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技术文章
快速测氢仪产品介绍
2012-02-01
铝水测氢仪又叫铝液测氢仪在炉前测量无需再外接电源、气源,直接显示每100克金属含氢量;仪器具有自动连续测氢、测温功能。大屏幕液晶显示器直接显示氢含量;全中文式菜单提示操作;自动存储、打印测量结果
注意事项:

凡是探头插入熔体后的*个测量数据,强烈建议不采信(特别是新探头,建议在300秒左右终止测量)。
无论在流槽还是在坩锅中测量,探头不能触底,不能碰壁,否则会导致数据偏低。
 
三、铝熔体在线式测氢仪准确性问题的研究

摘要本文以实证方式对目前国内已广泛使用的铝熔体在线式测氢仪的准确性问题进行了研究。其一,对符合西华特定律(􁈾=KS􀶥)的测氢仪,如ALSCAN、HDA-IV、ELH-IV测氢仪,进行了标气验证,发现ELH-IV测氢仪与ALSCAN、HDA-IV测氢仪对西华特定律中S值的取值有较大差异;对仪器的标准曲线覆盖范围进行了讨论。其二,在数家工厂现场安排了HDA-IV与ALSCAN测氢仪的对比测试并对大量ALSCAN测氢仪测量数据进行了分析,发现ALSCAN新老仪器之间的测量数据曲线有较大差异,证明了“老泵”ALSCAN测氢仪有污染源问题而导致测量值偏高。其三,对测氢探头进行了必要的评价。*后,简要介绍了HDA-IV测氢仪。

目前,铝及铝合金液态测氢仪在变形铝合金和铸造铝合金行业得到了越来越多的使用。企业、研究院所发布的各种工艺条件下铝及铝合金熔体氢含量测量结果的可信度如何,不同企业、不同测氢仪之间的测量数据是否可比,是必须搞清楚的问题。既然大部份的仪器都宣称其设计原理符合西华特定律,比如ALSCAN、Notorp(日本TYK公司仪器,浓差电池法)等。那么,这些仪器对同一试样的测量结果应该基本一致或有合理的误差解释。目前,人们已知的事实是不同制造商的测氢仪对同一试样的测量结果通常并不一致。本文目的是在经典理论框架下用实证的方式对国内用户较多的在线式测氢仪和测氢探头进行比较,力求找出它们之间的误差根源。
铝熔体在线式测氢仪准确性问题的研究测氢探头和测氢仪是一个有机的整体,采样迅速、准确、无泄漏、适合现场高温工作环境的探头,是测氢仪取得准确数据的必要条件。
现有的IT技术水平完全能做到将测氢仪在实际测量过程中的实时数据显示、记录并存贮,待测量结束后用相应的上位机软件对各种实时数据进行全自动的图形曲线分析。比照各种图形曲线,根据西华特定律的平衡测量原理,基本上可以判断出测量结果的真伪。总之,基于西华特(Sievert)定律设计的测氢仪,对同一试样的测量应取得相同或误差可接受的结果[1]。
西华特定律中K、S值的取值和仪器标准曲线覆盖范围,西华特(Sievert)定律可描述为双原子气体(H2)在金属(铝熔体)中的平衡溶解度(氢含量)正比于其分压(氢分压)的平方根。
 
[]2pHKSH=―――――――――――2.1
式中:[H] ――铝熔体的氢含量(ml/100g)
pH2 ――铝熔体上方的氢分压(atm)
K――铝合金修正系数
S――一个纯氢大气压下纯铝各温度下的饱和溶解度(ml/100g)
从(2.1)式中得知:只要我们统一定义了K、S值,同时测准平衡氢分压PH2值,即可求得铝熔体氢含量。
仪对K、S值的定义
ALSCAN、HDA测氢仪在其操作手册中均明确给出了K、S计算公式[2] [4],同时TELEGAS测氢仪[3]、《铝合金及其加工手册》[5]、《YS/T 600-2009 铝及铝合金液态测氢方法闭路循环法》[6]中也给出了另一种K、S值计算公式。
铝合金液态测氢方法闭路循法
ELH-IV测氢仪在其操作手册[7]中给出了K值的计算公式,与TELEGAS的一致,但未给出S值的计算公式。笔者在用户工
度下的“百分数,氢含量”,就很容易依据2.1式计算出K值(照片中的系数)为1时的S值。照片中700℃和730℃下的S值分别为1.21和1.51。
2S值公式和表2.1中S与铝液温度的关系一起作图,将K值公式与合金成份的关系作图
从中可以得出下述结论:
SCAN、TELEGAS、HDA三种测氢仪S值定义是一致的,两个不同的计算公式只是数学意义上的近似表达式。而ELH-Ⅳ测氢仪的程序采用了明显不同的计算方法,同一温度下的S值比其它仪器高出30%~35%,也就是说,仪器的测量值偏高30%~35%!
SCAN、TELEGAS、HDA、ELH-IV四种测氢仪在K值的计算上差别不大,特别是在绝大部份标准牌号铝合金成份范围内,其误差均不超过5%。
 
测氢仪标准曲线的覆盖范围
众所周知,每一种分析测试仪器,其标准曲线在测量量程内的准确性直接关系到实际测量过程中测量结果的精确度。对于液态铝及铝合金测氢仪而言,究竟应建立怎样的标准曲线才能满足生产实际的需要呢?笔者认为,在K值为1,温度为700℃条件下,其标准曲线覆盖的上限范围应达到0.60(ml/100g)以上。这是因为在生产实践过程中某些氢含量数据达到了0.50(ml/100g)以上,根据公式2.6,我们容易计算出上述氢含量值对应的氢标样含量:
氢标样含量(百分数)=􁈺------------------------------------------2.6
0.60(ml/100g)对应的氢标样含量(百分数)为42.5%。
0.50(ml/100g)对应的氢标样含量(百分数)为29.5%。
因此笔者建议,测氢仪在进行标定时其*大量级氢标样应该是氮中含氢40%以上。
根据ALSCAN测氢仪操作手册,标定曲线时用的是纯氮、氩气(相当于约12%的氢标样),氦气(相当于约80%的氢标样),进行三点两段式线性标定。HDA-Ⅳ测氢仪标定曲线时用的是纯氮、约20%的氢标样,约80%的氢标样,同样进行三点两段式线性标定,这样的标准曲线其氢含量上限覆盖值已达到0.9(ml/100g)以上。值得指出的是:虽然ALSCAN和HDA-Ⅳ测氢仪的标准曲线覆盖范围很宽,但它们除标定点以外的标样线性符合性仍然较好。表2.2是HDA-Ⅳ测氢仪的标样实测验证表,表2.3是ALSCAN测氢仪操作手册中给出的标样验证表。
根据ELH-IV测氢仪操作手册[7]和中国有色金属行业标准《YST 685-2009 铝及铝合金液态测氢仪》[8],ELH-IV测氢仪用纯氮和一种量级的氢标样进行曲线标定(ELH-IV测氢仪操作手册中的示例是2%),也就是说其标准曲线是两点一段式线性标定。除非ELH-IV能证明在对1%-40%氢标样的线性符合,否则,其在全量程范围内的精度就值得商榷,同时《YST 685-2009 铝及铝合金液态测氢仪》标准中规定:仪器标气验证时的*大取值是9%氢标样(相当于氢含量0.276 ml/100g),根据前述对标准曲线氢含量上限覆盖范围的讨论,这显然是不够的。
IV与ALSCAAN测氢仪在各种条件下的对
杰铝业技术司使用的A有限公司HALSCAN测氢仪DA-IV测氢进行了下述仪与现
HDA-IV与ALSCAN标样串联测试验证
HDA-IV与ALSCAN在铝液中串联实测
HDA-IV与A行对比测试LSCAN用各自的探头对同一
HDA-IV与ALSCAN标样串联测试验证
试验方样,其目的样相符(图法为两台仪在于验证两3.1)。器串联共用台仪器的测同一个被测试数据是否标与标
试验表样符合较好其标准值对量水平具有明:HDA-I。注意:选生产实践中一定的代表V与ALSCAN择9.46%和铝熔体在线性,标样值测氢仪与被2.2%标样是除气前后的也远离标定点测标由于氢含。
3.2. HDDA-IV与ALLSCAN在铝液中串联实
试验方流槽铝液中下是否同步法为两台仪。其目的在同量显示(器串联共用于考察两台图3.2)一个探头,仪器在实测插入状态
在图示步同量显示程序计算方示值达0.3测量范围内,说明HDA法与ALSCAN34ml/100g的HDA-IV与-IV测氢仪N的一致。此范围内也能ALSCAN能做的传感器精外,我们在做到同步同到同度和实验。

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