CN204214816U - 一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置 - Google Patents

Abstract

一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置，涉及一种检测蠕墨铸铁蠕化率的装置。本实用新型是为了解决目前超声波法计算蠕墨铸铁蠕化率要测出超声波传播方向上蠕墨铸铁件的尺寸的问题。本实用新型由超声波信号采集器、计算机、高频信号发生器、温度控制器组成；计算机与信号发生器相连，超声波探头与超声波信号采集器的相连，超声波信号采集器与计算机相连。本实用新型能够快速检测蠕墨铸铁件的蠕化率，并且无需测量蠕墨铸铁件的尺寸大小。

Description

一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测蠕墨铸铁蠕化率的装置。

背景技术

蠕化率不仅是判定石墨蠕化好坏和评定蠕墨铸铁质量与生产工艺水平的重要指标，也是蠕墨铸铁质量控制与验收的依据。在实际生产过程中为了防止处理不足而出现的片状石墨和因处理过剩而生产过量的球状石墨，需要能快速、准确并且简便的检测蠕化率。金相观察法是目前最常用的蠕化率检测方法，该方法虽能准确无误的检测蠕化率，但检测速度慢，并且费时费力。

超声波法是一种根据超声波的声速与蠕墨铸铁蠕化率之间存在一定关系的原理来计算蠕化率的检测方法，现有的基于该方法的检测装置中，超声波探头必须与蠕墨铸铁件直接接触，并且要准确测出超声波传播方向上蠕墨铸铁件的尺寸，才能算出超声波在蠕墨铸铁件内的传播速度，而现场中的蠕墨铸铁件的尺寸是经常变化的，这就给蠕化率的检测带来了很大的困难。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决目前超声波法计算蠕墨铸铁的蠕化率的检测方法必须要准确测出超声波传播方向上蠕墨铸铁件的尺寸的技术问题，而提供一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置。

本实用新型的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置由恒温浸液槽1、超声波接收探头2、待测蠕墨铸铁件3、超声波发射探头4、超声波信号采集器5、计算机6、高频信号发生器7、超声波耦合液8、温度传感器9、温度控制器10、超声波耦合液加热元件11和多孔板12组成；

所述的恒温浸液槽1内壁相对的两个面上分别设置一个超声波接收探头2和一个超声波发射探头4，超声波接收探头2和超声波发射探头4的的轴心线重合并且超声波接收探头2和超声波发射探头4的轴心线在多孔板12的上方，超声波接收探头2和超声波发射探头4的水平距离为L0，恒温浸液槽1内的底部设置有超声波耦合液加热元件11和温度传感器9，超声波耦合液加热元件11和温度传感器9分别与温度控制器10连接，在恒温浸液槽1内超声波耦合液加热元件11和温度传感器9的上方设置有一个多孔板12，多孔板12是一个有多个通孔的板材，恒温浸液槽1内填充超声波耦合液8，待测蠕墨铸铁件3放置在多孔板12上并且完全浸没在超声波耦合液8中，计算机6的信号输出控制端与高频信号发生器7的信号输入端电气相连，高频信号发生器7的高频正弦波电压信号输出端与超声波发射探头4的高频正弦波电压信号输入端电气相连，超声波发射探头4的电压信号输出端与超声波信号采集器5的一个超声波电压信号输入端电气相连，超声波接收探头2的电压信号输出端与超声波信号采集器5的另一个超声波电压信号输入端电气相连，超声波信号采集器5的两路电压信号输出端与计算机6的两路电压信号输入端电气相连。

本实用新型的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置的使用方法按以下步骤进行：

一、打开温度控制器10，通过超声波耦合液加热元件11和温度传感器9将超声波耦合液8的温度控制在为25℃±0.5℃；

二、通过计算机6控制高频信号发生器7发出高频正弦波，作为超声波发射探头4的激励电压信号；

三、用超声波信号采集器5采集步骤二所述的超声波发射探头4上的激励电压信号并发送给计算机6作为初始参考信号，同时超声波发射探头4产生3MHz的超声波纵波，超声波纵波穿过超声波耦合液8后，由超声波接收探头2接收；

四、超声波接收压探头2将接收到的超声波纵波转换为电压信号，该电压信号被超声波信号采集器5采集并发送给计算机6作为传播后信号；

五、计算机6根据步骤三获取的初始参考信号和步骤四获取的传播后信号计算超声波纵波在未放入待测蠕墨铸铁件3时在超声波耦合液8中的传播时间t₀；

六、将待测蠕墨铸铁件3放在恒温浸液槽1的多孔板12上并且在超声波接收探头2和超声波发射探头4之间，并全部浸在超声波耦合液8中；

七、重复步骤二至步骤四，超声波纵波穿过超声波耦合液8和待测蠕墨铸铁件3的一次声波信号以及穿过超声波耦合液8和被待测蠕墨铸铁件3往复反射两次的二次声波信号都由超声波接收探头2接收；

八、计算机6根据步骤七获取的初始参考信号和一次声波传播后信号以及步骤七获取的初始参考信号和二次声波传播后信号，分别计算步骤七中超声波纵波在放入蠕墨铸铁件3后的传播时间t1和t2；

九、计算机6根据超声波接收探头2和超声波发射探头4之间的水平距离L₀，传播时间t₀、t₁、t₂，由公式算出超声波纵波在待测蠕墨铸铁件3内的传播速度v；

十、根据步骤九获取的传播速度v，由下列公式求得待测蠕墨铸铁件3的蠕化率VR：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{VR}=-\frac{v}{1.53}+\frac{5800}{1.53}& v\∈\left(\mathrm{5700,5800}\right]\\ \mathrm{VR}=0.6\·\exp \left(\frac{26800}{v}\right)& v\∈\left[\mathrm{5200,5700}\right]\end{array}\right..$

本实用新型的优点：

本实用新型采用固定距离为L₀的超声波发射探头和超声波接收探头，测量“未放入待测蠕墨铸铁件时超声波传播时间和放入待测蠕墨铸铁件后的一次声波传播时间、二次声波传播时间”的方法实时测量蠕墨铸铁的蠕化率，本实用新型能够快速对待测蠕墨铸铁件的蠕化率进行检测，并且无需测量被测蠕墨铸铁件的尺寸大小，检测时方便快捷，并且可以检测任意尺寸蠕墨铸铁蠕化率。

附图说明

图1是本实用新型的超声波检测任意尺寸蠕墨铸铁蠕化率的装置示意图，其中1是恒温浸液槽、2是超声波接收探头、3是待测蠕墨铸铁件、4是超声波发射探头、5是超声波信号采集器、6是计算机、7是高频信号发生器、8是超声波耦合液、9是温度传感器、10是温度控制器、11是超声波耦合液加热元件，12是多孔板，L₀是超声波接收探头和超声波发射探头的水平距离；

图2是本实用新型的超声波检测任意尺寸蠕墨铸铁蠕化率的装置在待测蠕墨铸铁件3放在恒温浸液槽1的多孔板12上并且在超声波接收探头2和超声波发射探头4之间，并全部浸在超声波耦合液8中时的工作原理示意图，其中1是恒温浸液槽、2是超声波接收探头、3是待测蠕墨铸铁件、4是超声波发射探头、12是多孔板，13是一次声波信号，14、15和16是超声波纵波穿过超声波耦合液和被待测蠕墨铸铁件往复反射两次的二次声波信号。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2，本实施方式是一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置，具体是由恒温浸液槽1、超声波接收探头2、待测蠕墨铸铁件3、超声波发射探头4、超声波信号采集器5、计算机6、高频信号发生器7、超声波耦合液8、温度传感器9、温度控制器10、超声波耦合液加热元件11和多孔板12组成；

所述的恒温浸液槽1内壁相对的两个面上分别设置一个超声波接收探头2和一个超声波发射探头4，超声波接收探头2和超声波发射探头4的的轴心线重合并且超声波接收探头2和超声波发射探头4的轴心线在多孔板12的上方，超声波接收探头2和超声波发射探头4的水平距离为L₀，恒温浸液槽1内的底部设置有超声波耦合液加热元件11和温度传感器9，超声波耦合液加热元件11和温度传感器9分别与温度控制器10连接，在恒温浸液槽1内超声波耦合液加热元件11和温度传感器9的上方设置有一个多孔板12，多孔板12是一个有多个通孔的板材，恒温浸液槽1内填充超声波耦合液8，待测蠕墨铸铁件3放置在多孔板12上并且完全浸没在超声波耦合液8中，计算机6的信号输出控制端与高频信号发生器7的信号输入端电气相连，高频信号发生器7的高频正弦波电压信号输出端与超声波发射探头4的高频正弦波电压信号输入端电气相连，超声波发射探头4的电压信号输出端与超声波信号采集器5的一个超声波电压信号输入端电气相连，超声波接收探头2的电压信号输出端与超声波信号采集器5的另一个超声波电压信号输入端电气相连，超声波信号采集器5的两路电压信号输出端与计算机6的两路电压信号输入端电气相连。

本实施方式的优点：

本实施方式采用固定距离为L₀的超声波发射探头和超声波接收探头，测量“未放入待测蠕墨铸铁件时超声波传播时间和放入待测蠕墨铸铁件后的一次声波传播时间、二次声波传播时间”的方法实时测量蠕墨铸铁的蠕化率，本实施方式能够快速对待测蠕墨铸铁件的蠕化率进行检测，并且无需测量被测蠕墨铸铁件的尺寸大小，检测时方便快捷，并且可以检测任意尺寸蠕墨铸铁蠕化率。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的超声波耦合液8为去离子水。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的超声波接收探头2是5P20Z直探头。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的超声波发射探头4是5P20Z直探头。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的超声波信号采集器5的型号是DPO5104。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的高频信号发生器7的型号是Fluke294。其它与具体实施方式一至五之一相同。

采用下述试验验证本实用新型的效果：

试验一：本试验为一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置，结合图1和图2，具体是由恒温浸液槽1、超声波接收探头2、待测蠕墨铸铁件3、超声波发射探头4、超声波信号采集器5、计算机6、高频信号发生器7、超声波耦合液8、温度传感器9、温度控制器10、超声波耦合液加热元件11和多孔板12组成；

所述的恒温浸液槽1内壁相对的两个面上分别设置一个超声波接收探头2和一个超声波发射探头4，超声波接收探头2和超声波发射探头4的的轴心线重合并且超声波接收探头2和超声波发射探头4的轴心线在多孔板12的上方超声波接收探头2和超声波发射探头4的水平距离为L₀，恒温浸液槽1内的底部设置有超声波耦合液加热元件11和温度传感器9，超声波耦合液加热元件11和温度传感器9分别与温度控制器10连接，在恒温浸液槽1内超声波耦合液加热元件11和温度传感器9的上方设置有一个多孔板12，多孔板12是一个有多个通孔的板材，恒温浸液槽1内填充超声波耦合液8，待测蠕墨铸铁件3放置在多孔板12上并且完全浸没在超声波耦合液8中，计算机6的信号输出控制端与高频信号发生器7的信号输入端电气相连，高频信号发生器7的高频正弦波电压信号输出端与超声波发射探头4的高频正弦波电压信号输入端电气相连，超声波发射探头4的电压信号输出端与超声波信号采集器5的一个超声波电压信号输入端电气相连，超声波接收探头2的电压信号输出端与超声波信号采集器5的另一个超声波电压信号输入端电气相连，超声波信号采集器5的两路电压信号输出端与计算机6的两路电压信号输入端电气相连；

所述的超声波耦合液8为去离子水；所述的超声波接收探头2是5P20Z直探头；所述的超声波发射探头4是5P20Z直探头；所述的超声波信号采集器5的型号是DPO5104；所述的高频信号发生器7的型号是Fluke294。

本试验的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置的使用方法按以下步骤进行：

一、打开温度控制器10，通过超声波耦合液加热元件11和温度传感器9将超声波耦合液8的温度控制在为25℃±0.5℃；

二、通过计算机6控制高频信号发生器7发出高频正弦波，作为超声波发射探头4的激励电压信号；

三、用超声波信号采集器5采集步骤二所述的超声波发射探头4上的激励电压信号并发送给计算机6作为初始参考信号，同时超声波发射探头4产生3MHz的超声波纵波，超声波纵波穿过超声波耦合液8后，由超声波接收探头2接收；

四、超声波接收压探头2将接收到的超声波纵波转换为电压信号，该电压信号被超声波信号采集器5采集并发送给计算机6作为传播后信号；

五、计算机6根据步骤三获取的初始参考信号和步骤四获取的传播后信号计算超声波纵波在未放入待测蠕墨铸铁件3时在超声波耦合液8中的传播时间t₀；

六、将待测蠕墨铸铁件3放在恒温浸液槽1的多孔板12上并且在超声波接收探头2和超声波发射探头4之间，并全部浸在超声波耦合液8中；

七、重复步骤二至步骤四，超声波纵波穿过超声波耦合液8和待测蠕墨铸铁件3的一次声波信号以及穿过超声波耦合液8和被待测蠕墨铸铁件3往复反射两次的二次声波信号都由超声波接收探头2接收；

八、计算机6根据步骤七获取的初始参考信号和一次声波传播后信号以及步骤七获取的初始参考信号和二次声波传播后信号，分别计算步骤七中超声波纵波在放入蠕墨铸铁件3后的传播时间t1和t2；

九、计算机6根据超声波接收探头2和超声波发射探头4之间的水平距离L₀，传播时间t₀、t₁、t₂，由公式算出超声波纵波在待测蠕墨铸铁件3内的传播速度v；

十、根据步骤九获取的传播速度v，由下列公式求得待测蠕墨铸铁件3的蠕化率VR：

$\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{VR}=-\frac{v}{1.53}+\frac{5800}{1.53}& v\∈\left(\mathrm{5700,5800}\right]\\ \mathrm{VR}=0.6\·\exp \left(\frac{26800}{v}\right)& v\∈\left[\mathrm{5200,5700}\right]\end{array}\right..$

试验二：重复试验一中的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置的使用方法的全部内容。

试验三：重复试验一中的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置的使用方法的全部内容。

试验四：重复试验一中的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置的使用方法的全部内容。

表1

表1是试验一至四的试验参数以及测试的结果数据表格，表1可以看出使用本试验的超声波检测任意尺寸蠕墨铸铁蠕化率的装置测试的蠕墨铸铁件的蠕化率与金相法测试的蠕化率几乎一致，测量结果准确，并且本试验的装置采用固定距离为L₀的超声波发射探头和超声波接收探头，测量“未放入待测蠕墨铸铁件时超声波传播时间和放入待测蠕墨铸铁件后的一次声波传播时间、二次声波传播时间”的方法实时测量蠕墨铸铁的蠕化率，本实施方式能够快速对待测蠕墨铸铁件的蠕化率进行检测，并且无需测量被测蠕墨铸铁件的尺寸大小，检测时方便快捷，并且可以检测任意尺寸蠕墨铸铁蠕化率。

Claims (6)

1.一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置，其特征在于利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置是由恒温浸液槽(1)、超声波接收探头(2)、超声波发射探头(4)、超声波信号采集器(5)、计算机(6)、高频信号发生器(7)、超声波耦合液(8)、温度传感器(9)、温度控制器(10)、超声波耦合液加热元件(11)和多孔板(12)组成；

所述的恒温浸液槽(1)内壁相对的两个面上分别设置一个超声波接收探头(2)和一个超声波发射探头(4)，超声波接收探头(2)和超声波发射探头(4)的轴心线重合并且超声波接收探头(2)和超声波发射探头(4)的轴心线在多孔板(12)的上方，超声波接收探头(2)和超声波发射探头(4)的水平距离为L₀，恒温浸液槽(1)内的底部设置有超声波耦合液加热元件(11)和温度传感器(9)，超声波耦合液加热元件(11)和温度传感器(9)分别与温度控制器(10)连接，在恒温浸液槽(1)内超声波耦合液加热元件(11)和温度传感器(9)的上方设置有一个多孔板(12)，多孔板(12)是一个有多个通孔的板材，恒温浸液槽(1)内填充超声波耦合液(8)，计算机(6)的信号输出控制端与高频信号发生器(7)的信号输入端电气相连，高频信号发生器(7)的高频正弦波电压信号输出端与超声波发射探头(4)的高频正弦波电压信号输入端电气相连，超声波发射探头(4)的电压信号输出端与超声波信号采集器(5)的一个超声波电压信号输入端电气相连，超声波接收探头(2)的电压信号输出端与超声波信号采集器(5)的另一个超声波电压信号输入端电气相连，超声波信号采集器(5)的两路电压信号输出端与计算机(6)的两路电压信号输入端电气相连。

2.根据权利要求1所述的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置，其特征在于所述的超声波耦合液(8)为去离子水。

3.根据权利要求1所述的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置，其特征在于所述的超声波接收探头(2)是5P20Z直探头。

4.根据权利要求1所述的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置，其特征在于所述的超声波发射探头(4)是5P20Z直探头。

5.根据权利要求1所述的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置，其特征在于所述的超声波信号采集器(5)的型号是DPO5104。

6.根据权利要求1所述的一种利用超声波检测蠕墨铸铁蠕化率的装置，其特征在于所述的高频信号发生器(7)的型号是Fluke294。