高。本专利技术装置的工作原理是：通过标准氢气瓶向定氢探头中输入氢气作为参比电极；定氢探头插入待测熔体中，由于熔体中氢的浓度与参比电极的氢浓度不同，经定氢探头的固体电解质管将两者的氢浓度差转换为电信号，通过电极引线传输至数据采集模块；同时测温传感器采集温度数据传输至数据采集模块；数据采集模块将采集到的两种数据传输到中央控制器；中央控制器通过如下公式进行计算得到熔体中的氢含量：式中：E为电动势，V；R为气体常数，8.314J/(mol·K)；F为法拉第常数，96500C/mol；T为绝对温度，K；为已知的参比电极标准氢分压，Pa；为铝液或铝合金中待测的氢分压，Pa。图1是本专利技术一种实施例的定氢装置的结构示意图。在进行铝及铝合金熔体的定氢测试前,先点击可触控屏幕上的电源按钮,开启测试装置。在定氢装置开启后,将测温传感器、回路电极和定氢探头放置在熔体上方低于5cm处，预热5分钟。同时开启标准氢气瓶，控制氢气流速，作为参比电极。预热5分钟后，将测温传感器、回路电极和定氢探头同时插入熔体内，点击可触控屏幕上开始测试按钮，开始定氢测试。在测试过程中，熔体与参比电极的氢的浓度差会通过定氢探头转换为电信号，传输至数据采集模块中电压采集模块，同时温度数据经测温传感器采集后传输至数据采集模块中温度采集模块。数据采集模块将采集到的数据传输给中央控制器，经中央控制器计算后，将实时氢含量数据传输给可触控屏幕和数据储存器，分别用于实时显示和储存。在测试开始的10-90s内，系统将达到稳定状态，所得测试结果数据也达到稳定，此时中央控制器计算出的熔体内的氢含量即为最终结果。测试结束后，将测温传感器、回路电极和定氢探头提升离开熔体内部，并置于熔体上方低于5cm处进行冷却。点击可触控屏幕上的电源按钮，关闭测试装置。如果需要进行多次测量，则重复上述过程，其中需保证测温传感器、回路电极和定氢探头在熔体上方低于5cm，可进行下次测量。本申请装置测试过程中不用取样，直接在生产过程中测试，方便、快速、直接是本装置的优点。图2是本专利技术优选采用一种实施例的定氢探头结构示意图。本专利技术的定氢装置中参比电极，采用的是包含有已知浓度标准氢的混合气体，其中氢气的体积浓度为：其余为高纯氩气或高纯氦气。本专利技术的定氢探头包括固体电解质管、连接管、电极引线、进气管和排气管，固体电解质管开口端与连接管连接；进气管一端连接标准氢气瓶，另一端通过连接管封闭端进入连接管内，并延伸到接近固体电解质管底部内壁；排气管在连接管封闭端或者侧壁处，电极引线一端与固体电解质管底部内壁连接，另一端与数据采集模块相连接。测试时，开启标准氢气瓶，标准氢气由进气管进入，由排气管流出，作为参比电极。标准氢参比电极置于定氢探头中，同熔体中氢形成浓差电池，通过固体电解质管将两者的浓度差转换成电信号，经电极引线传输给数据采集模块中的电压采集模块，方便、快捷显示测量数据，提升了测量的精确度。由回路电极和定氢探头组成的测氢传感器可实现在线、直接、快速、连续或间断检测铝和铝合金熔体中的氢，测量灵敏度达到：0.001mLH2/100gAl。固体电解质管材料优选采用ZL2016103258724或ZL2016103271038中的电解质，即电解质通式为CaZr1-x-y-zInxSnyYzO3-a(0.05本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铝及铝合金熔体中的定氢装置，其特征在于：由可触控屏幕(1)、数据采集模块(2)、中央控制器(3)、数据储存器(4)、测温传感器(5)、回路电极(6)、定氢探头(7)和标准氢气瓶(8)组成；所述中央控制器(3)分别与可触控屏幕(1)、数据采集模块(2)和数据储存器(4)相连，所述定氢探头(7)分别与数据采集模块(2)和标准氢气瓶(8)相连，所述测温传感器(5)和回路电极(6)分别与数据采集模块(2)相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于铝及铝合金熔体中的定氢装置，其特征在于：由可触控屏幕(1)、数据采集模块(2)、中央控制器(3)、数据储存器(4)、测温传感器(5)、回路电极(6)、定氢探头(7)和标准氢气瓶(8)组成；所述中央控制器(3)分别与可触控屏幕(1)、数据采集模块(2)和数据储存器(4)相连，所述定氢探头(7)分别与数据采集模块(2)和标准氢气瓶(8)相连，所述测温传感器(5)和回路电极(6)分别与数据采集模块(2)相连。2.根据权利要求1所述的用于铝及铝合金熔体中的定氢装置，其特征在于：所述定氢探头(7)包括固体电解质管(71)、连接管(72)、电极引线(73)、进气管(74)和排气管(75)，所述固体电解质管(71)开口端与连接管(72)连接；进气管(74)一端连接标准氢气瓶(8)，另一端通过连接管(72)封闭端进入连接管(72)内，并延伸到接近固体电解质管(71)底部内壁；排气管(75)在连接管(72)封闭端或者侧壁处，电极引线(73)一端与固体电解质管(71)底部内壁连接，另一端与数据采集模块(2)相连接。3.根据权利要求2所述的用于铝及铝合金熔体中的定氢装置，其特征在于：所述固体电解质管(71)为单端开口管，管的内径为4～8mm，厚度为0.8～1.2mm，长度为5～20mm。4.根据权利要求2所述的用于铝及铝合金熔体中的定氢装置，其特征在于：所述连接管(72)为刚玉管、石英管或陶瓷管；所述电极引线(73)为镍丝、不锈钢丝、铜丝、铂丝或铂铑丝。5.根据权利要求1所述的用于铝及铝合金熔体中的定氢装置，其特征在于：所述数据采集模块(2)包括温度采集模块(21)和电压采集模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：康雪，侯剑峰，王常珍，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21