型内中心和合金棒温度检测系统的研制

0 引 言

金属材料的耐磨性长期受到机械界关注。研制一种内熔扩散式方法制备性能线性梯度的材料，可以用于大多数复杂耐磨零件的大批量生产，从而大大降低成本和提高工作效率，具有显著的经济效益。而在制造性能线性梯度的材料过程中，涉及铸件的凝固时间［1］。铸件质量越大，凝固时间越长; 而铸件凝固时间越长，合金溶质原子扩散距离越大。因此，对于不同质量的铸件，要确定该铸件由表及里合金原子的浓度分布，必须事先对其温度进行实际测量。研究采用 2 支铂铑 10-铂热电偶，放置在铸型中部和安插在合金棒内，当钢液浇入后，可以测量整个温度的变化曲线。

由于研究的砂型内浇铸钢液为 1 600 ℃ 左右，为了使传感器能耐受此高温，选用了 S 型的铂铑10-铂热电偶［2］，这种热电偶的温度测量范围可以测 0 ～ 1 800℃ 的液体、蒸汽和气体介质以及固体的表面温度，符合钢液温度测试要求。

1 砂型结构与传感器的安装

以 4 kg 5CrNiMo 为炉料［3］，置于 SiC 强化石墨坩埚内，合金材料熔化过程与前面相同。制作尺寸为 80mm × 80 mm × 100 mm 砂型，完全烘干。热电偶的安装测点 1: 将含钒合金加工成内径 4 mm 和外径 6 mm的管状材料，管内同轴套入石英玻璃管，玻璃管中布有热电偶，热电偶的高温测点离铸型型壁 20 mm。热电偶的安装测点 2: 套有热电偶的石英玻璃管横跨在铸型相对的型壁上，高度处在型壁高度 1/2 的位置，热电偶的测点位于铸型中心，热电偶丝从铸型外壁引出，与补偿导线相接，见图 1。

将 5CrNiMo 材料熔化并处理完毕，浇入铸型，高温信号由热电偶接受并经过信号变换与单片机处理，最后用液晶显示屏显示出两条连续的温度变化曲线。

2 温度检测系统的硬件电路原理图

为了使系统的温度测量误差小于 0． 5 ℃，必须使温度测量电路的零点电压、增益、线性度、抗干扰能力等参数一致［4］。因此系统采用仪表运放与高精度单片机相结合的电路，系统硬件电路主要分为传感器及调理、单片机处理和液晶显示。硬件电路如图 2 所示。

2． 1 传感器信号调理电路

系统传感器的信号调理部分采用 AD620 芯片，该芯片是在传统的三运放组合方式改进的基础上研制的单片仪用放大器，是具有较低的输入偏置电流、较快建立时间和较高精度的仪用放大器，AD620 具有最大输入偏置电流为 20 nA，高精度( 最大非线性度 40 ×10－ 6) ，低失调电压( 最大 50 μV) 和低失调漂移( 最大0． 6 μV / ℃ ) 的特性［5］。AD620 在外接电阻 Rg时可实现 1 ～1 000 范围内的任意增益，特别适合于精确的数据采集系统。AD620 的基本接法是在 1 脚与 8 脚之间外接一 Rg电阻，增益则由 G = 1 + 49． 4/Rg即可确定［6］。