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专利名称：一种基于空芯传感器的钢材脱碳厚度测量装置与方法
技术领域：
本发明属于电磁传感器技术领域，涉及一种钢材脱碳厚度测量装置及测量方法。
背景技术：
在钢铁生产过程中，钢材要经过一系列的热处理过程。热处理过程通常要将钢材 加热到800-1200°C，此时材料为奥氏体状态。材质表面的碳元素由于和氧气反应而减少，这 个过程称为脱碳。由于和氧气反应造成的碳失去速度大于固态扩散过程对碳的补偿速度， 因此从材质的内部到表面形成碳含量的梯度。钢铁生产厂商在将钢材交付给用户前要确保钢材脱碳厚度的最大限度，因此，脱 碳厚度的估计在许多关键用钢中十分重要，例如汽车轮胎和桥梁用线材钢等。目前，脱碳厚度的估计通常是采用破坏性的有损测试。在样品准 备好后，在截面上 进行金属金像观察法(metallographic observation)，或微硬度法(micro hardness)进行 测量。这些有损测试方法耗时耗力，不能快速给出测量结果。

发明内容
针对以上提到现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的提出一种利用电磁方法 测量脱碳厚度的装置。本发明采用如下的技术方案一种基于空芯传感器的钢材脱碳厚度测量装置，用于测量圆柱形钢材脱碳厚度， 包括空芯传感器、电感测量仪和上位计算机，所述的空芯传感器由在一个环形空芯上绕制 线圈的方式制成，空芯的内径大于待测圆柱形钢材的外径，用于放置待测圆柱形钢材，线圈 的两个接线端与电感测量仪的输入端相连，电感测量仪用于测量空芯传感器的电感值，其 测量的电感值被送入计算单元，由上位计算机根据输入的电感值以及该值和脱碳厚度成正 比的关系计算置于空芯传感器内的待测圆柱形钢材的脱碳厚度。作为优选实施方式，空芯的长度为50mm，直径为IOmm ；线圈的绕线匝数介于3-200 之间；绕线的直径在0. Imm-IOmm之间。本发明同时提供一种上述测量装置测量圆柱形钢材脱碳厚度的方法，包括下列步 骤(1)空芯传感器套在待测圆柱形钢材上；(2)由电感测量仪测量的电感值被送入上位计算机；(3)由上位计算机根据电感值与脱碳厚度的线性对应关系，得出被测钢材的脱碳 厚度c = L/k，其中，c表示脱碳厚度，L表示电感值，k为经验线性系数，由以往实验结果标定。与现有的破坏性的有损测试和无损测量方法相比，本发明采用了电磁式的空芯传 感器，有效改进了这些有损测试方法耗时耗力，不能为在线测量所用的缺点。


图1是本发明的基于空芯传感器系统装置原理图；图2是线材加热冷却后外部为高导磁的铁素体，中心为低导磁的奥氏体的示意图；图3是脱碳样本为0. 8%的碳钢样品不同的脱碳层厚度与电感的测量值的关系 图。具体实施方法图1是按照本发明实施的一种基于空芯传感器的钢材脱碳厚度系统装置原理图。 它由空芯传感器、电感测量仪和上位计算机三个主要部分构成。圆柱形空芯传感器长度为 50mm、直径为10mm。绕线匝数可以介于3-200 ；绕线的直径可以在0. Imm-IOmm之间。电感 测量仪可以使用商用的阻抗分析仪(例如安捷伦4284等)；测量时，将其套在被测钢材的 外部，利用多频电感测量仪对传感器的电感进行测量，通过USB数据线将数据导入上位计 算机，电感的测量值和脱碳的厚度成正比，从而通过上位计算机计算出脱碳厚度。图2是线材加热冷却后外部为高导磁的铁素体，中心为低导磁的奥氏体的示意 图。图3是电感的测量值和脱碳厚度的关系，对于不同碳含量的钢材可以通过实验或有限 元仿真得到传感器的电感值与脱碳厚度的线性系数k，从而根据电感测量值即可得到其对 应的钢材的脱碳厚度。本发明的空芯传感器测量装置，传感器可以由3-200条绝缘导线组成；导线的直 径为 0. Imm-IOmm0测量方法具体包括以下步骤(1)将圆柱形空芯传感器套在被测的钢材上；(2)对传感器的电感值进行数据采集，得到测量数据；(3)根据电感值与脱碳厚度的线性对应关系，得出被测钢材的脱碳厚度c = L/k ； 其中c表示脱碳厚度，L表示电感值，k为经验线性系数，由以往实验结果获得。
权利要求
一种基于空芯传感器的钢材脱碳厚度测量装置，用于测量圆柱形钢材脱碳厚度，包括空芯传感器、电感测量仪和上位计算机，所述的空芯传感器由在一个环形空芯上绕制线圈的方式制成，空芯的内径大于待测圆柱形钢材的外径，用于放置待测圆柱形钢材，线圈的两个接线端与电感测量仪的输入端相连，电感测量仪用于测量空芯传感器的电感值，其测量的电感值被送入计算单元，由上位计算机根据输入的电感值以及该值和脱碳厚度成正比的关系计算置于空芯传感器内的待测圆柱形钢材的脱碳厚度。
2.根据权利要求1所述的基于空芯传感器的钢材脱碳厚度测量装置，其特征在于，所 述的空芯的长度为50mm，直径为10mm。
3.根据权利要求1所述的基于空芯传感器的钢材脱碳厚度测量装置，其特征在于，所 述的线圈的绕线匝数介于3-200之间；绕线的直径在0. Imm-lOmm之间。
4.一种采用权利要求1所述的测量装置测量圆柱形钢材脱碳厚度的方法，包括下列步骤(1)空芯传感器套在待测圆柱形钢材上；(2)由电感测量仪测量的电感值被送入上位计算机；(3)由上位计算机根据电感值与脱碳厚度的线性对应关系，得出被测钢材的脱碳厚度 c = L/k，其中，c表示脱碳厚度，L表示电感值，k为经验线性系数，由以往实验结果标定。
全文摘要
本发明属于电磁传感器技术领域，涉及一种基于空芯传感器的钢材脱碳厚度测量装置，包括空芯传感器、电感测量仪和上位计算机，空芯传感器由在一个环形空芯上绕制线圈的方式制成，空芯的内径大于待测圆柱形钢材的外径，用于放置待测圆柱形钢材，线圈的两个接线端与电感测量仪的输入端相连，电感测量仪用于测量空芯传感器的电感值，其测量的电感值被送入计算单元，由上位计算机根据输入的电感值以及该值和脱碳厚度成正比的关系计算置于空芯传感器内的待测圆柱形钢材的脱碳厚度。本发明同时提供一种上述测量装置测量圆柱形钢材脱碳厚度的方法。与现有的破坏性的有损测试和无损测量方法相比，本发明采用了电磁式的空芯传感器，有效改进了这些有损测试方法耗时耗力，不能为在线测量所用的缺点。
文档编号G01B7/06GK101832751SQ201010195119
公开日2010年9月15日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者尹武良, 王奔 申请人:天津大学