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技術文章
快速測氫儀產品介紹
2012-02-01
鋁水測氫儀又叫鋁液測氫儀在爐前測量無需再外接電源、氣源,直接顯示每100克金屬含氫量;儀器具有自動連續測氫、測溫功能。大屏幕液晶顯示器直接顯示氫含量;全中文式菜單提示操作;自動存儲、打印測量結果
注意事項:

凡是探頭插入熔體后的*個測量數據,強烈建議不采信(特別是新探頭,建議在300秒左右終止測量)。
無論在流槽還是在坩鍋中測量,探頭不能觸底,不能碰壁,否則會導致數據偏低。
 
三、鋁熔體在線式測氫儀準確性問題的研究

摘要本文以實證方式對目前國內已廣泛使用的鋁熔體在線式測氫儀的準確性問題進行了研究。其一,對符合西華特定律(􁈾=KS􀶥)的測氫儀,如ALSCAN、HDA-IV、ELH-IV測氫儀,進行了標氣驗證,發現ELH-IV測氫儀與ALSCAN、HDA-IV測氫儀對西華特定律中S值的取值有較大差異;對儀器的標準曲線覆蓋范圍進行了討論。其二,在數家工廠現場安排了HDA-IV與ALSCAN測氫儀的對比測試并對大量ALSCAN測氫儀測量數據進行了分析,發現ALSCAN新老儀器之間的測量數據曲線有較大差異,證明了“老泵”ALSCAN測氫儀有污染源問題而導致測量值偏高。其三,對測氫探頭進行了必要的評價。*后,簡要介紹了HDA-IV測氫儀。

目前,鋁及鋁合金液態測氫儀在變形鋁合金和鑄造鋁合金行業得到了越來越多的使用。企業、研究院所發布的各種工藝條件下鋁及鋁合金熔體氫含量測量結果的可信度如何,不同企業、不同測氫儀之間的測量數據是否可比,是必須搞清楚的問題。既然大部份的儀器都宣稱其設計原理符合西華特定律,比如ALSCAN、Notorp(日本TYK公司儀器,濃差電池法)等。那么,這些儀器對同一試樣的測量結果應該基本一致或有合理的誤差解釋。目前,人們已知的事實是不同制造商的測氫儀對同一試樣的測量結果通常并不一致。本文目的是在經典理論框架下用實證的方式對國內用戶較多的在線式測氫儀和測氫探頭進行比較,力求找出它們之間的誤差根源。
鋁熔體在線式測氫儀準確性問題的研究測氫探頭和測氫儀是一個有機的整體,采樣迅速、準確、無泄漏、適合現場高溫工作環境的探頭,是測氫儀取得準確數據的必要條件。
現有的IT技術水平完全能做到將測氫儀在實際測量過程中的實時數據顯示、記錄并存貯,待測量結束后用相應的上位機軟件對各種實時數據進行全自動的圖形曲線分析。比照各種圖形曲線,根據西華特定律的平衡測量原理,基本上可以判斷出測量結果的真偽。總之,基于西華特(Sievert)定律設計的測氫儀,對同一試樣的測量應取得相同或誤差可接受的結果[1]。
西華特定律中K、S值的取值和儀器標準曲線覆蓋范圍,西華特(Sievert)定律可描述為雙原子氣體(H2)在金屬(鋁熔體)中的平衡溶解度(氫含量)正比于其分壓(氫分壓)的平方根。
 
[]2pHKSH=―――――――――――2.1
式中:[H] ――鋁熔體的氫含量(ml/100g)
pH2 ――鋁熔體上方的氫分壓(atm)
K――鋁合金修正系數
S――一個純氫大氣壓下純鋁各溫度下的飽和溶解度(ml/100g)
從(2.1)式中得知:只要我們統一定義了K、S值,同時測準平衡氫分壓PH2值,即可求得鋁熔體氫含量。
儀對K、S值的定義
ALSCAN、HDA測氫儀在其操作手冊中均明確給出了K、S計算公式[2] [4],同時TELEGAS測氫儀[3]、《鋁合金及其加工手冊》[5]、《YS/T 600-2009 鋁及鋁合金液態測氫方法閉路循環法》[6]中也給出了另一種K、S值計算公式。
鋁合金液態測氫方法閉路循法
ELH-IV測氫儀在其操作手冊[7]中給出了K值的計算公式,與TELEGAS的一致,但未給出S值的計算公式。筆者在用戶工
度下的“百分數,氫含量”,就很容易依據2.1式計算出K值(照片中的系數)為1時的S值。照片中700℃和730℃下的S值分別為1.21和1.51。
2S值公式和表2.1中S與鋁液溫度的關系一起作圖,將K值公式與合金成份的關系作圖
從中可以得出下述結論:
SCAN、TELEGAS、HDA三種測氫儀S值定義是一致的,兩個不同的計算公式只是數學意義上的近似表達式。而ELH-Ⅳ測氫儀的程序采用了明顯不同的計算方法,同一溫度下的S值比其它儀器高出30%~35%,也就是說,儀器的測量值偏高30%~35%!
SCAN、TELEGAS、HDA、ELH-IV四種測氫儀在K值的計算上差別不大,特別是在絕大部份標準牌號鋁合金成份范圍內,其誤差均不超過5%。
 
測氫儀標準曲線的覆蓋范圍
眾所周知,每一種分析測試儀器,其標準曲線在測量量程內的準確性直接關系到實際測量過程中測量結果的精確度。對于液態鋁及鋁合金測氫儀而言,究竟應建立怎樣的標準曲線才能滿足生產實際的需要呢?筆者認為,在K值為1,溫度為700℃條件下,其標準曲線覆蓋的上限范圍應達到0.60(ml/100g)以上。這是因為在生產實踐過程中某些氫含量數據達到了0.50(ml/100g)以上,根據公式2.6,我們容易計算出上述氫含量值對應的氫標樣含量:
氫標樣含量(百分數)=􁈺------------------------------------------2.6
0.60(ml/100g)對應的氫標樣含量(百分數)為42.5%。
0.50(ml/100g)對應的氫標樣含量(百分數)為29.5%。
因此筆者建議,測氫儀在進行標定時其*大量級氫標樣應該是氮中含氫40%以上。
根據ALSCAN測氫儀操作手冊,標定曲線時用的是純氮、氬氣(相當于約12%的氫標樣),氦氣(相當于約80%的氫標樣),進行三點兩段式線性標定。HDA-Ⅳ測氫儀標定曲線時用的是純氮、約20%的氫標樣,約80%的氫標樣,同樣進行三點兩段式線性標定,這樣的標準曲線其氫含量上限覆蓋值已達到0.9(ml/100g)以上。值得指出的是:雖然ALSCAN和HDA-Ⅳ測氫儀的標準曲線覆蓋范圍很寬,但它們除標定點以外的標樣線性符合性仍然較好。表2.2是HDA-Ⅳ測氫儀的標樣實測驗證表,表2.3是ALSCAN測氫儀操作手冊中給出的標樣驗證表。
根據ELH-IV測氫儀操作手冊[7]和中國有色金屬行業標準《YST 685-2009 鋁及鋁合金液態測氫儀》[8],ELH-IV測氫儀用純氮和一種量級的氫標樣進行曲線標定(ELH-IV測氫儀操作手冊中的示例是2%),也就是說其標準曲線是兩點一段式線性標定。除非ELH-IV能證明在對1%-40%氫標樣的線性符合,否則,其在全量程范圍內的精度就值得商榷,同時《YST 685-2009 鋁及鋁合金液態測氫儀》標準中規定:儀器標氣驗證時的*大取值是9%氫標樣(相當于氫含量0.276 ml/100g),根據前述對標準曲線氫含量上限覆蓋范圍的討論,這顯然是不夠的。
IV與ALSCAAN測氫儀在各種條件下的對
杰鋁業技術司使用的A有限公司HALSCAN測氫儀DA-IV測氫進行了下述儀與現
HDA-IV與ALSCAN標樣串聯測試驗證
HDA-IV與ALSCAN在鋁液中串聯實測
HDA-IV與A行對比測試LSCAN用各自的探頭對同一
HDA-IV與ALSCAN標樣串聯測試驗證
試驗方樣,其目的樣相符(圖法為兩臺儀在于驗證兩3.1)。器串聯共用臺儀器的測同一個被測試數據是否標與標
試驗表樣符合較好其標準值對量水平具有明:HDA-I。注意:選生產實踐中一定的代表V與ALSCAN擇9.46%和鋁熔體在線性,標樣值測氫儀與被2.2%標樣是除氣前后的也遠離標定點測標由于氫含。
3.2. HDDA-IV與ALLSCAN在鋁液中串聯實
試驗方流槽鋁液中下是否同步法為兩臺儀。其目的在同量顯示(器串聯共用于考察兩臺圖3.2)一個探頭,儀器在實測插入狀態
在圖示步同量顯示程序計算方示值達0.3測量范圍內,說明HDA法與ALSCAN34ml/100g的HDA-IV與-IV測氫儀N的一致。此范圍內也能ALSCAN能做的傳感器精外,我們在做到同步同到同度和實驗。

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