球墨铸铁热分析数据采集仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种球墨铸铁热分析数据采集仪，包括数据采集单元及主控单元，所述数据采集单元包括热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器，热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器依次电连接；所述主控单元包括单片机，在该单片机上设置有SCI串行通信接口、I/O输入输出端口、BDM调试接口及SPI串行外设接口；所述A/D转换器通过SPI串行外设接口与所述主控单元通信连接。采用该球墨铸铁热分析数据采集仪能及时、准确地检测铁液凝固冷却过程中的温度数据，并能迅速准确地传递出所检测的数据。
【专利说明】
球墨铸铁热分析数据采集仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种仪器，尤其涉及一种球墨铸铁铸造过程熔体(铁水)热分析数据的采集仪器。
【背景技术】
[0002]球墨铸铁铁水热分析法是通过测定铁液凝固冷却过程中的温度曲线，利用计算机分析温度变化特征参数来检测铁液的碳含量、硅含量与碳硅当量，并以此为基础检测球化率、蠕化率和材料的力学性能。在铁水热分析过程中，铁液凝固冷却过程中温度数据的采集是铁水热分析的基础，铁液凝固冷却过程中温度数据能否及时、准确地检测出来并传递出去是球墨铸铁热分析数据采集仪性能优劣的主要特征之一，温度数据准确则对铁水成分的热分析结果就精确，所检测的铁液中的碳、硅含量及材料的力学性能数据也就能与所浇铸的铸件产品相一致，否则就会产生较大的检测误差，造成产品质量的下降;而所检测的温度数据不能迅速及时并准确地传递同样也会造成对炉前铁水的质量控制差异与延误，影响生产效率与铸件产品质量。而这些正是目前市场上球墨铸铁热分析数据采集仪产品所存在的问题。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术所存在的上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种球墨铸铁热分析数据采集仪，它能及时、准确地检测铁液凝固冷却过程中的温度数据，并能迅速准确地传递出所检测的数据。
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型的一种球墨铸铁热分析数据采集仪，包括数据采集单元及主控单元，所述数据采集单元包括热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器，热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器依次电连接;所述主控单元包括单片机，在该单片机上设置有SCI串行通信接口、I/O输入输出端口、BDM调试接口及SPI串行外设接口 ；所述A/D转换器通过SPI串行外设接口与所述主控单元通信连接。
[0005]在上述结构中，由于所述数据采集单元包括热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器，热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器依次电连接，则待进行热分析的铁水在热电偶样杯内这一特定环境中凝固冷却，其温度可以在不受外界环境影响下按照其铁水材料自身规律逐渐变化下降，从而可以由热电偶检测其在热电偶样杯内的准确的温度实时变化状况，得到一系列的微弱电压模拟量信号，经由信号放大器将该微弱的电压模拟量信号放大传递给A/D转换器，由A/D转换器转换成与铁水温度变化相对应的、准确的一系列数字量数据信号;又由于所述主控单元包括单片机，则通过单片机可以实现对数据采集指令的接收，当接收到指令后迅速及时地将当前温度采样数据采用安全的数据传输协议进行格式封装，并将采样数据上传，从而迅速准确地传递出所检测的数据;再由于在该单片机上设置有SCI串行通信接口、I/O输入输出端口、BDM调试接口及SPI串行外设接口 ；所述A/D转换器通过SPI串行外设接口与所述主控单元通信连接，则所设置的SCI串行通信接口、I/O输入输出端口、BDM调试接口及SPI串行外设接口可以分别实现与上位机的通信、操作要求的输入与状态信息的输出、程序调试设备的接入以及与数据采集单元的连接等多项功能，使得本球墨铸铁热分析数据采集仪功能齐全，使用方便。
[0006]本实用新型的一种优选实施方式，所述热电偶样杯包括杯体和设置于杯体内的热电偶传感器，热电偶传感器与信号放大器电连接。采用该实施方式，用于盛放被测炉前铁水的热电偶样杯将杯体与热电偶传感器连为一体，结构紧凑、抗外部干扰能力强，所采集的温度数据更为准确。
[0007]本实用新型的另一种优选实施方式，所述热电偶传感器为K型热电偶传感器。采用该实施方式，K型热电偶传感器测量温度范围与铁水冷却曲线的特征温度范围相对应，能很好地满足铁水温度测量的要求。
[0008]本实用新型的又一种优选实施方式，所述信号放大器为带有冷端补偿的单片热电偶放大器。采用该实施方式，带有冷端补偿的信号放大器具备了热电偶测量的冷端补偿功能，简化了结构，温度测量数值更为精确。
[0009]本实用新型进一步的优选实施方式，所述单片热电偶放大器为AD595热电偶放大器。采用该实施方式，AD595热电偶放大器将仪器放大器和热电偶冷接头补偿器全部集成在一块单片芯片上，产生一个10mV/°C的输出，且包含有热电偶故障报警功能，其性能较为优良。
[0010]本实用新型另一进一步的优选实施方式，所述A/D转换器为16位串行输出模数转换器。采用该实施方式，串行输出的模数转换器可保证A/D转换器与主控单元的单片机通信连接。
[0011]本实用新型又一进一步的优选实施方式，所述模数转换器为AD677模数转换器。采用该实施方式，AD677是一款多用途16位串行输出模数转换器，利用开关电容/电荷再分配架构，其转换速率高，并且通过其片内自动校准功能对内部非线性进行数字校正，整体性能更为优化。
[0012]本实用新型更进一步的优选实施方式，所述单片机为MC9S9S12XE系列单片机。采用该实施方式，MC9S9S12XE系列单片机具有32位单片机的性能和16位单片机的所有优势和高效率，能很好地适应球墨铸铁热分析数据采集仪的使用性能要求。
[0013]本实用新型另一更进一步的优选实施方式，所述SCI串行通信接口与电平转换芯片电连接。采用该实施方式，可保证SCI串行通信接口与接受数据的上位机之间数据传输的可靠实现。
[0014]本实用新型又一更进一步的优选实施方式，所述I/O输入输出端口连接有操作按钮与指示信号灯。采用该实施方式，操作按钮可简单地实现操作要求的输入，指示信号灯则可通过光信号方便地反映出球墨铸铁热分析数据采集仪的相关状态信息。
【附图说明】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型球墨铸铁热分析数据采集仪作进一步的详细说明。
[0016]图1是本实用新型球墨铸铁热分析数据采集仪的结构框图。
[0017]图中:1一数据采集单元、2—主控单元。
【具体实施方式】
[0018]在图1所示的球墨铸铁热分析数据采集仪中，数据采集单元I实现对所采样的炉前铁水的温度数据的检测功能，并将所检测得的温度数据模拟信号转换成数字信号，数据采集单元I与主控单元2通信连接，主控单元2实现对上位机数据采集指令的接收，按指令要求迅速及时地对数据采集单元I所采集的当前温度采样数据采用安全的数据传输协议进行格式封装，并将采样数据上传。数据采集单元I包括热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器，热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器依次电连接，其中，热电偶样杯包括杯体和设置于杯体内的热电偶传感器，所采用的热电偶传感器为K型热电偶传感器，热电偶传感器与信号放大器电连接;信号放大器为带有冷端补偿的单片热电偶放大器，该单片热电偶放大器为AD595热电偶放大器;A/D转换器为16位串行输出模数转换器，所采用的该模数转换器为AD677模数转换器。主控单元2包括单片机，该单片机为MC9S9S12XE系列单片机，在该单片机上设置有SCI串行通信接口、I/0输入输出端口、BDM调试接口及SPI串行外设接口，其中，SPI串行外设接口使主控单元2与A/D转换器通信连接，SCI串行通信接口与RM232电平转换芯片电连接，I/O输入输出端口连接有操作按钮与指示信号灯。
[0019]以上仅列出了本实用新型的一些【具体实施方式】，但本实用新型并不仅限于此，还可以作出较多的改进与变换，如所述单片机及A/D转换器、热电偶传感器、信号放大器等均可选用其它性能相近的规格型号的产品。如此等等，只要是在本实用新型基本原理基础上所作出的改进与变换，均应视为落入本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种球墨铸铁热分析数据采集仪，包括数据采集单元(I)及主控单元(2)，其特征在于:所述数据采集单元(I)包括热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器，所述热电偶样杯、信号放大器、A/D转换器依次电连接;所述主控单元(2)包括单片机，在该单片机上设置有SCI串行通信接口、I/O输入输出端口、BDM调试接口及SPI串行外设接口 ；所述A/D转换器通过SPI串行外设接口与所述主控单元(2)通信连接。2.根据权利要求1所述的球墨铸铁热分析数据采集仪，其特征在于:所述热电偶样杯包括杯体和设置于杯体内的热电偶传感器，热电偶传感器与信号放大器电连接。3.根据权利要求2所述的球墨铸铁热分析数据采集仪，其特征在于:所述热电偶传感器为K型热电偶传感器。4.根据权利要求1所述的球墨铸铁热分析数据采集仪，其特征在于:所述信号放大器为带有冷端补偿的单片热电偶放大器。5.根据权利要求4所述的球墨铸铁热分析数据采集仪，其特征在于:所述单片热电偶放大器为AD595热电偶放大器。6.根据权利要求1所述的球墨铸铁热分析数据采集仪，其特征在于:所述A/D转换器为16位串行输出模数转换器。7.根据权利要求6所述的球墨铸铁热分析数据采集仪，其特征在于:所述模数转换器为AD677模数转换器。8.根据权利要求1所述的球墨铸铁热分析数据采集仪，其特征在于:所述单片机为MC9S9S12XE系列单片机。9.根据权利要求1所述的球墨铸铁热分析数据采集仪，其特征在于:所述SCI串行通信接口与电平转换芯片电连接。10.根据权利要求1所述的球墨铸铁热分析数据采集仪，其特征在于:所述I/O输入输出端口连接有操作按钮与指示信号灯。
【文档编号】G05B19/042GK205644193SQ201620480701
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】周怡君, 戴挺, 王明君
【申请人】东南大学