专利名称：气体量测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体量测量装置。更具体地，本发明涉及一种气 体量测量装置，所述装置用于测量熔融金属中所含的气体的总量或吸
附在夹杂物(inclusion)中的气体的量。
背景技术：
通常采用特定的金属或合金作为诸如汽车发动机的组分。同时， 该组分精炼后每单位重量中的杂质气体含量要低于精炼前的含量是 普遍已知的。这是由于试样，即所述组分中所含的杂质气体在精炼过 程中蒸发了的缘故。在这种情况下，再次熔融精炼后的组分，以尽可 能地降低组分中的杂质气体含量。但是，再次熔融精炼后的组分会不 期望地造成成本猛增。
另外，从有效利用资源的角度考虑，将用过的金属制品回收最近 也流行起来了。但是，例如如果是铝制品熔融的话，会释放出多种气 体如氢气、二氧化碳气体、氧气和氮气。因此，如果将用过的铝制品 在模具中浇铸，得到的产品中会不利地残留气泡，以及不希望地在得 到的产品中出现针孔等。
为了解决这些问题，提出了测定熔融金属中的气体含量的方法。 例如在日本专利特许7>开No.2003-83865中^S开了一种测量装置，该 装置包括装熔融金属的室，将所述室的内压设定为预定压力的泵，和 测量所述室的内压的测量单元；以及通过由于熔融金属所释放出的气 体所导致的压力升高来测量气体量。
但是，采用日本专利特许公开No.2003-83865所公开的技术的测量 装置只能测量所有存在的气体的总量，而不能测量每种气体的量。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种气体量测量装置，所述装置能够测 量熔融金属中所含的或吸附在夹杂物上的特定种类气体的绝对量，并 且能够更准确地把握所得产品的性质。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于测量熔融金属中所含的
4气体量或吸附在夹杂物上的气体量的气体量测量装置，包括装有所 述熔融金属的真空容器；与所述真空容器连接的第一管道，连在所述 第一管道上的放气阀；与所述真空容器连接的第二管道，连接在所述 第二管道上的校正气体发生器(calibration gas generator); 与所述真 空容器连接的第三管道，自所述真空容器一侧开始依次连接在所述第 三管道上的真空计、第一阀门、泄漏阀、第二阀门、涡轮分子泵、第 三阀门和低真空泵(roughing pump);将真空容器和第一阀门之间的 第三管道与泄漏阀和第二阀门之间的第三管道连接的第一旁通管，连 接在所述第一旁通管上的第四阀门；将泄漏阀和第二阀门之间的第三 管道与第三阀门和低真空泵之间的第三管道连接的第二旁通管，连接 在所述第二旁通管之上的第五阀门。
本发明能提供一种气体量测量装置，所述装置能够测量熔融金属 中所含的气体或吸附在夹杂物上的气体中特定种类气体的绝对量，并 且能够更准确地把握所得产品的性质。
图l是根据本发明第一实施方案的气体量测量装置的全视图2是显示图1所示气体量测量装置中存在试样(曲线B)或不 存在试样(曲线A)时，真空容器的内压与时间的关系的特性图3是显示图2的特性图对应的的压力差与图2中同一峰值压力 的计数之间的关系的特性图；和
图4是根据本发明第二实施方案的气体量测量装置的全视图。
具体实施例方式
校正气体发生器的构型的例子包括这样的构型，该构型包括设 置在第二管道上的、彼此分离的两个校正阀(calibration valve)，以及 测量这些校正阀之间的第二管道(管道部分)中所含标准参照气体压 力的真空计。标准参照气体通过例如气缸注入所述管道部分中，使所 述管道部分的内压保持在一定的气压。因此，如果保持所述管道部分 的体积处于一定的体积并且同时使其内压保持在latm的同时，获得 管道部分的温度,则可由压力和体积的一般方程式计算得到所述管道 部分中标准参照气体的摩尔数，所述方程式将在下文加以描述。
5具体地，所述摩尔数可通过下面的方程式计算。
PV = nRT
在该方程式中，P表示压力(大气压)，V表示所述管道部分的体积 (校正阀之间的体积)(升)，T表示气体的绝对温度(K)， R表示 气体常数(定值)，n表示标准参照气体的摩尔数。
根据本发明，优选在真空容器中提供加热器，以加热熔融金属。 具体地说，所述加热器被置于取样量杯的外部，如图4所示。这样， 能够抑制取样量杯中所装有的熔融金属的温度下降。
根据本发明，为了计算熔融金属所含的特定种类气体的绝对量， 釆用了下述方法。首先，如果真空容器中不存在熔融金属，则由真空 容器的内压与时间的关系获得具有恒定压力的特性图。然后，将熔融 金属放入真空容器中，基于特性图，测量该状态下来自真空容器杂质 气体的杂质气体量Ss。待测量的标准参照气体从校正气体发生器流 入真空容器中，基于特性图和杂质气体量Ss测量该状态下的标准参 照气体量Sr，由此获得特定种类气体的气体量的绝对量。
优选实施方案实施例的描述
下文将参照附图，对本发明的气体量测量装置进行描述。 (第一实施方案)
参照图1 ，附图标记1表示具有自由开启/关闭的盖2的真空容器。 装有用作试样的熔融金属(没有示出)的取样量杯3置于真空容器1 中。其上连接有放气阀4的第一管道5a与真空容器l的上游侧相连。 其上连接有校正气体发生器6的第二管道5b与真空容器的上游侧相 连接。校正气体发生器6设置成包括校正阀7a和7b、与阀7a和7b 之间的管5b相连的压力计8以及气缸9。校正气体流入时，将校正 气体发生器6的阀7a和7b之间的管5b (管道部分)的内压调整为 latm。
第三管道5c与真空容器1的下游侧连接。自真空容器l的那一 侧开始在所述第三管道5c上依次设置测量真空容器1的内压的真空 计13、过滤器10、第一阀门lla、泄漏阀12、第二阀门llb、涡轮 分子泵14、第三阀门11c和低真空泵15。提供第二阀门llb和第三 阀门llc，以防止当试样放入或从真空容器1中取出时，涡轮分子泵
614被破坏。涡轮分子泵14连续运行，所述涡轮分子泵14在熔融金 属释放的气体的量少时使用。这样做的目的是为了防止涡轮分子泵 14开启或关闭所造成的工作时间浪费。
过滤器IO和第一阀门11a之间的管道5c，与泄漏阀12和第二阀 门lib之间的管道5c,通过第一旁通管16连接。在第一旁通管16 之上i更有第四岡门lld。泄漏阀12和第二阀门11b之间的管道5c， 与第三阀门llc和低真空泵15之间的管道5c,通过第二旁通管17 连接。在第二旁通管17上设有第五阀门lle。当释放的气体的量大 并用低真空泵15直接将气体排出时，采用旁通管16和17。
如上述构造的气体量测量装置的操作方法如下。 (1)在取样量杯3中装有熔融金属之前
首先，^使第一阀门lla,第二阀门llb和第四阀门lld完全关闭， 将第三阀门llc和第五阀门lle完全打开，运行低真空泵15。然后， 使涡轮分子泵14运行。在这种状态下，将放气阀4完全打开，抬起 真空容器1的盖2。将取样量杯3放入真空容器1中，将盖2盖上。 将放气阀4和第三阀门llc完全关闭，第四阀门lld完全打开，并用 低真空泵15将真空容器1中的气体通过第一和第二旁通管16和17 排出。如果真空容器l中的气体的量少，则保持第四阀门lld完全打 开而将第五阀门lle完全关闭，将第二阀门llb和第三阀门llc完全 打开，采用涡轮分子泵14和低真空泵15,使真空容器l中的气体仅 仅通过第一旁通管16排出。在该状态下，通过釆用真空计13测量真 空容器l的内压，获得压力逐渐下降的图，如图2所示的曲线A。 (2 )在取样量杯3中放入熔融金属之后
首先，停止低真空泵15 (如果涡轮分子泵14处于运行之中，则 在停止涡轮分子泵14之后再停止低真空泵15),然后开放放气阀4 (使气压回归为latm)。在抬起真空容器1的盖2并将试样放入取样 量杯3中之后，将盖2关闭。接着，通过采用与上述(1)相似的操 作，用真空计13测量真空容器1的内压。结果，得到具有大峰和小 峰的图，如图2中所示的曲线B。 (3)校正用气体的供给
从试样被放入真空容器1中的取样量杯3中起经过时间1\ (如4 分20秒)之后，在校正阀7a和7b之间的管道5b (管道部分)中注准参照气体如N2。打开校正阀7b，用预定时间 (T2-TJ将N2从管道5b引入真空容器1中。结果，获得由校正气 体所引起的具有较长拖尾的大峰的曲线C，如图2所示的曲线C。采 用曲线C和A，可以获得时间内分子数(number of molecules)Sr。由于PV-nRT(其中，P表示所述管道部分的压力， V表示所述管道部分的体积，n表示摩尔数，R表示常数，T表示所 述管道部分的温度)，因而可以获得摩尔数n。图2表明了 (l)气 体从取样量杯3中装有的熔融金属中释放到真空容器1空间中；和(2 ) 气体的释放情况是复合的，气体的同时释放会出现大的和小的压力 峰，静态释放(static gas release)不会出现压力峰。
图3显示每一峰情况下，来自熔融金属的作为峰计数函数的以压 力表示的气体释放量。气体的释放量与峰值压力成正比。在这种情况 下，当峰值压力较高且峰计数较大时，大量倾向于形成气泡的气体包 含于熔融金属中。
这样，根据第一实施方案的气体量测量装置设置成包括置于真空 容器1的上游侧的校正气体发生器6，所述发生器6包括校正阀7a 和7b，与阀7a和7b之间的管道部分连接的压力计8，和气缸9。因 而可以测量每种气体的量。
在第一实施方案中，已经描述了采用N2作为标准参照气体的例 子。但是，本发明不限于所述例子，任意种类的气体如H2或He，都 可用作所述标准参照气体。 (第二实施方案)
参照图4，对根据第二实施方案的气体量测量装置进行描述。图 4中与图1中所示相同的组成部件用相同的附图标记表示，此处不再 描述。与图l所示的第一实施方案相比，第二实施方案的特征在于 在取样量杯3的周围设置有加热器21。
根据第二实施方案，由于加热器21的存在，装在取样量杯3中 的熔融金属的温度下降可以得到抑制。
本发明不限于第一实施方案和第二实施方案，而是可以在本发明的 范围之内对组成部件进行改变来实施本发明。而且，通过将第一实施方 案和第二实施方案中多个组成部件进行适当组合，可以获得各种发明。 例如，可以从第 一和第二实施方案中所示的部件总体中去掉几个组成部
8件。具体而言，尽管在管道上设有过滤器，但是过滤器并不总是必需的。 此外，设置在取样量杯周围的加热器也并不总是必需的。另外，第一实 施方案和第二实施方案中的组成部件可适当加以组合。另外，尽管在第 一实施方案和第二实施方案中描述了对熔融金属中所含的纯气体的量 的测量示例，但是本发明也可用于观测夹杂物，同时测量吸附在夹杂物 上的气体的量。
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权利要求
1. 一种用于测量熔融金属中所含的气体量或吸附在夹杂物上的气体的量的气体量测量装置，其特征在于包括其中装有所述熔融金属的真空容器(1)；与所述真空容器(1)连接的第一管道(5a)，连接在所述第一管道(5a)上的放气阀(4)；与所述真空容器(1)连接的第二管道(5b)，连接在所述第二管道(5b)上的校正气体发生器(6)；与所述真空容器(1)连接的第三管道(5c)，自所述真空容器(1)一侧开始依次连接在所述第三管道(5c)上的真空计(13)、第一阀门(11a)、泄漏阀(12)、第二阀门(11b)、涡轮分子泵(14)、第三阀门(11c)和低真空泵(15)；将真空容器(1)和第一阀门(11a)之间的第三管道(5c)与泄漏阀(12)和第二阀门(11b)之间的第三管道(5c)连接的第一旁通管(16)，连接在所述第一旁通管(16)上的第四阀门(11d)；和将泄漏阀(12)和第二阀门(11b)之间的第三管道(5c)与第三阀门(11c)和低真空泵(15)之间的第三管道(5c)连接的第二旁通管(17)，连接在所述第二旁通管(17)上的第五阀门(11e)。
2. 如权利要求1所述的气体量测量装置，其特征在于所述校 正气体发生器(6)包括置于所述第二管道(5b )上的、彼此分开的两个校正阀(7a， 7b );以及用于测量两个校正阀(7a， 7b)之间的管道部分中所含的标准参 照气体的压力的压力计(8)。
3. 如权利要求1所述的气体量测量装置，其特征在于在所述 真空容器(1)中提供加热所述熔融金属的加热器。
4. 如权利要求2所述的气体量测量装置，其特征在于在所述 真空容器(1)中提供加热所述熔融金属的加热器。
5.如权利要求1 ~ 4任一项所述的气体量测量装置，其特征在于在真空容器(1)中不存在熔融金属的情况下，由真空容器(1) 的内压与时间的关系呈现恒定压力的特性图；在真空容器(1)中装有熔融金属的状态下，基于所述特性图测 量来自真空容器(1)的杂质气体量Ss;和在将待测量的标准参照气体由校正气体发生器注入真空容器(1) 的状态下，基于所述特性图和杂质气体量Ss，测量标准参照气体的 量Sr，从而计算出标准参照气体的绝对量。
全文摘要
一种气体量测量装置，其包括装有熔融金属的真空容器(1)；与所述真空容器(1)连接的第一管道(5a)，连接在所述第一管道(5a)上的放气阀(4)；与所述真空容器(1)连接的第二管道(5b)，连接在所述第二管道(5b)上的校正气体发生器(6)；与所述真空容器(1)连接的第三管道(5c)，自所述真空容器(1)一侧开始依次连接在所述第三管道(5c)上的真空计(13)、第一阀门(11a)、泄漏阀(12)、第二阀门(11b)、涡轮分子泵(14)、第三阀门(11c)和低真空泵(15)；将真空容器(1)和第一阀门(11a)之间的第三管道(5c)与泄漏阀(12)和第二阀门(11b)之间的第三管道(5c)连接的第一旁通管(16)，连接在所述第一旁通管(16)上的第四阀门(11d)；以及将泄漏阀(12)和第二阀门(11b)之间的第三管道(5c)与第三阀门(11c)与低真空泵(15)之间的第三管道(5c)连接的第二旁通管(17)，连接在所述第二旁通管(17)上的第五阀门(11e)。
文档编号G01N7/00GK101487784SQ20081018290
公开日2009年7月22日 申请日期2008年12月5日 优先权日2008年1月15日
发明者大间知聪一郎, 平塚一, 田岛保英, 秦野岁久, 长谷川浩一, 阿部哲也 申请人:独立行政法人日本原子力研究开发机构;日本金属化学株式会社