水力學(xué)模擬濃度測量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種水力學(xué)模擬濃度測量裝置，用于測量水力學(xué)模擬的型腔內(nèi)溶液的溶質(zhì)濃度分布，且包括：電導(dǎo)率儀、工業(yè)機(jī)械手以及雙目三坐標(biāo)測量儀。電導(dǎo)率儀包括：電極，用于伸入到溶液的液面之下且設(shè)置有用于容納型腔內(nèi)的溶液的貫通部，以發(fā)出與貫通部處的溶液的電導(dǎo)率相應(yīng)的電信號；以及信號接收模塊，設(shè)置于型腔外并與電極通信連接，以接收電極發(fā)出的電信號并轉(zhuǎn)為數(shù)字信號進(jìn)行存儲，以基于電導(dǎo)率確定貫通部處的溶液的溶質(zhì)濃度。工業(yè)機(jī)械手具有抓持電極的上部的抓手，以帶動并控制電極的三維運(yùn)動。雙目三坐標(biāo)測量儀用于測量電導(dǎo)率儀的電極的三維坐標(biāo)。由此，能夠?qū)α鲌鰞?nèi)多個位置的半連續(xù)在線測量，提高水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和精度。
【專利說明】水力學(xué)模擬濃度測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及水力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種水力學(xué)模擬濃度測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在大型鋼錠或鑄件的鑄造過程中，易產(chǎn)生合金元素(如C、S等)的偏析缺陷。采用有溶質(zhì)的水溶液的水力學(xué)模擬是研究合金元素偏析的主要手段之一。水力學(xué)模擬具有直觀有效的優(yōu)點(diǎn)。水力學(xué)模擬偏析實(shí)驗(yàn)過程需要測量澆注過程或澆注后錠模內(nèi)不同位置的溶質(zhì)濃度變化。
[0003]然而，現(xiàn)有的溶質(zhì)濃度檢測手段很難實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。電測儀等非接觸式測量設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)對溶質(zhì)濃度的在線測量。在現(xiàn)有的溶質(zhì)濃度測量方法中，電導(dǎo)率儀是一種常用的在線測量裝置，其安裝在型腔內(nèi)，用于測量某處的溶質(zhì)濃度變化，其準(zhǔn)確度和靈敏度均符合要求。但是由于水模擬實(shí)驗(yàn)一般在較小的型腔內(nèi)進(jìn)行，如果需要測量流場內(nèi)多個位置的溶質(zhì)濃度時，需要在每個不同的測量位置安裝電導(dǎo)率儀，不僅安裝復(fù)雜，而且占據(jù)型腔內(nèi)很大的空間，并改變了型腔結(jié)構(gòu)，使得水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性無法保證。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種水力學(xué)模擬濃度測量裝置，用于測量水力學(xué)模擬的型腔內(nèi)溶液的溶質(zhì)濃度分布，其能夠?qū)崿F(xiàn)對流場內(nèi)多個位置的半連續(xù)在線測量，從而提高水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
[0005]本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種水力學(xué)模擬濃度測量裝置，用于測量水力學(xué)模擬的型腔內(nèi)溶液的溶質(zhì)濃度分布，其能提高水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)的精度。
[0006]本實(shí)用新型的再一目的在于提供一種水力學(xué)模擬濃度測量裝置，用于測量水力學(xué)模擬的型腔內(nèi)溶液的溶質(zhì)濃度分布，其能測量不同濃度范圍的溶液。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種水力學(xué)模擬濃度測量裝置，用于測量水力學(xué)模擬的型腔內(nèi)溶液的溶質(zhì)濃度分布，所述水力學(xué)模擬濃度測量裝置包括:電導(dǎo)率儀、工業(yè)機(jī)械手以及雙目三坐標(biāo)測量儀。電導(dǎo)率儀包括:電極，用于伸入到溶液的液面之下且設(shè)置有用于容納型腔內(nèi)的溶液的貫通部，以發(fā)出與貫通部處的溶液的電導(dǎo)率相應(yīng)的電信號；以及信號接收模塊，設(shè)置于型腔外并與電極通信連接以接收電極發(fā)出的電信號并轉(zhuǎn)為數(shù)字信號進(jìn)行存儲，以基于電導(dǎo)率確定貫通部處的溶液的溶質(zhì)濃度。工業(yè)機(jī)械手具有抓持電極的上部的抓手，以帶動并控制電極的三維運(yùn)動。雙目三坐標(biāo)測量儀用于測量電導(dǎo)率儀的電極的三維坐標(biāo)。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果如下:
[0009]1.通過工業(yè)機(jī)械手且僅使用單個電導(dǎo)率儀，就能夠?qū)崿F(xiàn)對流場內(nèi)多個位置的半連續(xù)在線測量，避免了在型腔內(nèi)安裝多個電導(dǎo)率儀，從而提高了水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
[0010]2.通過雙目三坐標(biāo)測量儀測量電導(dǎo)率儀的電極的三維坐標(biāo)，提高了定位精度，從而提聞了水力學(xué)1旲擬實(shí)驗(yàn)的精度。[0011]3.電導(dǎo)率儀的電極更換方便，可以選用不同量程的電極，進(jìn)而可以測量不同溶質(zhì)濃度范圍的溶液。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置中的電導(dǎo)率儀的電極與兩個標(biāo)志點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0015]I電導(dǎo)率儀4連桿
[0016]11電極5型腔
[0017]111貫通部6溶液
[0018]12信號接收模塊61液面
[0019]2工業(yè)機(jī)械手D1內(nèi)徑
[0020]21抓手D2外徑
[0021]3雙 目三坐標(biāo)測量儀
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖來詳細(xì)說明根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置。
[0023]參照圖1和圖2，根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置用于測量水力學(xué)模擬的型腔5內(nèi)溶液6的溶質(zhì)濃度分布且包括電導(dǎo)率儀1、工業(yè)機(jī)械手2以及雙目三坐標(biāo)測量儀3。電導(dǎo)率儀I包括:電極11，用于伸入到溶液6的液面61之下且設(shè)置有用于容納型腔5內(nèi)的溶液6的貫通部111，以發(fā)出與貫通部111處的溶液6的電導(dǎo)率相應(yīng)的電信號；以及信號接收模塊12，設(shè)置于型腔5外并與電極11通信連接，以接收電極11發(fā)出的電信號并轉(zhuǎn)為數(shù)字信號進(jìn)行存儲，以基于電導(dǎo)率確定貫通部111處的溶液6的溶質(zhì)濃度。工業(yè)機(jī)械手2具有抓持電極11的上部的抓手21，以帶動并控制電極11的三維運(yùn)動。雙目三坐標(biāo)測量儀3用于測量電導(dǎo)率儀I的電極11的三維坐標(biāo)。所述通信連接可為無線或有線通信連接。
[0024]在根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置中，通過雙目三坐標(biāo)測量儀3測得的位置數(shù)據(jù)，計(jì)算出對應(yīng)的溶質(zhì)濃度測試點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，并結(jié)合電導(dǎo)率儀I測得的溶質(zhì)濃度數(shù)據(jù)，就可以得到不同時間下不同測量位置的溶質(zhì)濃度，從而得到該流場內(nèi)的溶質(zhì)濃度分布。
[0025]在根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置中，工業(yè)機(jī)械手2設(shè)定運(yùn)動路徑，在型腔5的溶液6的流場內(nèi)不斷運(yùn)動，僅使用單個電導(dǎo)率儀I就能夠?qū)崿F(xiàn)對型腔5的溶液6的流場內(nèi)不同位置的溶質(zhì)濃度進(jìn)行半連續(xù)在線測量，避免了在型腔5內(nèi)安裝多個電導(dǎo)率儀I，從而保證了水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
[0026]在根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置的一實(shí)施例中，電導(dǎo)率儀I可為DDk-210型工業(yè)電導(dǎo)率儀。DDk-210型工業(yè)電導(dǎo)率儀的測量誤差可為最大量程的0.1%。
[0027]在根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置的一實(shí)施例中，電極11可以選用不同的量程，從而可以測量不同范圍的溶質(zhì)濃度。在一實(shí)施例中，參照圖2，電極11的外徑D2可為IOmm,內(nèi)徑D1可為6mm,總長度可為200mm。電極11的尺寸相對型腔5較小，因此不會對流場造成過大的擾動，保證了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
[0028]在根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置中，工業(yè)機(jī)械手2可為四軸工業(yè)機(jī)械手。在一實(shí)施例中，四軸工業(yè)機(jī)械手的最大運(yùn)動半徑為500mm,定位精確度小于0.1mm。工業(yè)機(jī)械手2帶動電極11運(yùn)動，電極11在垂直于圖1的紙面方向上的最大運(yùn)動范圍為一個半徑為500mm的圓，在圖1的豎直方向上的上下運(yùn)動的最大范圍為400mm。
[0029]在根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置中，雙目三坐標(biāo)測量儀3可為雙目攝像機(jī)，其對運(yùn)動中的電極11進(jìn)行定位。
[0030]在根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置的一實(shí)施例中，參照圖2，所述水力學(xué)模擬濃度測量裝置還可包括:連桿4，與電極11的上部螺紋連接且供工業(yè)機(jī)械手2的抓手21抓持。在一實(shí)施例中，連桿4為圓筒形且內(nèi)設(shè)有螺紋，而電極11的上部設(shè)有外螺紋，從而實(shí)現(xiàn)可拆裝式連接。在一實(shí)施例中，連桿4的直徑可為20mm，長度可為200mm。
[0031]在根據(jù)本實(shí)用新型的水力學(xué)模擬濃度測量裝置的一實(shí)施例中，參照圖1和圖2，連桿4布置有兩個具有被雙目三坐標(biāo)測量儀3識別的不同的圖像信息的標(biāo)志點(diǎn)P1、P2，電極11的貫通部111在貫通方向上具有與所述兩個標(biāo)志點(diǎn)PpP2處于同一直線上的測量位置點(diǎn)匕(換句話說，兩個標(biāo)志點(diǎn)Pp p2是以一個點(diǎn)來考慮的，當(dāng)兩個標(biāo)志點(diǎn)Pp p2具有形狀時，可以取它們的中心點(diǎn)來考慮，當(dāng)然不限于此)。雙目攝像機(jī)的測量原理為，攝像機(jī)通過圖像識別的方法，識別出連桿4上的兩個標(biāo)志點(diǎn)P1、P2，并通過雙目攝像機(jī)的圖像，對標(biāo)志點(diǎn)P1、P2的空間位置進(jìn)行定位，得到其在固定坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。在一實(shí)施例中，雙目三坐標(biāo)測量儀3的精度可為0.1_，其定位精度高，提高了水力學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)的精度。在一實(shí)施例中，雙目三坐標(biāo)測量儀3和電導(dǎo)率儀1的動態(tài)響應(yīng)時間接近，都可為0.ls，即所述水力學(xué)模擬濃度測量裝置每隔0.1s記錄一次位置和溶質(zhì)濃度數(shù)據(jù)。
[0032]參照圖2，兩個標(biāo)志點(diǎn)PpP2與電極11的貫通部111上的測量位置點(diǎn)PQ有一定距離，其中測量位置點(diǎn)P。到位于標(biāo)志點(diǎn)Pi的距離為屯，兩個標(biāo)志點(diǎn)P1、P2之間的距離為d2。當(dāng)雙目三坐標(biāo)測量儀3測得兩個標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)Pi (χ1； y1； Zl)和P2 (x2, y2, z2)時，根據(jù)測量位置點(diǎn)Ρο以及兩個標(biāo)志點(diǎn)Ρρ P2的相對位置關(guān)系，可以計(jì)算測量位置點(diǎn)Ρο (x0, y0, z0)的三維坐標(biāo)，其計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種水力學(xué)模擬濃度測量裝置，用于測量水力學(xué)模擬的型腔(5)內(nèi)溶液(6)的溶質(zhì)濃度分布，所述水力學(xué)模擬濃度測量裝置包括:電導(dǎo)率儀(1)，包括:電極(11)，用于伸入到溶液(6)的液面(61)之下且設(shè)置有用于容納型腔(5)內(nèi)的溶液(6)的貫通部(111)，以發(fā)出與貫通部(111)處的溶液(6)的電導(dǎo)率相應(yīng)的電信號；以及信號接收模塊(12)，設(shè)置于型腔(5)外并與電極(11)通信連接，以接收電極(11)發(fā)出的電信號并轉(zhuǎn)為數(shù)字信號進(jìn)行存儲，以基于電導(dǎo)率確定貫通部(111)處的溶液(6)的溶質(zhì)濃度；工業(yè)機(jī)械手(2)，具有抓持電極(11)的上部的抓手(21)，以帶動并控制電極(11)的三維運(yùn)動；以及雙目三坐標(biāo)測量儀(3)，用于測量電導(dǎo)率儀(1)的電極(11)的三維坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力學(xué)模擬濃度測量裝置，其特征在于，電導(dǎo)率儀(1)為DDk-210型工業(yè)電導(dǎo)率儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力學(xué)模擬濃度測量裝置，其特征在于，工業(yè)機(jī)械手(2)為四軸工業(yè)機(jī)械手。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力學(xué)模擬濃度測量裝置，其特征在于，雙目三坐標(biāo)測量儀(3)為雙目攝像機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水力學(xué)模擬濃度測量裝置，其特征在于，所述水力學(xué)模擬濃度測量裝置還包括:連桿(4)，與電極(11)的上部螺紋連接且供工業(yè)機(jī)械手(2)的抓手(21)抓持。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水力學(xué)模擬濃度測量裝置，其特征在于，連桿(4)為圓筒形且內(nèi)設(shè)有螺紋，而電極(11)的上部設(shè)有外螺紋。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水力學(xué)模擬濃度測量裝置，其特征在于，連桿(4)布置有兩個具有被雙目三坐標(biāo)測量儀(3)識別的不同的圖像信息的標(biāo)志點(diǎn)(P1;P2)，電極(11)的貫通部(111)在貫通方向上具有與所述兩個標(biāo)志點(diǎn)(P1;P2)處于同一直線上的測量位置點(diǎn)(ΡΛ
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水力學(xué)模擬濃度測量裝置，其特征在于，所述兩個標(biāo)志點(diǎn)(P1； P2)具有不同的形狀和/或顏色。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水力學(xué)模擬濃度測量裝置，其特征在于，當(dāng)所述兩個標(biāo)志點(diǎn)(Pi，p2)具有不同的形狀時，所述不同的形狀各自具有對稱中心。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水力學(xué)模擬濃度測量裝置，其特征在于，所述兩個標(biāo)志點(diǎn)(P1;P2)在型腔(5)內(nèi)的溶液(6)的液面(61)上方。
【文檔編號】G01N27/06GK203519537SQ201320639428
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】康進(jìn)武, 董超 申請人:清華大學(xué)