连铸喷嘴水流密度及冲击压力测试仪-说明书.doc

重庆大学材料科学与工程学院现代冶金技术研究所 连铸喷嘴水流密度及冲击压力测试仪连铸喷嘴水流密度及冲击压力测试仪使用说明书重庆大学现代冶金技术研究所目 录1 仪器简介22 安装说明33 仪器控制面板44 程序使用说明65 测试方法106 测试结果127 常见故障处理178 设备电路18联系人：文光华地 址：重庆大学（A区）材料科学与工程学院冶金系邮 编：400044电 话O）-mail：连铸喷嘴水流密度及冲击压力测试仪使用说明书1 仪器简介11 概述连铸二次冷却过程中，喷嘴的性能对铸坯的质量有很大的影响，尤其是喷嘴的水流密度分布情况。水流密度分布越均匀越利于铸坯的均匀冷却。目前，一般测量连铸二冷喷嘴的水流密度是通过一定时间采集喷嘴喷射范围内多点的水量，从而计算出水流密度的分布。这种方法若用人工读取，效率低，误差大，测试结果重现性差；如自动化采集，测试点多，传感器多，仪器所需的设备复杂，价格高，并且维护困难，测试结果重现性也不理想。下面介绍的连铸喷嘴水流密度和冲击压力测试仪，采用移动喷嘴，定测量点的方法，使测量简便并且效率高。12 测试原理 本仪器采用机电一体化的设计。在仪器中沿水流喷射的方向在两端固定压力传感器和重量传感器，步进电机驱动喷嘴在此区间移动。移动的同时，计算机定时间步长采集冲击压力和喷射水重量的增量，根据水重的增量可以计算出喷射范围内各点的水流密度。测试过程中，计算机可以实时显示冲击压力和水流密度的变化，测试结束后可得到喷嘴的水流密度分布和冲击压力的分布，并把实验数据和分布图形保存到数据库。可在数据库中查看不同喷嘴和不同条件下的水流密度分布，进行比较，从而得到适合于生产实际的喷嘴和工作条件。13 基本配置l 测试仪平台 1台l 精密电子天平 2台l 集 水 槽 3个l 防 水 罩 1个l 盛 水 槽 1个l 压力传递杆 1个l 档 水 栏 3个l 计 算 机 1台l 打 印 机 1台l LZPZ Software V1.5 14 主要技术指标l 测试对象：连铸喷嘴l 数据采集间隔时间：0.55sl 喷嘴移动速度：110mm/sl 水流密度最大集水量：1100mll 冲击压力范围：010MPal 移动方式：步进电机驱动，可由计算机或仪器的控制面板进行控制l 测试误差： 32 安装说明21 实验室的要求l 供水系统、供气系统；排水管道；l 220伏、15安培三孔供电插座2个；l 实验室必须保持清洁和通风；定期给电机转轴涂抹黄油，防止生锈。22 仪器的硬件安装仪器的喷水测试箱如图1所示。1测试箱；2集水槽；3盛水槽；4-压力传递杆；5、6-电子天平；7喷嘴；8挡水栏图1 测试箱示意图1将压力传递杆安装在测试箱的A孔处，集水槽安装在B孔处；2将量程为1.0Kg的电子天平安装在A孔处，使压力传递杆的下圆盘与天平的托盘相接触；3调整压力传递杆的位置，使它处于A孔中心处，然后把挡水栏套在压力传递杆的外面。4将量程为1.5Kg的电子天平安装在B孔处，盛水槽放在天平托盘上面，并使集水槽的出水管位于盛水槽的上方；5连接好电子天平的数据线和电源线；6将仪器的输出数据线和计算机相连。23 仪器的软件安装 测试仪器的软件LZPZ Software V1.5可在win98/win2000/winXP下运行，建议使用winXP系统。安装时，执行安装光盘中Setup.exe应用程序，使用默认提示，按步骤进行安装。3 仪器控制面板31 控制面板部件名称mMR显示1显示2634512图2 控制面板示意图一路数据显示器显示水流密度传感器采集值显示模式状态二路数据显示器显示压力传感器采集值显示模式特征值减少键增加键 增加键和减少键可以进行模式切换和模式特征值的修改。当显示器二的数据不停闪烁时，为特征值修改状态；否则为模式切换状态。 切换及确认键在模式状态下，按下此键，显示2不停闪烁进入特征值修改状态；修改完特征值后，再次按下此键，返回模式状态。复位键使控制器恢复为上电时的初始状态。控制面板右侧为电源开关，电源显示及步进电机点动按钮，如图3所示。a总电源指示灯；b总电源开关；c电机电源启动指示灯；d电机电源启动按钮；e电机电源停止指示灯；f电机电源停止按钮；g,h步进电机手动按钮（方向不同）图3 电源控制板32 控制面板功能说明仪器总电源开关开启后，指示灯显示LZPZ100。两秒钟后自动进入联机测试模式，此时显示器一显示的是水流密度传感器采集的数值，显示器二显示的是压力传感器采集的数值。各模式下的功能如下：模式1：联机测试模式，该模式显示传感器采集的数据；模式2：复位模式，显示器一显示为HL；此模式有0，1两个特征值，初始值为0。当把显示器二显示的特征值改为1并确定后，喷嘴移动执行机构自动运行到测试初始位置，复位完成后，特征值自动变为0；模式3：运行模式，模式状态为PROG；此模式也有0，1两个特征值，初始值为0。当把特征值改为1确定后，喷嘴移动执行机构按设定速度由起点沿水平方向移动，到终点后自动停止，特征值回0；模式4：速度设定模式，模式状态为SD，可设置喷嘴移动机构的运行速度；显示器二显示当前设定的速度值，单位为mm/s，速度设置范围为110mm/s；模式5：行程显示模式，模式状态为MOVE；显示器二显示的数值为喷嘴行程（单位毫米），总行程为1.21 0.02m；模式6：手动使能模式，模式状态为HD；此模式有0，1两个特征值，为0时，禁止手动控制；为1时，允许手动控制，按手动按钮可以以点动方式控制喷嘴向不同方向移动。4 程序使用说明41程序主界面启动LZPZ测试程序后，主界面如图4所示。该界面分为菜单栏、工具按钮栏、喷嘴移动监视区、数据显示栏、通讯状态指示栏以及状态栏。数据显示栏中，左侧显示的是冲击压力值，右侧显示的是水流密度值。通讯状态指示栏为界面中下部椭圆图形处，它显示的是传感器数据采集通讯端工作状态。当显示为红色时，表示通讯中止不能正常工作；当显示为浅绿色时，表示工作正常。底部的状态栏中包含试验数据保存文件名，测试状态及测试时间等信息。图4 程序主界面42 实验参数设置在工具菜单栏中点击参数设置按钮，弹出如图5所示的参数设置对话框。此对话框中是设置所测试喷嘴的型号、来源、测试条件、测试参数及测试结果保存的文件名，文件名只能用数字、字母及水平线来命名。输入完毕后，点击确定按钮，将所有参数保存到数据库；如放弃本次参数设置，点击取消按钮，返回主界面。图5 参数设置测试条件中输入的内容有喷嘴的安装高度，以及工作状态下的水压、气压、水流量和气流量。测试参数中采集口径为集水槽沿喷射方向的长度；喷射宽度为喷嘴喷出水带的宽度；采集时间为采集测试数据的时间步长，可在0.55s的范围内设置；移动速度为喷嘴移动机构的速度，可在510mm/s的范围内设置。43测试的启动、停止参数设置完成后，方可启动测试，否则按下启动按钮后弹出如图6所示的对话框，需设置完参数后，再次启动。启动后，若喷嘴不在测试的初始位置，移动机构自动驱使喷嘴回到起始位置，再开始测试；喷嘴从测试的起点位置向终点位置移动，移动的过程中计算机采集冲击压力和水流密度值，并以指定的文件名保存。保存的默认路径为“程序安装路径data”。图6 参数设置提示框如测试过程中，需要喷嘴停止移动，则点击停止按钮，喷嘴不再移动，测试过程结束。44 现场画面及实时曲线启动测试后，默认显示为程序主界面，如图4所示。该界面的喷嘴移动监视区即时反映喷嘴实际的移动情况，即现场画面。在此界面可以观察到测试的全过程。测试过程中点击实时曲线按钮显示如图7所示的界面。该界面显示了水流密度和冲击压力在喷嘴移动方向上的分布图，水流密度和冲击压力的变化值在界面下部的数据框里可以实时显示。图7 实时曲线界面45 数据管理图8 数据管理点击数据管理按钮，弹出如图8所示的对话框。对话框的数据区显示数据库中所有测试实验的参数。选中某次实验记录，被选中的记录呈蓝色，然后可对此次记录进行以下操作。1计算：点击计算按钮，可计算喷嘴在测试条件下的喷射角和气水比。2删除数据：删除选中实验数据记录。3保存数据：备注的内容可修改，修改后需点击保存数据按钮保存。4查看曲线：点击此按钮后，弹出历史曲线对话框，显示所选实验水流密度及冲击压力的分布曲线，如图9所示。图9 历史曲线对话框5报表预览、报表打印：在报表中显示出所测试喷嘴的水流密度和冲击压力值及其分布曲线。6退出：返回至主界面。5 测试方法51 准备工作 开启仪器总电源、步进电机电源和计算机，运行测试软件。检查供水管路和供气管路的工作状况。52 测试步骤1安装喷嘴：把喷嘴安装到喷嘴连接管上，并将连接管固定。2调安装高度：调节垂直方向的旋柄，使喷嘴下平面到压力传感器上平面间的距离等于安装高度。3打开水路和气路开关，调节水压，气压及其流量至实验条件。4喷嘴对中：调节水平方向的旋柄和喷嘴的旋转方向，使落在测试箱底板上的喷射水处于两传感器之间的直线上，保证喷嘴对中。5预测试：为了消除水的润湿和粘附对传感器的影响，初次实验要使喷嘴先在喷水状态下运行一次。首先点击参数设置按钮，喷嘴移动速度选为10mm/s其他参数任意设置将名称命名为Protest。然后点击启动按钮，喷嘴往复运行一次返回到初始点后，点击停止按钮。用防水罩罩在压力传递杆上，然后把压力传感器的显示值清零。预测试完成。6正式测试：设置试验参数，建议采集时间为1s，喷嘴移动速度为5mm/s。点击启动按钮；使喷嘴从压力传感器处开始运行并采集数据；当喷嘴移动到水流密度传感器所在位置处后，喷嘴单侧的水流密度及冲击压力数据采集完毕；喷嘴继续移动回复到测试初始位置压力传感器处。喷嘴到达水流密度传感器位置后，把防水罩再罩回到集水槽上，清空盛水槽中的水。喷嘴回复到初始位置，弹出“下一步实验步骤”对话框，如图10所示。图10 下一步实验步骤提示框7旋转方向：关闭水路和气路开关，将喷嘴旋转180度。重复3，4步的操作。8反向测试（喷嘴对称性测试）：点击图10对话框中的确定按钮，点击的同时，拿开防水罩。喷嘴开始从起始位置移动，计算机采集数据。当喷嘴移动到水流密度传感器所在位置处后，喷嘴另一侧的水流密度和冲击压力数据采集完毕。喷嘴继续移动回复到测试初始位置。到此为止，一次完整的喷嘴水流密度和冲击压力的分布情况测试完毕。测试注意事项：1测试开始，如果冲击压力的值在起始点发生突变，如从0突然增大，或从一大值垂直减小，则停止测试。重新选择上一次的实验参数，再启动测试。2不能在水对压力传感器有冲击的状态下对其值清零，应关闭水路气路开关，或用防水罩屏蔽，屏蔽时不能使防水罩与压力传递杆上表面接触。3压力传递杆要位于压力传感器位置处圆孔的中心，不与孔壁接触。4防止盛水槽中的水量超过天平的量程，甚至溢出，每采集完喷嘴一侧的数据后，用防水罩罩在集水槽上，倒空盛水槽中的水。6 测试结果61测试结果的查看喷嘴水流密度和冲击压力测试得到的分布曲线和参数情况可以在数据管理界面中查看，如图8所示，并可以通过报表打印测试结果。图11 报表显示的测试结果水流密度和冲击压力测试得到的数据值以文本格式保存在软件安装所在目录的Data文件夹中，文件名W中保存的是水流密度的测试值，文件名P中保存的是冲击压力的测试值，可以用记事本打开查看。62 水流密度三维图的绘制水流密度的三维图是应用MATLAB数学软件绘制。首先要测试喷嘴在喷射条件相同水平纵向位置不同情况下的水流密度，然后根据软件绘图。绘制过程如下：1 运行MATLAB程序，如图12所示。2定义横坐标、纵坐标和水流密度值三个向量在命令窗口（Commond Window）中，输入各测试点的X轴坐标（即水流密度文件中的各测试点的位置），可直接复制文件中的数据；X=-337.11 -332.06 -326.36 -321.25 -316.15 -310.89 -305.84 -300.78 -295.51 -290.41 -285.21 -280.15 -275.05 -269.78 -264.65 -258.95 -254.24 -249.15 -243.89 -238.83 -233.72 -228.47 -222.96 -218.24 -212.96 -207.89 -202.26 -197.16 -192.49 -187.26 -182.21 -176.53 -171.46 -166.36 -161.65 -156.36 -150.70 -145.65 -140.57 -135.30 -129.80 -125.10 -119.86 -114.80 -109.54 -104.44 -99.34 -94.04 -88.93 -83.30 -78.22 -72.97 -68.47 -63.19 -58.09 -52.41 -47.30 -42.06 -37.35 -32.30 -26.64 -21.94 -16.31 -11.28 -6.15 -0.88 0.00 2.90 7.99 13.10 18.38 23.47 28.55 33.79 38.90 44.16 49.26 54.38 59.66 65.13 69.84 75.44 80.71 85.22 90.46 96.10 100.75 106.24 111.45 116.91 121.59 127.26 132.35 137.00 142.66 147.90 152.96 158.01 163.29 168.00 173.49 178.19 183.89 189.01 193.70 199.34 204.56 209.65 214.76 220.05 225.17 229.88 235.51 240.58 245.84 250.96 256.08 261.75 266.46 271.79 276.89 282.01 286.69 292.36 297.44 303.06 307.78 313.05 318.16 322.85 328.92 333.61 338.67图12 MATLAB运行界面然后输入Y坐标，即每次测试喷嘴在水平纵向偏移位置(如每次偏移3mm)；Y=-6 -3 0 3 6 最后输入每次测试的水流密度结果，定义为Z向量；Z= 0.67 1.00 1.25 0.83 0.83 0.75 0.58 1.25 1.58 1.08 1.50 1.17 1.17 1.50 1.25 1.75 1.33 1.58 2.08 1.83 1.75 2.50 2.17 4.17 2.92 3.50 3.92 3.33 3.25 5.25 3.50 5.00 4.25 5.25 4.17 5.00 6.08 4.25 5.17 6.00 4.67 5.33 5.75 4.67 5.58 4.83 4.08 5.50 4.33 4.83 3.67 4.75 3.67 3.58 4.17 3.50 3.50 4.17 3.42 2.92 3.50 3.08 3.25 2.58 3.67 3.75 3.58 4.42 3.00 4.50 2.17 3.25 3.67 3.33 3.17 4.17 3.17 4.42 3.67 3.58 4.58 3.67 3.83 5.08 4.42 4.75 4.50 6.08 4.42 4.25 6.08 4.92 5.42 5.83 3.92 5.33 4.33 5.50 4.92 3.83 4.17 5.42 4.33 3.25 5.08 3.33 4.17 2.75 3.25 4.08 1.33 3.67 1.83 2.25 1.67 1.50 1.75 1.33 1.58 1.25 1.08 1.00 1.25 1.25 0.83 0.83 0.92 1.17 0.75 1.17 0.83 0.83 0.92 ;1.40 2.10 2.63 1.75 1.75 1.57 1.23 2.63 3.32 2.28 3.15 2.45 2.45 3.15 2.63 3.68 2.80 3.33 4.37 3.85 3.68 5.25 4.55 8.75 6.12 7.35 8.23 7.00 6.82 11.03 7.35 10.50 8.92 11.02 8.75 10.50 12.77 8.93 10.85 12.60 9.80 11.20 12.08 9.80 11.73 10.15 8.58 11.55 9.10 10.15 7.70 9.98 7.70 7.53 8.75 7.35 7.35 8.75 7.18 6.12 7.35 6.48 6.83 5.42 7.70 7.88 7.52 9.27 6.30 9.45 4.55 6.82 7.70 7.00 6.65 8.75 6.65 9.28 7.70 7.52 9.63 7.70 8.05 10.68 9.27 9.98 9.45 12.78 9.28 8.93 12.77 10.33 11.37 12.25 8.22 11.20 9.10 11.55 10.33 8.05 8.75 11.37 9.10 6.83 10.67 7.00 8.75 5.78 6.83 8.57 2.80 7.70 3.85 4.73 3.50 3.15 3.68 2.80 3.33 2.63 2.27 2.10 2.63 2.63 1.75 1.75 1.92 2.45 1.57 2.45 1.75 1.75 1.92 ; 2.22 3.33 4.17 2.78 2.78 2.50 1.94 4.17 5.28 3.61 5.00 3.89 3.89 5.00 4.17 5.83 4.44 5.28 6.94 6.11 5.83 8.33 7.22 13.89 9.72 11.67 13.06 11.11 10.83 17.50 11.67 16.67 14.17 17.50 13.89 16.67 20.28 14.17 17.22 20.00 15.56 17.78 19.17 15.56 18.61 16.11 13.61 18.33 14.44 16.11 12.22 15.83 12.22 11.94 13.89 11.67 11.67 13.89 11.39 9.72 11.67 10.28 10.83 8.61 12.22 12.50 11.94 14.72 10.00 15.00 7.22 10.83 12.22 11.11 10.56 13.89 10.56 14.72 12.22 11.94 15.28 12.22 12.78 16.94 14.72 15.83 15.00 20.28 14.72 14.17 20.28 16.39 18.06 19.44 13.06 17.78 14.44 18.33 16.39 12.78 13.89 18.06 14.44 10.83 16.94 11.11 13.89 9.17 10.83 13.61 4.44 12.22 6.11 7.50 5.56 5.00 5.83 4.44 5.28 4.17 3.61 3.33 4.17 4.17 2.78 2.78 3.06 3.89 2.50 3.89 2.78 2.78 3.06; 1.40 2.10 2.63 1.75 1.75 1.57 1.23 2.63 3.32 2.28 3.15 2.45 2.45 3.15 2.63 3.68 2.80 3.33 4.37 3.85 3.68 5.25 4.55 8.75 6.12 7.35 8.23 7.00 6.82 11.03 7.35 10.50 8.92 11.02 8.75 10.50 12.77 8.93 10.85 12.60 9.80 11.20 12.08 9.80 11.73 10.15 8.58 11.55 9.10 10.15 7.70 9.98 7.70 7.53 8.75 7.35 7.35 8.75 7.18 6.12 7.35 6.48 6.83 5.42 7.70 7.88 7.52 9.27 6.30 9.45 4.55 6.82 7.70 7.00 6.65 8.75 6.65 9.28 7.70 7.52 9.63 7.70 8.05 10.68 9.27 9.98 9.45 12.78 9.28 8.93 12.77 10.33 11.37 12.25 8.22 11.20 9.10 11.55 10.33 8.05 8.75 11.37 9.10 6.83 10.67 7.00 8.75 5.78 6.83 8.57 2.80 7.70 3.85 4.73 3.50 3.15 3.68 2.80 3.33 2.63 2.27 2.10 2.63 2.63 1.75 1.75 1.92 2.45 1.57 2.45 1.75 1.75 1.92;0.67 1.00 1.25 0.83 0.83 0.75 0.58 1.25 1.58 1.08 1.50 1.17