ZXS_1智能型砂水分计的研制

第19卷第4期总第 74 期1997年8月沈阳工业大学学报Journal of Shenyang Polytechnic U niversityV ol.19 No.4Sum N o.74Aug.1997本文收到日期:1995-11-15 第一作者:女.36.工程师ZXS 1智能型砂水分计的研制张 敏 邱培琪 常 丽(数显所)摘要 对所研制的ZXS1智能型砂水分计的工作原理、技术特性和使用性能进行了详细的叙述。

该仪器10s 内即可准确测出各种湿型砂用原辅材料的水分,并自动显示。

为铸造行业型砂的性能检测和质量管理提供了先进手段。

关键词: 湿型砂;水分;测试仪中图法分类:T G 240 引言型砂水分是影响型砂工艺性能的重要参数之一,它对于保证铸件质量、降低成本和废品率起着重要作用。

目前已有电容法、电感法、中子法、共振法、电阻法等,但上述方法均存在各自的缺点。

如电容法虽具有较高的准确度,但采用的高频信号源易受外界干扰,可测水分范围很窄,只能测粘土湿型回用旧砂或原砂;微波法、中子法及核磁共振法测量精度及范围虽能满足要求,但价格昂贵,不易在工厂推广应用;电感法的操作对测量精度和稳定性影响较大,且需要高频振荡器;电阻法结构较简单,但检测精度低。

此外,国外的水分仪一般只用于在线连续测量和控制型砂水分,而对于其他造型制芯用原辅材料进行间断测量的仪器极为少见[1]。

目前我国绝大多数铸造厂都采用烘干法检测型砂水分。

这种方法测量时间较长,烘箱法需要1h 以上,红外线法也需要10min 以上,难以及时指导现场生产。

因此,针对目前国内外铸造生产状况,有必要继续研制开发新的水分测量仪器,进一步完善水分测控手段。

为此,本文介绍已研制成功的ZXS1智能型砂水分计。

1 ZXS 1智能型砂水分计的构成1.1ZXS 1智能型砂水分计的工作原理湿型砂中,原砂、粘土和煤粉按一定比例混合,加水混碾后,发生水化反应,一部分进入粘土层间形成层间水,一部分被粘土吸附成为具有一定粘结力的结合水,还有一部分为自由水。

其中以自由水形式存在的占绝大多数。

而自由水和弱物理结合水即为导电的媒质。

另外,在电场作用下,粘土、煤粉中存在的电解质将电离出导电离子,一部分被粘土吸附,另一部分游离于自由水中成为导电的媒质。

本仪器采用棒式传感器,其两极采用不同的材质(铝合金、铜)构成原电池。

当传感器的两极与物料接触后,在电场作用下,铝合金锥形头一极失去电子为正极,电极电势低,两极之间存在着一定的电势差,且与自由水中存在的电智能型砂水分计原理框图离出的离子构成回路。

当物料中的含水量越多时,自由水越多,因而游离于自由水中的离子也因而离越多,导电能力越强,两极间电势差值也越大,水分与电势差值间存在着一定的对应关系。

通过测量其电势差值可间接测量出物料中的水分。

传感器采用 15m m 的铜棒和与之配用的铝合金锥形头,同时在铜棒上加装了一铜圆盘限位片。

一方面增加了电极面积,减弱了极化作用,而且在测量时,使型砂具有一定的紧实度,型砂与电极表面能够充分接触,从而提高了测量的稳定性和精度。

传感器简图见图1。

图1 原电池法棒式传感器简图数据处理采用查表方法,解决了各种不同造型材料的水分含量与电势之间的非线性关系。

通过传感器、放大器、模数转换器、单片机系统等,使测量实现了水分直读,仪器达到了数字化、微型化、智能化。

仪器的工作原理框图如图2所示。

60沈 阳 工 业 大 学 学 报 第 19 卷1.2 ZXS1智能水分计的硬件组成智能型砂水分计主要包括传感器、放大器、模数转换器、单片机系统、键盘电路和显示电路。

其中传感器、放大器、模数转换器作为前向通道对信号进行采集和调整。

本水分计共能测试8种配方的水分值。

并能根据物料的来源不同对电势-水分曲线进行校正。

品种的选择和曲线的修正系数都是通过键盘置入的。

键盘还具备清零和测量功能。

单片机系统,选用芯片8031为其扩展了4K的程序存储器。

8种配方的电势-水分曲线就是以表格的形势存放在EPROM中。

单片机作为整个仪器的核心部分,首先将前向通道采集的电压值进行数制变换和数据处理后,作为变址地址存入存储器中。

然后根据键入的品种的种类,确定表的基址地址,以基址加变址作为地址指针进行查表,即可得到电压值对应的水分值,送入显示器进行显示。

本仪器采用的是低功耗的液晶显示器。

与数码管显示电路相比,不仅功耗低,而且与单片机的接口简单,大大节省了口线,适用于交直流两用。

由显示器可直接读到所测水分的百分含量值。

其测量速度仅为10s.1.3 ZXS1智能水分计系统软件设计在整个系统的软件设计过程中,主要考虑以下三点:(1)最大限度地满足用户对灵活性、方便性的要求,每一种操作都有显示作为的提示。

(2)程序模块化、通用化,便于对软件进行继续开发和更新。

(3)程序具有自诊断功能,即可对错误操作进行相应的处理。

2 工艺实验及误差分析2.1 工艺实验分析从测量原理分析可以看出:当待测介质中的成分发生变化时,体系的导电性能发生变化。

因而所测得的电势-水分的关系曲线也将随之发生变化。

实验测定了铸造常用型砂及原辅材料的电势-水分间的关系曲线。

如图3、图4、图5所示。

图3 全用新砂时的型砂水分-电势关系曲线 图4 以旧砂为主的型砂水分-电势关系曲线图5 原砂、膨润土的水分-电势关系水分曲线61第 4 期 张敏等:ZXS1智能型砂水分计的研制其中水分是采用标准法用烘箱和TL-02型分析天平测试得出的。

点间距为0.5%H 2O;V i 是用DT930F 数字万用表测得的。

每次测试5次,去掉最大、最小值后取剩余3次的平均值。

实验中发现:型砂紧实度对测量精度及稳定性影响很大。

原因是型砂紧实度不同,砂粒间的孔隙不同,从而使传感器的电极表面与型砂接触程度不同,测得的电势值不同,其水分值也不同。

经反复试验证明,在棒式传感器上增加一限位片,测量时,将待测物料松散装满试样筒,棒式传感器垂直插入即可。

2.2 误差分析本仪器的测量准确度以测量绝对误差| W |和重复绝对误差表示。

如表1所示。

1号:新砂为20%;旧砂表1 ZX S 1水分计与标准法测量水分结果对比配方号水分计测水分值标准法测水分值| W |重要误差13.37 3.450.080.105.10 5.130.030.206.37 6.650.280.102 3.27 3.280.010.104.53 4.600.070.105.53 5.570.040.107.136.960.170.103 3.53 3.600.070.105.57 5.680.110.107.177.290.120.2040.300.330.031.80 1.700.100.203.933.900.030.1052.23 2.250.020.104.33 4.300.030.105.70 5.730.030.206.27 6.290.020.106 2.47 2.520.050.104.17 4.150.020.105.97 5.890.080.107 2.67 2.700.030.104.03 4.130.100.105.87 5.920.050.206.636.940.310.10注:| W |为测量绝对误差为80%;膨润土为2%;煤粉为2%;碳酸钠为0.1%.2号:新砂为20%;旧砂为80%;膨润土为2.5%;煤粉为3%;碳酸钠为0.1%.3号:新砂为20%;旧砂为80%;膨润土为4.5%;煤粉为3.5%.4号:新砂为100%.5号:新砂为100%;膨润土为6%;煤粉为6%.6号:新砂为100%;膨润土为5%;煤粉为5%.7号:新砂为100%;膨润土为9%;煤粉为6%.由表1可见,本仪器具有很高的测量精度。

常见水分区小于 0.2%,非常见水分区小于 0.3%,并且重复误差较低,小于 0.2%。

3 结论ZXS 1智能型砂水分计具有以下特点:(1)实现了智能化。

它采用查表法处理不同的物料水分含量与被测电压值的非线性关系,具有自动定时,自动显示功能,校正曲线容易的特点。

(2)利用原电池原理设计的传感器灵敏度高,响应速度快。

62沈 阳 工 业 大 学 学 报 第 19 卷(3)系统的稳定性强,可靠性好,精度高。

(4)可采用交、直流两用供电,现场使用方便,操作简单。

参考文献1 冯胜山。

国内外粉粒状造型材料水分测量仪的发展概况。

全国青年铸造科技工作者造型材料研讨会论文集,1992,5~82 李贵成。

互感平衡电桥型砂水分测试法。

铸造,1989,33~38Development of ZXS 1Intelligent Molding Sand Moisture MeterZhang Min ,Qiu Peiqi,Chang Li(Digital Display Research I nst itute)AbstractIn this paper,working principle,technical characteristics and operational performance of ZXS 1Intelligent M olding Sand Moisture Meter are described in detail.This instrument can measure accurately the moisture of all kinds of green molding sand acting as primary assistant m aterial w ithin ten seconds and display automatically.It provides the advanced means for peraformance test and quality control in foundary industry.Key words:green molding sand;moisture;measuring instrument (上接第31面)S tudy on Weldabilities of Steel with Aluminium CoatingGe Jingyan ,Gu Yux i ,Wang Yumei(Shenyang Polytechnic U niversity )AbstractT he research w orks onCr Ni M o alloy series w elding electrode w ere carried out according to requirement of organic characters of steel w ith alum inium coating and constructure production.T he tests of mechanical properties and ox ygen resistence ability proved that the weld joint char acters could satisfy the construction requirment of steel w ith aluminium coating.The research w orks apply some technical conditions for enlarging the applyication of steel w ith aluminium coat ing.Key words:alumimium plated steel;welding material;welding rod63第 4 期 张敏等:ZXS 1智能型砂水分计的研制。