Устройство для определения содержания углерода в жидком металле

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ уг ре ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпо делАм изОБРетений и ОтнРытий СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В ЖИДКОМ МЕТАЛЛЕ(57) Изобретение относится к устройствам для определения содержания лерода в жидком металле. Цель изобтения - повышение точности измереия. Сущность изобретения заключаетя 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 фотоэлементами 10 и 11 и записывается на приборе 14, к которому фотоэлемен13287 ты подключены дифференциально, Выходной сигнал 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 определении содержания углерода вносится поправка, пропорциональная величине рассогласования скоростей охлаждения жидкого металла пробы иэталона. Для определения содержанияуглерода в диапазоне 0,2 - 0,5 Е используется пиковый детектор 22, который фиксирует амплитуду пиков 36и 37 и через коммутирующие цепи 32и 33 передает их на блок 23 памяти,иэ которого они поступают на блок 24соотношения, в котором по отношениюамплитуд определяется концентрацияуглерода. 6 ил,30 Изобретение относится к термографическим измерениям в черной металлургии, а именно к контролю примесейв жидком металле.Цель изобретения - повышение точности измерения,На фиг,1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - график зависимостейсоотношения площадей пиков на диаграмме от концентрации углерода; на фиг.3-0график записи дифференциальной кривой термограммы; на фиг.4 - схема.электрическая принципиальная первогокомпаратора, счетчика импульсов идешифратора; на фиг.5 - схема электрическая функциональная блока соотношения, второго компаратора и второго коммутатора; на фиг.6 - совме-,щенная временная диаграмма работыэлементов устройства,Устройство содержит зонд 1 с установленным на его торце пробоотборником 2 с отверстиями 3 и 4, закрытыми легкоплавким материалом 5 и 6,а также дополнительную полость 7 с25эталоном 8 сплава железоуглерод, Пробоотборная полость загерметизированасверху прозрачным материалом 9, Внутри зонда 1 установлены два фотоэлемента 10 и 11 каждый с оптическимувеличителем 12 и 13, свизированнымна поверхность отобранной пробы в полости пробоотборника 2 и эталон 8 вдополнительной полости 7. Фотоэлементы 10 и 11 включены дифференциально. 35К выходу вторичного прибора 14подключены последовательно преобразовательный блок 15, первый компаратор16, счетчик 17 импульсов, дешифратор18, 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, одинвход блока 23 памяти - к выходу дифференциатора 21, выход пикового детектора 22 подключен к двум другимвходам блока 23 памяти. Пять выходовблока 23 памяти подключены к входублока 24 соотношения с цифровым табло 25. К одному выходу блока 24 соотношения подключены последовательновторой компаратор 26, второй коммутатор 27. На схеме показаны коммутирующие цепи 28-33 коммутатора 19 икоммутирующая цепь 34 второго коммутатора 27,В качестве вторичного прибора 14может использоваться самописец КСП.Преобразовательный блок 15 можетбыть выполнен по схеме неинвертирующего усилителя. Схема электрическаяпринципиальная первого компаратора16, счетчика 17 импульсов и дешифратора 18 приведена на фиг.4, В качестве коммутатора могут быть использованы герконовые реле РЗС 44, подключенные к выходам дешифратора 18,Блок 23 памяти состоит из пятиячеек памяти, входы и выходы которыхсоответствуют входам и выходам блокапамяти. Ячейки памяти могут быть выполнены по схеме неинвертирующегоустройства выборки и хранения. Блок .24 соотношения (фиг.5) состоит из двух делителей напряжения, выполненных на аналоговых перемножителях525 ПС 2 в режиме деления, и неичвертирующего сумматора.На вход "Х" 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 521 СА 1 (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 572 ПВ 2 и семисегментных индикаторах 521 АЛС или 524 АЛС.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, 5-27При охлаждении пробы и эталона до температуры фазового превращения первой иэ 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 выделяется скрытая теплота кристаллизации. На вторичном приборе 14 в этот момент фиксируется пик 36, площадь которого характеризует количество выделившейся скрытой теплоты кристаллизации пробы жидкого ме/ талла в полости.Таким образом, площади пиков 36 и 37 характеризуют количественно величины теплот, выделяющихся при кристаллизации соответственно пробы и 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 эталона. По соотношению площадей, образуемых пиками 36 и 37, определяютконцентрацию углерода, как видно изфиг.2, где показана зависимость величин соотношений площадей пиков 36и 37 от концентрации углерода в пробе жидкого металла.Выходной сигнал с вторичного при бора 14 поступает на преобразовательный. блок 15 и далее на первый компаратор 16, интегратор 20, дифференциатор 2 1 и пиковый детектор 22. Первый компаратор 16 фиксирует начало иконец поступающих на его вход пиков.На его выходе появляются скачкообразные импульсы, которые отсчитываетсчетчик 17 импульсов. К счетчику 1импульсов подсоединен дешифратор 18,включающий после соответствующегоотсчета коммутатор 19 и его коммутирующие цепи,Коммутирующая цепь 28 подключаетинтегратор 20 к вторичному прибору14 через преобразовательный блок 15в начале пиков 36 и 37 и отключаетего в конце этих пиков. Таким образом, интегратор периодически фиксирует величины площадей этих пиков ичерез коммутирующие цепи 29 и 30 передает их на блок 23 памяти,Два сигнала, пропорциональные площадям пиков 36 и 37, из блока памятипоступают 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, выражающаявеличину концентрации углерода.В устройстве предусмотрены контакты реле коммутатора 19 (фиг.4), находящиеся в цепи разряда интегрирующей емкости интегратора. Контактызамкнуты на время до и после интегрирования пиков напряжения.Для точного измерения соотношениявеличин площадей пиков 36 и 37, пропорциональных теплотам, выделяющимсяпри фазовых переходах, необходимо,чтобы жидкий металл пробы и эталон 8охлаждались с одинаковой скоростью.Для этого в устройстве предусмотренакоммутирующая цепь 31, подключающаяв соответствующий моент времени дифференциатор 21 к блоку 23 памяти идалее к каналу измерения соотношенияплощадей пиков блока 24 соотношения,По этой цепи проходит корректирующий,5 13сигнал от дифференциатора на блок содтношения, Этот сигнал пропорционален величине рассогласования скоростей охлаждения жидкого металла пробыги эталона,Величина рассогласования скоростей охлаждения пробы и эталона надиаграмме вторичного прибора выражается углом между нулевой линией 35и горизонталью (или вертикалью). Нафиг.2 видно, что в блоке соотношениякорректируется измерение соотношения. Я /Язт по кривым рассогласованияЧ - ЧВ диапазоне концентраций углерода 0,2 - 0,57 величина выделяющейсятеплоты кристаллизации практическине изменяется. Следовательно, площацьпика 36, характеризующая количествовыделившейся скрытой теплоты кристаллизации пробы, в диапазоне концентрации углерода 0,2 - 0,57 практическипостоянна и точность измерения содержания углерода низка.Для определения концентрации углерода в этом диапазоне в устройствеиспользуется пиковый детектор 22,подключаемый коммутирующими цепями32 и 33 к блоку 23 памяти и далее кблоку соотношения.Вьщеление теплоты кристаллизациипроисходит неравномерно в течениевсего отрезка времени, пока пробажидкого железоуглеродистого сплаване затвердеет. Для каждой концентрации углерода изменение скорости выделения теплоты кристаллизации величина определенная. Следовательно,арочные кривые, характеризующие изменение скорости выделения теплоты кристаллизации, имеют различную кривизну. Отсюда, как видно из фиг.З, дляразличных концентраций углерода в диапазоне 0 2 - 0,57 при равенсте площадей Б =82=8 3 амплитуды пиков А у2 3 1А , А различны,ФТаким образом, пиковый детектор22 фиксирует амплитуду пиков 36 и 37и через коммутирующие цепи 32 и 33передает на блок 23 памяти. Два сигнала, пропорциональные амплитудам пиков 36 и 37, из,блока памяти поступают в канал измерения соотношения амплитуд пиков блока 24 соотношения, вкотором по соотношению амплитуд пиковпробы и эталона определяется концентрация углерода.К выходу канала измерения с отно-,шения площадей пиков блока 24 соотно 28747 6 5 Ю 15 го25 35 4050 шения подключен второй компаратор 26ис вторым коммута.тором 27, включающимся в процессе измерения, если величина измеренного и блоке 24 соотношения площадей пиков 36 и 37 соответствует концентрации углерода 0,2 - 0,57. При этом коммутирующая цепь 34 второго коммутатора 27 отключает канал 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 в устройстве пикового детектора 22 и компароторов 16 и 26 позволяет повысить точность измерения концентрации углерода в диапазоне 0,2 - 0,57, являющимся весьма важным для большинства выплавляемых марок стали.1Формула изобретения,.Устройство для определения седержания 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, блокпамяти, блок соотношения, цифровоетабло, причем выход преобразовательного блока подсоединен к дифференциатору, через коммутирующие цепи коммутатора вход интегратора подсоединен к выходу преобразовательного блока, один вход блока памяти - к выходу дифференцнатора, два других входа - к выходу интегратора, все выхо- ды блока памяти - к блоку соотношения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено пиковым детектором, двумя компараторами, вторым коммутатором, причем выход преобразо.1328747 пе к атор О вательного блока соединен с входомпикового детектора и первого компаратора, выход которого соединен сосчетчиком импульсов, два входа блока памяти через коммутирующие цепипервого коммутатора подсоединены квыходу пикового детектора, первый выход блока соотношения последовательно соединен с вторым компаратором, вторым коммутатором, первый и второй выходы блока соотношения чеРез коммутиРующую цепь второго коммутатора подсоединены к цифровому табло.%иО0-ЯХ"-0 к цаеные целиУиг. бА,Абр Составитель Техред М. Хо А.Тяск имов Редактор П.Гереш н оррек аказ 3479/47 Тираж 776 НИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, Рдпис оизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,От доска Г йаиящ ваэюомитета СССР открытийшская наб., д. 4/5.