Устройство для измерения вязкости расплавов металла

(23) Приоритет 6 01 М 11/90 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытийОпубликовано 301261.бюллетень Й 9 48 Дата опубликования описания 301281(54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЯЗКОСТИ РАСПЛАВОВ МЕТАЛЛАИзобретение относится к металлур"гии и литейному производству, в част." ности к устройствам контроля и измерения Физических и термодинаьщческих параметров жидкого состояния распла вов металлов. Процессом затвердева" ния отливки слитка управляют путем скорости изменения вязкости твердо- жидкой Фазы расплава по всему объему формы, изложницы, 10Известно устройство для определения вязкости жидкостей по средней скорости изменения давления газа, находящегося под контролируемой жид" костью, содержащее капилляр, наполнен ный исследуемой жидкостью и источникимпульсов давления 1. Известно также устройство для измерения вязкости жидких сред с по мощью датчика контроля максимального давления в газовом пузырьке, содержащее измерительную камеру и преобразователь со входной и компенсаци" анной камерами, входная камера сое динена с измерительной в форме пневмотрубки, соединенной через дроссель с компенсационной камерой, и снабжена реле давления, соединенным с клапанами впуска и выпуска газа 23 . 39 Наиболее блиэкил к предлагаемому является барботажный вискозиметр, содержащий барботажную трубку, нижний и верхний датчики обнаружения пузырьков газа, связанные между собой генератор и счетчик импульсов, управляемые от датчиков обнаружения пузырьков газа, дифманометр, подключенный к барботажной трубке, блок умножения, вход которого соединен с выходами дифманометра и счетчика импульсов (31 .Однако данное устройство характеризуется недостаточной точностью измерения во всем диапазоне температур для жидкого стекла, составлеющей более 5% от верхнего значения шкалы вторичного прибора. Причиной этого является выполнение измерительной систеьяа на контактных элементах, время срабатывания которых соизмеримо со временем всплывания пузырьков газа в жидком стекле. Другим недостатком известного устройства является регулирование частоты следования пузырьков грубо, от руки, причем установленная частота изменяется по мере погружения капилляра в жидкую среду. При этом увеличивается радиус пузырька, что искажает момент срабатывания верхнего датчика, а это приводит к неточному определению времени всплывания пузырька, необходи" мого для аналитического расчета вязкостиКроме того, устройство не пригодно для замеров в металлических расплавах, так как в момент всплыванияя 5 первого пузырька металл попадает в капилляр, закорачивая контакт нижне- го датчика либо растворяя его при высоких температурах, и система измерения выходит из строя.еЦель изобретения - повышение точности измерения путем обеспечения автоматической подачи импульсов газа с заданной частотой следования пу" зырьков и получение замеров на жидких 15 металлах при достижении хорошей вос-, производимости результатов опыта.Поставленная цель достигается,тем, что устройство дополнительно снабжено задающим и регулируемым геяерато- щ рами частоты сигнала, пропорционального частоте подачи импульсов от натекателя газа, двумя демодуляторами, сумматором, широтно-импульсным модулятором причем выходы задающего и регулируемого генераторов через демодуляторы подключены ко входам сумматора, выход которого через регулятор соединен с приводом открывания клапана натекателя газа, при этом вход регулируемого генераЭО тора через широтно-имйульсный модулятор подключен к выходу диФФеренци ального манометра, который через преобразователь соединен с блоком регистрации.35Яа Фиг. 1 изображена печь с нагревателем; на Фиг. 2 - диаграммная лента записи изменения давления ЬР; на Фиг, 3 - единичный скачок давленияР при Формировании и отрыве га- Щ эового пузырька.от среза капилляра,устройство содержит печь 1 с нагревателем, в которой установлен тигль 2 с расплавом металла 3. Берботажная трубка-капилляр 4 установлена в расп лав на заданную глубину Ь с помощью конусного столикаи подаоедннеяа с одной стороны к системе подачи нейтрального газа (включающей баллон 6 с гелием) через клапан 7 натекателя газа; с другой стороны - к дифманометру 8 с демпФером 9. В систему по- ключен также тарировочный манометр 10. Иа ту же глубину в расплав погружена термопара 11, подключенная к системе регулирования температуры пе ,чи, содержащей регулятор 12, печной трансФорматор 13 и измерительный прибор 14. Задающий (опорный) генератор 15 (ЗГ) с каналом 16 установки зада ния и регулируемый генератор 17 (РГ) щ частоты сигнала, пропорционального частоте всплывания пузырьков в расп лавес через демодуляторы 18 и 19 ,встречно подсоединены выходными ка,налами к сумматору 20, Выход послед. 2него подключен яа вход регулятор1 ю подсоединенного к приводуакинематически связанному с механизмом 23м 3 открывания клапана натекателя газа. Вход регулируемого генератора частоты подсоединен к системепреобразования сигнала, включающейширотно-импульсный модулятор 24 (ШИМ),на вход которого подключены обмоткидиФФеренциально"трансФорматорногопреобразователя диФманометра 8. Замкнутая обратная связь обеспечиваетавтоматическую подачу импульсов газас заданной частотой следования пузырьков, Выход преобразователя подключен также к системе регистрациидавления в газовом пузырьке, включающей преобразователь 25 сигнала ирегистрирующий прибор 26,устройство работает следующим образом.В печи 1 с расплавом чугуна (химсостав: С = 2,2 Ъ, Ь = 2) в тигле 2устанавливают на заданную глубинуЬ срез капилляра 4 и спай термопары11 с помощью конусного столика 5,причем заданную температуру распла"ва поддерживают системой регулирования температуры печи 1 и контролируют по показаниям потенциометра 14.Затем включают вентилем подачу импульсов газа от баллона 6 с гелием.Одновременно ключают ЗГ 15 прецварительно установив по каналу 16 частоту всплывания пузырьков порядкаб"12 имп/мин. Сигнал, пропорциональный заданной частоте следования пу",зырьков, поступает через демодуля";тор 18 в сумматор 20 и с выхода егона вход регулятора 21, Привод 22через редуктор 23 приоткрывает клапан 7 натекателя газа, Газ, поступая в систему измерения, Формируетпузырьки на срезе. капилляра. Приэтом давление в системе изменяетсяскачкообразно в соответствии с ростом и отрывом пузырьков газа от .каппиляра 4, Сигнал пропорциональный изменению давления газа, с диФманометра 8 поступает через преобра 1 зователь 25 на регистрирующий прибор 26. Максимальное значение давления в газовом пузырьке корректируютдемпФером 9, выравнивая скачкообразчую запись каждой серии пузырьковдля различных глубин к общей оси.Одновременно сигнал с диФманометра 8поступает в ШИМ 24, где синусоидаль"ный сигнал различной амплитуды преобразуется в сигнал прямоугольнойФормы одной амплитуды, но с различным периодом, По цепи обратной связи сигнал поступает на вход РГ 17.С выхода РГ 17 сигнал проходит черездемодулятор 19 на вычитающий входсумматора 20. Результирующий сигналс сумматора 20 поступает в регуля,.тор 21, управляющий приводом клапана 7, обеспечивая подачу импульсовгаза с заданной частотой.всплыванияпузырьков.При этом устройство автоматически регистрирует изменение давления вформируемых .на срезе капилляра 4 пузырьках газа на данной глубине, .Длязамеров на другом уровне изменяютглубину погружения .Ь. При измененииглубины погружения меняется Ферростатическое давление, противодействующее Формированию пузырька газаСигнал рассогласования с дифманометра 8поступает по цепи обратной связи врегулятор 12, который управляяриводом клапана 7 иатекателя, автоматически устанавливает давление газав барботажной трубке-;капилляре 4,поддерживающее установленную на ЗГ15 частоту импульсов газа. Благодаря этому осуществляется синхронизация подачи импульсов газа и на сре" 20эе трубки Формируются пузырьки одинакового радиуса.Полученная на диаграммной лентезапись изменения давления ьР (Фиг.2)показывает, как влияет на вязкостьрасплава чугуна (химсоставф 2 С и4,16 81) повышение температуры дляФиксированных значений 1280, 1360 и1425 фС соответственно, Динамический .коэффициент вязкости равен . 39Зйр".где 1, - вязкость, г/см с (П) ур - избыточное давление, прикотором пузырьки газа З 5отрыаются от капилляра,г/смР - плотность расплава приданной температуред - ускорение свободного падения (981 см/с ) 1время существования пузырька газа в расалавесс.Для исследуемого расплава чугуна3:0 3965 0 46,8 981 0,05 ф 45Нетрудно заметить, что системырегулирования температуры и частоты импульсов.газа обеспечивают пос-тоянными параметры 1 и у, вследст"вие чего для определения коэффициф, ." 50ента вязкости нужно регистрировать только изменение давления в газовом пузырьке.Использование предлагаемого устройства при непрерывном контроле качества жидкого чугуна в условиях чугунолитейного цеха за счет повышения точности измерения вязкости в 2-2,5 раза экономический эФФект по заводу составляет 20,0 тыс. руб, в год."Формула изобретенияУстройство для измерения вязкос-ти расплавов металла, содержащеебарботажную трубку,соединепнук систочником импульсов от натекателягаза и с дифманометром, регулятори привод открывания клапана натекателя газа, системы преобразованиясигнала и синхронизации частотывсплывания пузырьков, блока регистрации показаний, а также системуподачи нейтрального газа и регулирования температурного режима печи,о т л й ч а в щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измеренийпутем обеспечения автоматической подачи импульсов газа с заданной частотой следования пузырьков, устройство дополнительно снабжено задающим ирегулируемым генераторами частотысигнала, пропорционального частотеподачи импульсов от натекателя газа,двумя демодуляторами, сумматором иширотно-импульсным модучятором,причем выходы задающего и регулируемогогенераторов через демодуляторы подключены ко входам сумматора, выходкоторого через регулятор соединен сприводОм открывания клапана натекателя газа, при этом вход регулируе"мого генератора через широтно-импульсный модулятор подключен к выходу дифференциального манометра,который через преобразователь соединен с блоком регистрации.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторокое свидетельство СССРВ 32648 бю кл, 6 01 И 11 /04 ф 1972,2. Авторское свидетельство СССРУ 594432, кл, О 01 Ы 11/00, 1978.3. Авторское свидетельство СССР9 525006, кл. 6. 01.И 11/00, 1975