基于单片机的微碳铬铁快速定硅仪

　　1　引言

　　微碳铬铁是钢铁工业中的重要半制品,主要采用电硅热法生产工艺,将铬矿、石灰、硅铬合金加入电炉内,用铬矿中的氧去氧化、精炼硅铬合金中的硅,使合金中的硅含量达到规定值。硅的含量直接影响到产品的质量指标、单位电耗等。在目前的冶金行业中,炉前判硅主要靠目测,凭经验估计硅的含量范围,然后决定是否出炉。一炉产品的硅含量事后由化验室用光谱比色法来确定,化验室的作用仅对产品作成分分析和产品定级,产品的质量不稳定。

　　2　快速定硅仪的工作原理

　　根据德国物理学家塞贝克的发现,在两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,若两种导体的接触处存在温度差异,则回路中会产生热电动势(温差电势),此即热电效应。设两接触点的温度分别为T0,T,则该回路就产生温差电势和接触电势,其和为

　　与2种介质,及温度T,有关,如果利用其逆过程,确定一种介质及T,,则电势就是单值函数,其反函数为,如果为Si,则即只要测得,通过曲线拟合,一定可以得知试样的含Si量。而且这个电势仅仅与金属导体的材料组成和两端温差有关,与导体的长度,面积,沿导体长度上的分布温度无关,而且不受引用中间导体的影响。为用热电分析法测硅提供了方便。

　　据此,设计的热电法测硅仪原理图如图1所示。

　　其中铜棒具有恒定温度T,铬铁样品与测试铜棒、导线等具有同一环境温度T0,则

　　E=f(Si) (2)

　　式中:E为测量电势,即热电势;T为铜棒温度;T0为环境温度。

　　铜相对于标准材料铂是定值,温度也是定值,因此电势仅与微碳铬铁的成分有关,是硅含量的函数。

　　3　测硅仪的组成

　　3·1　硬件结构

　　热电法测硅仪的硬件原理框图见图2。

　　根据实测,当t=220~280℃时,Si的分含量为0·3%~3·0%,其输出电势为-0·6~+1·0 mV,这是1个微数的信号,须经过多级放大,研制的分析仪将其信号放大到0~3·5 V左右,为了提高测量精度,简化硬件电路,采用V-f转换方法,将0~3·5 V的电压信号转换成0~3 500 Hz信号输入计算机进行数据处理。在整个测量中,铜棒的温度控制是至关重要的,根据工艺要求,控制在(235±2)℃,采用了模糊温度控制技术,确保这一控制要求。

　　采用单片机8051器件,测温元件采用进口的热敏电阻(精密型)作为测量元件,温度测量精度达到0·2℃,加热控制采用带过零触发的光隔可控硅,可以减少因电源导通和截止所产生的干扰。

　　3·2　软件结构

　　数据采集:热电势与硅含量的关系是一高阶曲线。为此,将整个曲线划分为4段,应用最小二乘法,求出各段的V=f(Si)的函数关系式,计算机在读入采样值后,按公式计算出Si的含量。同样,由于热敏电阻的非线性,为了提高测量精度,也采用了拟合曲线法来进行测量。