專利名稱：一種測量交變磁場作用下凝固界面換熱系數(shù)的測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬凝固傳熱測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種交變磁場作用下金屬凝固過程界面換熱系數(shù)測定裝置。
背景技術(shù)：
在金屬鑄造過程中，由于金屬材料很好的導(dǎo)熱性，鑄件、模具間的傳熱熱阻主要集中在兩者的交界面上，凝固過程界面換熱系數(shù)的控制往往成為凝固傳熱的控制因素，對鑄件凝固過程起很大的影響。由于影響界面換熱系數(shù)的因素很多，如界面接觸狀況，物理條件，化學(xué)條件以及界面溫度等，界面換熱系數(shù)最難獲取，怎樣保證凝固過程傳熱保證其在一維方向是關(guān)鍵因素。同時在現(xiàn)代鑄造過程中，交變磁場的應(yīng)用能夠增強鑄件的性能，被廣泛的使用，測量交變磁場作用下，凝固過程界面換熱系數(shù)的工作顯得尤為重要。但是交變磁場作用對測量系統(tǒng)的干擾等會對測量精度產(chǎn)生較大的偏差。精確的界面換熱系數(shù)的測定，可以反映電磁場引起的熔體熱力學(xué)改變，為探討電磁場對凝固過程的影響提供了新的思路?，F(xiàn)有技術(shù)中，中國專利201110024245.4公開了一種“界面熱力耦合傳熱系數(shù)測量系統(tǒng)及方法”，該測量方法采用工件表面焊接熱電偶，熱電偶將測試的溫度變化傳輸?shù)綔囟炔杉K，根據(jù)表面測試點得溫度變化數(shù)據(jù)獲得界面換熱系數(shù)。但是這種方法由于沒有鋼液熔體內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)，容易給測量帶來較大誤差，同時這種測量方法不適用于交變磁場下的測量。由于交變磁場，對模具表面熱電偶數(shù)據(jù)采集帶來諧波干擾，必須施加屏蔽措施。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的之一是設(shè)計一種測量交變磁場作用下，凝固過程界面換熱系數(shù)的裝置，測量裝置簡便可靠，可以測量金屬熔體在交變磁場作用下，金屬熔體與模具間的界面換熱系數(shù)。本發(fā)明的目的之二是設(shè)計一種能夠提供熔體內(nèi)部溫度的手段，實現(xiàn)更精確的測量。技術(shù)解決方案:本發(fā)明包括:圓柱形模具、第一支熔體測溫?zé)犭娕?，第二支熔體測溫?zé)犭娕?，圓柱形模具放置在下表面絕熱材料上，圓柱形模具覆蓋上表面絕熱材料，圓柱形模具放置在感應(yīng)線圈內(nèi)部區(qū)域。本發(fā)明置于圓柱形模具內(nèi)的第一支熔體測溫?zé)犭娕?、第二支熔體測溫?zé)犭娕嫉亩瞬坎辉谕黄矫嫔?。所述上表面絕熱材料和下表面絕熱材料的厚度均為10_50mm。本發(fā)明通過測量金屬熔體及模具溫度變化，測得的溫度數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及計算機，獲得界面換熱系數(shù)。其中，為保證圓柱形模具在其直徑方向的接近一維傳熱，在圓柱形模具上下表面放置絕熱材料，厚度為10-50mm。對于測溫?zé)犭娕迹瑑芍Ы氲侥＞邇?nèi)測量金屬熔體溫度變化，四支預(yù)埋到模具內(nèi)測量熔體凝固過程中，模具溫度變化。其中測量金屬熔體溫度變化的熱電偶一支布置到模具的圓心位置，熱電偶頂端距離模具底部為模具高度的1/4，另一支布置到距離模具內(nèi)沿1/4位置上，熱電偶頂端距離模具底部為模具高度的1/2。為屏蔽交變磁場對熱電偶電信號的干擾，在模具測溫?zé)犭娕嫉膶?dǎo)線覆以鋼鐵材料包裹。熔體測溫?zé)犭娕寂c模具測溫?zé)犭娕嫉臏y量信號采樣頻率在50KHz-100KHz，其信號通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行A/D轉(zhuǎn)換傳輸?shù)接嬎銠C中。整個模具放置在螺線管的型腔內(nèi)，交變磁場通過螺線管發(fā)生，金屬熔體在施加交變磁場的過程中冷卻，通過熱電偶采集的信號通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集，并經(jīng)過計算處理，得到熔體凝固過程界面換熱系數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種交變磁場作用下金屬凝固過程界面換熱系數(shù)測定裝置具有如下優(yōu)點:I)本發(fā)明的一種交變磁場作用下金屬凝固過程界面換熱系數(shù)測定裝置，可以測量交變磁場作用下的熔體界面換熱系數(shù)，由于交變磁場對對模具表面熱電偶數(shù)據(jù)采集帶來諧波干擾，對熱電偶采用屏蔽措施，保證了交變磁場作用下，溫度采集的精確性。2)在熔體模具上下表面覆以一定厚度的絕熱材料，保證熔體凝固過程傳熱保證其在一維方向，即在模具周圍建立一維的換熱環(huán)境。3)本發(fā)明利用熔體內(nèi)部熱電偶測量特征點的溫度采集，為界面換熱數(shù)據(jù)的計算提供更多的溫度數(shù)據(jù)，保證了界面換熱系數(shù)計算的精度。


圖1為一種交變磁場作用下金屬凝固過程界面換熱系數(shù)測定裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施:請參見圖1，所述的一種交變磁場作用下金屬凝固過程界面換熱系數(shù)測定裝置包括第一支熔體測溫?zé)犭娕?、第二支熔體測溫?zé)犭娕?、上表面絕熱材料3、圓柱形模具4、感應(yīng)線圈5、模具測溫?zé)犭娕?、下表面絕熱材料7、數(shù)據(jù)采集及計算系統(tǒng)8。圓柱形模具4放置在下表面絕熱材料7上，圓柱形模具4覆蓋上表面絕熱材料3，所述上表面絕熱材料3和下表面絕熱材料7的厚度均為10-50mm，圓柱形模具4放置在感應(yīng)線圈5內(nèi)部區(qū)域，第一支熔體測溫?zé)犭娕糏布置到圓柱形模具4的圓心位置，第一支熔體測溫?zé)犭娕糏頂端距離圓柱形模具4底部為圓柱形模具4高度的1/4處，第二支熔體測溫?zé)犭娕?布置到距離圓柱形模具4內(nèi)沿1/4位置上，第二支熔體測溫?zé)犭娕?頂端距離圓柱形模具4底部為圓柱形模具4高度的1/2處。圓柱形模具4內(nèi)預(yù)埋有模具測溫?zé)犭娕?，模具測溫?zé)犭娕?導(dǎo)線用鋼鐵材料加以包裹。該裝置測定時，圓柱形模具4放置在下表面絕熱材料7上，待測液態(tài)金屬注入圓柱形模具4內(nèi)后，用上表面絕熱材料3覆蓋圓柱形模具4上表面。通過感應(yīng)線圈5在圓柱形模具4外部施加交變磁場，通過數(shù)據(jù)采集及計算系統(tǒng)8采集圓柱形模具4內(nèi)第一支熔體測溫?zé)犭娕糏和第二支熔體測溫?zé)犭娕?的溫度數(shù)據(jù)，同時通過數(shù)據(jù)采集及計算系統(tǒng)8采集模具測溫?zé)犭娕?的溫度數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)采集及計算系統(tǒng)8內(nèi)的反傳熱計算程序獲得變磁場作用下金屬凝固過程界面換熱系數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種測量交變磁場作用下凝固界面換熱系數(shù)的測量裝置，包括:圓柱形模具(4)、第一支熔體測溫?zé)犭娕?1)，第二支熔體測溫?zé)犭娕?2)，圓柱形模具(4)放置在下表面絕熱材料(7)上，圓柱形模具(4)覆蓋上表面絕熱材料(3)，其特征在于，圓柱形模具(4)放置在感應(yīng)線圈(5)內(nèi)部區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量交變磁場作用下凝固界面換熱系數(shù)的測量裝置，其特征在于，圓柱形模具(4)內(nèi)預(yù)埋有模具測溫?zé)犭娕?6)，模具測溫?zé)犭娕?6)導(dǎo)線用鋼鐵材料加以包裹。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量交變磁場作用下凝固界面換熱系數(shù)的測量裝置，其特征在于，置于圓柱形模具(4)內(nèi)的第一支熔體測溫?zé)犭娕?I)、第二支熔體測溫?zé)犭娕?2)的端部不在同一平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種測量交變磁場作用下凝固界面換熱系數(shù)的測量裝置，其特征在于，第一支熔體測溫?zé)犭娕?I)布置到圓柱形模具(4)的圓心位置，第一支熔體測溫?zé)犭娕?I)頂端距離圓柱形模具(4)底部為圓柱形模具(4)高度的1/4，第二支熔體測溫?zé)犭娕?2)布置到距離圓柱形模具(4)內(nèi)沿1/4位置上，第二支熔體測溫?zé)犭娕?2)頂端距離圓柱形模具(4)底部為圓柱形模具(4)高度的1/2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量交變磁場作用下凝固界面換熱系數(shù)的測量裝置，其特征在于，所述上表面絕熱材料(3)和下表面絕熱材料(7)的厚度均為10-50mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種交變磁場作用下凝固界面換熱系數(shù)的測量裝置。該裝置包括測量金屬熔體溫度變化及圓柱形模具溫度變化的熱電偶，感應(yīng)線圈，絕熱材料，數(shù)據(jù)采集及計算系統(tǒng)。通過測量感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變磁場作用下的，金屬熔體溫度及模具溫度變化，利用反傳熱計算程序獲取金屬凝固過程中界面換熱系數(shù)。該裝置能夠測量交變磁場作用下的金屬界面換熱系數(shù)，為電磁場在凝固過程中的應(yīng)用提供依據(jù)。
文檔編號G01N25/20GK103115938SQ20121057400
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者黃軍, 武文斐, 張亞竹, 王寶峰, 李保衛(wèi) 申請人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)