铝合金液氢含量快速测定装置设计研究

论文摘要

目前,随着科技技术的不断进步,铝合金铸件的需求量逐年增加,人们对铝合金铸件质量的要求也越来越高。由于铝合金熔炼的特殊性,生产现场炉前快速测氢具有重要意义。本文简述了铝合金铸件针孔产生的原因,对铝液直接测氢方法与装置的研究与应用进行了详细的评述。分析了铝液直接压力扩散测氢方法的基本原理,指出该方法具有测试装置简单、测试速度快和准确度高等特点。在此基础上设计了一种快速测定液态铝合金氢含量的便携式测试仪器。测试装置主要由探头、真空系统和数据采集与处理单元等部分组成。探头质量对测试结果具有重要影响,要求其有足够的强度和耐热度,液态铝合金液不能与探头发生反应,并且要有良好的透气性,即氢气能够进入探头而铝合金液不能进入。根据实验结果,我们确定了以石英砂为基础材料,硼酸为造孔剂,彭润土为粘结剂的材料制作探头。采用压制的方法把探头材料做成毛坯,最后经高温烧结达到所需的强度。真空泵选用罗茨泵,双级泵可快速将真空室抽至所需真空度。数据采集与处理单元主要由MCS51单片机扩展单元、信号调理单元、模/数转换单元等构成,完成压力和温度信号的实时采集。其中模拟/数字转换单元采用双积分转换芯片ICL7135,以确保转换精度。本装置所用主程序及子程序均采用汇编语言编制。经实验室条件下初步调试证明,本文设计的铝合金液氢含量快速测定装置能顺利运行,为测试液态铝合金液氢含量试验奠定理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题研究的目的及意义
• 1.2 铝合金液氢含量检测技术研究
• 1.2.1 氢的来源
• 1.2.2 铝合金液氢含量测试装置研究现状
• 1.2.3 铝合金液氢含量测试方法研究现状
• 1.3 铝合金液氢含量研究的发展趋势
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 铝合金液氢含量快速检测装置基本原理
• 2.1 铝合金液氢含量快速检测装置原理
• 2.2 铝合金液氢含量快速检测装置总体构成
• 2.3 本章小结
• 第3章 真空系统的设计
• 3.1 真空技术简介
• 3.1.1 流阻
• 3.1.2 流导
• 3.1.3 抽速
• 3.2 真空泵的选择
• 3.2.1 罗茨泵
• 3.2.2 罗茨泵特性
• 3.2.3 极限压力
• 3.2.4 两级罗茨泵
• 3.2.5 罗茨泵与前级泵组合
• 3.2.6 罗茨泵抽气速率的确定
• 3.2.7 泵组合抽气速率的计算
• 3.2.8 特殊连接
• 3.3 气体回路的设计
• 3.4 探头的研制
• 3.4.1 对探头的基本要求
• 3.4.2 探头制作工艺设计
• 3.4.3 探头材料的选择
• 3.4.4 探头结构设计
• 3.5 探头成形工艺
• 3.6 本章小结
• 第4章 铝合金液氢含量快速测定装置的硬件设计
• 4.1 设计思想和硬件总体构成
• 4.2 8051 单片机扩展电路
• 4.2.1 8051 单片机的结构组成及工作特性
• 4.2.2 8051 单片机扩展电路的设计
• 4.3 模拟量输入信号处理电路设计
• 4.3.1 温度信号处理电路
• 4.3.2 开关量输出信号处理电路
• 4.4 系统抗干扰设计
• 4.5 系统硬件的可靠性实现
• 4.5.1 最大的系统集成
• 4.5.2 器件选择的可靠性
• 4.5.3 系统监控电路
• 4.5.4 PCB 可靠性设计
• 4.5.5 电源、地线布置
• 4.5.6 去耦设计
• 4.5.7 布线设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 铝合金液氢含量快速测测定装置软件设计
• 5.1 数据采集主程序
• 5.2 子程序库
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢