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GCX-18C通用智能型電工、電子實驗室設備

GCX-18C通用智能型電工、電子實驗室設備　通用智能型電工、電子實驗室實驗室功能：裝置提供了齊全的各種電源及信號源，以及各種儀表，為學生提供了一個完全開放的，可充分發揮創新潛能的平臺，在此平臺上，可以做電工電子常用實驗，還可做技能競賽、課程設計、畢業設計和科技開發；而且模塊維修方便，可放手讓學生操作、試驗，無后顧之憂。該設備依據《電工基礎》課程實驗，以模塊化形象化的思路精心組織設計而成，它將現有傳統知識型課程重組為模塊化課程, 適合于各類院校的 "電路分析"、"電工學"等課程教學實驗，也可與其它教材配合使用?！駥嵱柶列泵媸皆O計，學員操作時可站可坐，很符合人體工程學。●設備的高度控制在1.2米以下，學員坐立操作時，視線完全不受設備阻擋，可清楚地觀看教師在講臺上的授課，使設備在實訓室中可以因地制宜地布局，增加了設備布局的靈活性，增強了設備的場地利用率。●實訓臺的兩用功能：一用為可提供各種電源及控制按鈕(左邊設計為操作面板)；二用為可放示波器及函數信號發生器(右邊設計成空位)。一、產品的特點：電工電子實驗室設備具有較完善的安全保護措施，較齊全的功能（詳見實驗臺結構簡介）。實驗桌中央配有通用電路板，電路板注塑而成，表面布有九孔成一組相互聯通的插孔，元件盒在其上任意拼插成實驗電路，元件盒盒體透明，直觀性好，盒蓋印有永不褪色元件符號，線條清晰美觀。盒體與盒蓋采用較科學的壓卡式結構，維修拆裝方便。元器件放置在實驗桌下邊左右柜內，大大提高了管理水平，規劃化程度，大大減輕了教師實驗準備工作。二、實驗臺及操作桌結構：1．實驗臺外殼尺寸：123×35×20cm2．三相保險座3．三相電源輸入指標4．總開關：實驗臺電源總開關，帶漏電、過載保護5．試驗按鈕：試驗漏電開關漏電功能6．電源輸入指示1只7．電源輸出指示3只(紅、綠、黃三色)8．交流電壓表：指示輸出線電壓9．電壓轉換開關：與電壓表配合使用，監示輸出線電壓的大小與對稱情況10．接線座5只：A單元三相四線及地線輸出11．電流表W相電流輸出指示12．O/I開關：三相四線電源輸出控制(提高安全系數)13．接線座2只：B單元交流低壓電源輸出14．電表(2A)：B單元交流電流指示15．旋鈕：B單元3-24V交流低壓選擇輸出16．開關：C單元雙路直流穩壓電源開關17．旋鈕：C單元雙路Ⅰ路穩流調節18．旋鈕：C單元雙路Ⅱ路穩流調節19．接線座2只：C單元Ⅰ路直流穩壓輸出20．保險座：C單元雙路穩壓電源保險21．電表4只：雙路穩壓電源電壓、電流指示22．接線座：D單元直流5V穩壓輸出23．電表：D單元電流0.5V輸出指示24．開關1：控制各低壓交流電、信號源25．開關2：控制E單元交直流調壓電源26．電表：E單元交流電壓輸出指示27．接線座4只：E單元交流、直流輸出口28．旋鈕：E單元0～240V電壓調節29．插座：G單元220V輸出插座30．旋鈕：音頻功率放大器音量調節31．接線座2只：音頻信號輸入32．按鈕：單次脈使能開關33．接線座3只：單次脈沖輸出口34．電表：函數發生器正弦波輸出電壓指示35．旋鈕：正弦波輸出三級衰減幅度粗調36．旋鈕：正弦波輸出口37．接線座：正弦波輸出口38．旋鈕：矩形波輸出幅度調節39．接線座：三角波輸出口40．旋鈕：函數信號發生器頻率細調41．接線座：矩形波輸出口42．旋鈕：函數信號發生器五級頻率粗調43．電表：函數發生器輸出頻率指示44．萬用表：500型45．智能型交流電路測量電表：通過開關切換可同時測量電路I、U、KW、Kwh、T，八位液晶顯示。46．實驗桌面尺寸：160×70cm47．通用電路板：規格35×90cm，元件盒在其上任意拼插進行實驗48．儲存板：放置元件盒49．左儲存柜：放置儲存板（帶門鎖）50．抽屜：放置常用工具51．右儲存柜：放置儲存板（帶門鎖）52．示波器：型號不限（用戶自備）53．工具三、實驗臺主要技術指標：1、輸入工作電源：三相四線2、輸出電源及信號A單元：三相四線B單元：交流3、6、9、12、15、18、24VC單元：雙路恒流穩壓電源（具有過載及短路保護功能），二路輸出電壓都為0～30V，內置式繼電器自動換檔，由多圈電位器連續調節，使用方便，輸出*電流為2A，具有預設式限流保護功能。電壓穩定度：<10-2 負載穩定度：<10-2 紋波電壓：<5mvD單元：直流穩壓5V，電流0.5AE單元：交直流電壓0～240V連續可調，電流2AF單元：220V電壓輸出，供外接儀器使用。3、單次脈沖源：每次均可輸出一對正負脈沖4、函數信號發生器（正弦波、三角波、矩形波）①頻率范圍：5HZ-550KHZ分五個頻段②頻率指示：由HZ表直接讀出③電壓輸出范圍：正弦波：5HZ-250KHZ>4.5V、250KHZ-550KHZ>3.5V三級衰減：0db、20db、40db具有連續細調矩形波：5HZ-250KHZ>4.5V、250KHZ-550KHZ>3.5V，幅度連續可調三角波：5HZ-550KHZ>１V5、音頻功率放大器：輸入音頻電壓不低于10mv，輸出功率不小于1W，音量可調，內有喇叭，用于放大器電路擴音，也可作信號尋跡儀器使用。6、智能型多功能交流測量電表：精度1.0級，能同時測量電路電流I、電壓U、功率Kw、電能Kwh和工作時間T，八位液晶顯示。7、絕緣電阻：>5MΩ8、漏電保護：漏電動作電流≤30mA四、結構與配備（以二十四座為例）1、實驗桌：12臺學生實驗桌，一臺兩座，桌子外形尺寸：160×70×80cm。桌中央配置通用九孔電路板(尺寸：35×90cm )根據實驗電路在其上任意拼插元件盒成實驗電路，元件盒盒體透明直觀，內裝元件一目了然，盒蓋印有永不褪色元件符號，盒蓋與盒體結合采用較科學的壓卡式結構，維修拆裝方便。每張臺桌配有一粒膠皮板，保護通用底板與桌面（如需在桌上放置電動機、焊接等）桌下部是元件儲存柜，放置實驗元器件。2、示教控制臺：1臺示教控制臺，分別控制12臺學生臺的電源。通用電路板演示屏立在實驗臺上，演示屏尺寸為160×70cm。用于講解、演示。3、實驗臺：13臺，學生實驗桌及示教控制臺上各配1臺。4、器材配備：13臺180W電動機，26只時間繼電器，26只熱繼電器，65只交流接觸器，156只交直流電表，13只MF-47萬用表，13套剝線鉗、螺絲刀等工具，13套實驗所需電阻、電位器、電感線圈、變壓器、二極管、三極管、場效應管、集成電路、集成座、可控硅、邏輯電平開關及邏輯電平指示、傳感器件等元件盒（元件已裝在元件盒內）。5、用戶自備器材：示波器（型號不限），晶體管毫伏表，滑線變阻器等。五、實驗項目：（1）電工實驗　　　　　　　1．電工測量儀表的使用　　　　　　　2．常用元件的識別與檢測　　　　　　3．線性元件與非線性元件的伏安特性4．電源的外特性　　　　　　　5．電位值、電壓值的測定　　　　6．電流表和電壓表的擴程　　　　　　　7．基爾霍夫定律的驗證　　　　8．驗征楞次定律9．迭加原理與互易定理的驗證　　　　　10．戴維南定理與諾頓定理的驗征　　　　11．電壓源與電流源的等效變換　　　　　12．受控源特性的研究　　　　　　　　　13．一階電路實驗　　　　　　　　　　　14．二階電路的過渡過程15．研究LC元件在直流和交流電路中的特性16．負載獲得*功率的條件17．交流電路參數的測量18．正弦交流電路中RLC元件的特性19．RL及RC串聯電路實驗20．RLC串聯諧振電路21．日光燈電路的連接及功率因數改善22．三相負載的星、三角接法23．三相電路及功率的測量24．R-C選頻網絡的研究25．二端口網絡研究　26．單相變壓器實驗　　　　　　27．互感電路實驗28．三相異步電動機的使用與起動29．三相電動機繼電接觸控制的基本電路30．三相電動機Y一△起動控制實驗31．三相電動機的順序控制實驗32．三相電動機能耗制動控制實驗利用上述32項實驗的元器件也可完成下面電路實驗33．最簡單的電路　　　　　　　　　　　34．電路中各點電位與參考點的選擇　　35．電阻的串聯　　　　　　　　　　　　36．電阻的并聯　　　　　　　　　　　　37．電阻的混聯　　　　　　　　　　　　38．電阻分壓器電路　　　　　　　　　　39．全電路歐姆定律　　　　　　　　　　40．電橋的應用與平衡條件　　　　　　41．節點電壓法　　　　　　　　　　　42．回路電壓法　　　　　　　43．支路電流法　　　　　　　　　　　　44．RCL并聯電路　　　　　　　45．串聯電路　　　　　　　　　46．變壓器結構及工作原理　　　　　47．基爾霍夫第一定律　　　　　　　　　48．基爾霍夫第二定律　　　　　　　　　49．日光燈電路原理　　50．擴大電壓表量程　　　　　　　　　51．擴大電流表量程52．RC電路的過度過程　　　　　　　　53．RL過渡過程　　　　　　　　　　54．電容的串聯電路　　　　　　　　　55．電容的并聯電路　　　56．電容器的充放電57．電容器在交直流中的作用58．條形磁鐵在線圈中的運動59．電容的混聯60．純電阻、電感、電容電路61．磁耦合線圈的順串62．磁耦合線圈的反串63．歐姆表的工作原理64．雙聯開關二地控制65．用示波器觀察磁滯回線66．磁路歐姆定律67．兩線圈的互感及同名端68．互感耦合69．提高功率因數的方法70．單相電路功率的測量71．收錄機電源電路72．濾波電路73．電阻與溫度的關系:用伏安法測出燈絲在不同電壓下的阻值。74．三相異步電機閘刀控制正轉實驗75．具有過載保護的控制線路76．按鈕控制的正反轉控制線路77．接觸器控制星一三角降壓起動控制線路（2）電子實驗1．晶體二極管的特性及檢測　　　　　　2．晶體三極管輸入輸出特性3．低頻小信號電壓放大器4．直接耦合兩級放大器5．RC耦合兩級放大器6．負反饋對放大器性能的影響7．變壓器耦合推挽功率放大器8．互補對稱推挽功率放大器(OTL)9．單相半波整流10．單相全波整流11．單相橋式整流12．單相橋式整流濾波13．單結晶體管特性14．單結晶體管觸發電路15．晶閘管簡單測試及可控整流電路16．場效應管測試17．串聯型穩壓電壓18．差動放大電路的研究19．集成運放參數的測試20．集成運放減法電路21．集成運放加法電路22．集成運放積分電路23．集成運放微分電路24．集成運放文氏正弦波振蕩器25．電容三點式振蕩器26．電感三點式振蕩器27．集成穩壓電路28．無穩態電路（多諧振蕩器）29．施密特觸發器30．集成與門邏輯功能測試31．集成非門電路邏輯功能測試32．集成或門電路邏輯功能測試33．集成與非門邏揖功能測試34．CMOS門電路的測試35．基本RS觸發器36．JK觸發器37．D觸發器38．555時基電路的應用（方波發生器)39．二一十進制計數器40．二一十進制8421譯碼器41．加法器42．減法器43．用集成與非門構成單穩態觸發器44．組合邏輯電路利用上述44項實驗元器件也可完成面實驗45．P-N結單向導電特性46．三權管ICBO的測量電路47．三極管ICEO的測量電路48．三極管電流放大　49．三極管的VA特性　50．帶負載的單級小信號電壓放大51．電壓負反饋偏置電路52．分壓式電流負反饋偏置電路53．用熱敏電阻穩定工作點54．用二極管穩定工作點55．分析Ce對低頻特性的影響56．共基極放大實驗電路　57．共集電極放大實驗電路58．共源極基本放大電路59．場效應管自給偏壓放大電路60．場效應管分壓式自偏壓電路61．場效應管共漏極電路62．場效應管共柵極電路63．單管阻容放大電路64．基本直流放大電路65．用電阻提高后級發射極電位66．用穩壓管提高后級發射極電位67．變壓器耦合放大電路68．甲類功率放大電路69．乙類功率放大電路70．串聯電流負反饋71．串聯電壓負反饋電路72．并聯電壓負反饋電路73．并聯電流負反饋電路74．兩級放大電路中的負反饋75．射極輸出電路76．自舉射極輸出電路77．用電容衰減高頻電壓　　　　　　　78．用負反饋消除自激振蕩79．電池監視電路80．場效應管、三極管組成放大電路81．PNP-NPN直接耦合放大電路82．共基共射放大電路83．晶體管開關作用84．液位光電控制85．簡單的溫控電路86．模擬光控簡易路燈自動開關電路87．RC移相振蕩器88．雙T選頻網絡89．雙T選頻網絡組成的振蕩器90．變壓器反饋式振蕩電路91．場效應管變壓器反饋式振蕩電路92．防盜報警電路93．串聯型晶體振蕩電路94．互補音頻振蕩訊響器95．報警訊響器96．音樂門鈴電路97．電子報警器電路98．差動放大電路的基本形式99．電子門鈴電路100．準互補對稱電路101．三管OTL互補對稱電路102．長尾式差動放大電路103．差動輸入單端輸出104．單端輸入雙端輸出105．單端輸入單端輸出106．雙電源式長尾差動放大電路107．差動式放大器實驗電路108．具有恒流源的差動放大電路措施109．單端輸出差動放大電路的溫諷分析110．閃光器電路111．運算放大器的基本接法112．電流差動式運放用作交流比例放大113．Vos的簡易測量方法114．Aos的簡易測量方法　　　　　　　115．Aod的簡易測量方法　　　　116．共模抑制比Cmrr的簡易測試117．*共模輸入電UIcm的簡易測試118．Yopp的簡易測試119．SR的測量方法120．基本同相放大接法121．運放構成的LC振蕩器122．電熱杯調溫電路123．引到反向端輸入調零措施124．引到同向端輸入調零指施125．為使電值不致過大的接法126．利用三極管的基極電流實現Ios的溫度補償127．利用T型網絡提高等效反饋電阻　128．使互補管工作在甲乙類擴大輸出電流的措施129．對電容負載進行校正時措施　　　　130．反相輸入保護措施131．同相輸入保護措施　　　132．利用穩壓管保護器件　　　　　133．電源極性錯接的保護　　　134．電源啟動瞬間過壓保護　　　　135．二極管檢波電路　　　　136．利用PN結的溫度系數測量溫度的電路原理137．雙二極管限幅器138．反相運放基本電路　　　139．可變比例放大　　　140．同相運放基本電路　　　141．電壓/電流變換電路　　　142．電流/電壓變換電路143．電壓跟隨器　　　144．差動放大基本電路　　　145．運算放大器的差動輸　　　　146．反相輸入求和運算　　　147．同相輸入求和運算148．雙端輸入求和運算149．基本積分電路150．EG考濾泄漏阻對的積分運算電路　151．提高積分時間常數的措施152．快速積分電路153．模擬一階微分方程電路154．模擬二階微分方程電路155．基本微分電路156．實用微分電路157．利用間接方法得到近似微分158．基本對數運算電路159．利用三極管的對數特性組成對數運算電路160．反對數放大的基本電路161．Vo正比于VxVy電路162．簡單的過零此較電路163．具有滯迥特性的比較電路164．雙限比較電路165．利用二級管作為上限檢測幅度選擇電路166．雙限三態比較電路167．下限檢幅選擇電路168．基本采樣保護電路169．RC無源網終的低通濾波電路170．濾波電路接到組件的同相輸入端171．濾波電路接到組件的反相輸入端172．簡單二階RC濾波電路173．典型RC有源濾波電路174．兩階有源濾波電路175．多路反饋二級有源濾波電路176．典型二階高通有源濾波電路177．基本帶通濾波電路178．典型帶通濾波電路179．用雙T網絡組成的帶阻濾波180．輸出限幅的反相器181．實用差值運算放大器182．矩形波振蕩電路183．阻容移相觸發電路184．電熱褥調溫裝置185．寬度可調的矩形波發生器186．簡單的鋸齒波發生器187．幅頻可調的鋸齒波發生器188．單相橋式整流常用畫法電路189．全波整流電路的*反向峰值電壓190．電容濾波電路191．電容濾波帶電阻負載　　　　　192．全波整流電容濾波電路193．RC濾波電路194．多段RC濾波電路　　　195．基本的LC濾波電路　　　196．T型濾波電路　　　197．二倍壓整流電路　　　198．三倍壓整流電路　　　199．基本穩壓管穩壓電路　　　200．基本調整管穩壓電路　　　201．具有放大環節的穩壓電路　　　202．調整管穩流電路　　　203．電子濾波器　　　204．串聯穩壓電路　205．并聯穩壓電路206．電子催眠器　　　207．三端集成穩壓電路208．正電源輸出可調的集成穩壓電路209．單相全波可控整流210．硅穩壓管穩壓電路211．單相半波可控整流212．單相橋式半控整流213．充電用硅整流器原理214．感性負載對晶閘管的影響215．晶閘管觸發導通試驗216．反電動勢負載晶閘管電路217．簡易電子調壓電路218．測試單結管分壓比n219．單結管振蕩電路220．單結管觸發應用電路221．二極管"與"門電路222．三極管"或"門電路223．與邏輯形象化224．或邏輯形象化225．非邏輯形象化226．三極管"非"門227．三極管"與非"門228．三極管"或非"門229．三扳管雙穩態電路230．三極管單穩態電路231．三極管多諧振蕩電路232．置位觸發電路233．射極耦合雙穩態234．對稱式多諧振蕩器235．環形多諧振蕩器236．微分型單穩態電路237．集成施密特電路238．矩形波發生器239．單脈沖電路240．連續脈沖發生器

上海計呈教學設備有限公司 2025-04-22

合金化阻燃鎂合金的產業化

合金化阻燃鎂合金的產業化一、項目簡介鎂合金是目前最輕的金屬結構材料，其密度大約在1.75～1.85g/cm3之間，僅相當于鋁的2/3，鋼的1/4。同時鎂合金還具有比強度和比剛度高、導熱導電性好、阻尼減震、電磁屏蔽、易于加工成形和容易回收等優點，在汽車、電子通信、航空航天和國防軍事等領域具有極其重要的應用價值和廣闊的應用前景，被譽為“21世紀綠色工程材料”。但是鎂合金由于自身化學活性很強，而且氧化后不能形成致密的氧化膜。鎂合金在高溫熔煉和加工成形過程中容易氧化燃燒，從而限制了鎂合金的發展前景。因而有必要尋找一種經濟、實用、無污染的鎂和金熔煉保護方法以防止鎂合金生產過程中的氧化燃燒問題。目前較為成熟的鎂合金阻燃方法有熔劑保護法和氣體保護法。然而，對于熔劑保護法而言，在熔劑的使用過程中會產生大量有刺激性氣味的氣體（如HCl、Cl2），給環境造成危害；且容易產生熔劑夾雜，損害合金的機械性能和耐腐蝕性能。氣體保護法通常是通入一定量的SF6和CO2的混合氣體，使用過程中產生SO2、SF4等有毒氣體，甚至會產生劇毒氣體S2F10，造成環境污染，且SF6和CO2能長期滯留在大氣中，產生巨大的溫室效應。另外氣體保護法還需要有復雜的混氣裝置和密封裝置，而且從熔煉到澆鑄也需要復雜的輸送設備，因而加大了一定的成本。針對熔劑保護法和氣體保護法帶來的問題，20世紀50年代人們提出了合金化阻燃的想法，其主要原理在于向鎂合金中添加適量的低氧位合金元素（即其與氧的親和力大于鎂與氧的親和力），使其在熔煉、澆注過程中自動生成致密的復合氧化膜，從而阻止鎂合金的進一步氧化燃燒。本課題正是基于此思想，希望通過向鎂合金中添加某些合金元素，使得鎂合金獲得優良的阻燃性能，同時不降低其力學性能。然而合金熔體表面氧化膜結構的改變必然同時改變了熔體表面張力的大小，因而可以通過研究表面張力大小對氧化膜結構改變的影響，進而找到合金元素含量、阻燃性能和表面張力之間的定量關系，從而使本課題所得結果能夠指導實際生產。合金化阻燃法將大大降低設備及工藝的復雜程度，同時也不會對環境造成嚴重污染，具有較強的實用價值及巨大的發展潛力。二、項目技術成熟程度本課題組長期從事合金化阻燃鎂合金材料及其相關加工工藝方面的研究，目前已經建了一系列鎂合金相關的研究方法和性能檢測方法。研究的基體不僅包括工業純鎂，也包括商業應用最為廣泛的AZ91D，添加阻燃元素包括Ca和不同含量的Re元素?，F已經取得以下研究成果：2.1 鎂合金起燃溫度測試系統的建立2.1.1 概述鎂合金起燃溫度的準確測試是研究阻燃鎂合金過程中的關鍵一步，也是本課題的一個難點。傳統的測試方法有觀察法和溫度記錄儀法。觀察法就是在敞開的爐中加熱試樣，當觀察到試驗燃燒時讀取電爐溫度控制器的溫度并記錄，作為試樣的燃點溫度。此方法簡單易行，但是測試的結果受人為因素影響較大，誤差較大。溫度記錄儀法就是利用熱電偶作為溫度傳感器，使用溫度記錄儀記錄溫度時間曲線。鎂及其合金燃燒時放出的熱量會使溫度升高的速率發生急劇變化，從而使溫度-時間曲線發生拐點，此拐點處溫度即為燃點溫度。近年來隨著計算機技術的飛速發展，出現了基于數據采集技術的燃點測試方法。這類方法也是利用了鎂及其合金燃燒時釋放的熱量使爐內溫度上升速率加快的現象。基于數據采集技術的燃點測試方法可把所采集的溫度時間曲線保存起來待日后分析，燃點溫度的確定可通過軟件編程自動識別。本課題自行開發了基于數據采集技術的鎂及鎂合金燃點測試分析系統。鎂合金起燃溫度測試系統從功能上可分為硬件部分和軟件部分，硬件部分主要完成溫度的傳感、信號的調理及數據采集；軟件部分主要完成溫度的實時顯示、實驗數據的存儲、實驗數據的回放分析等功能。2.1.2 硬件構成及功能本課題所建立的鎂合金起燃溫度測試系統的硬件組成主要由坩堝式電阻爐、TCW-32B型溫度控制器、數據采集卡以及電腦組成，其組成結構見圖1所示。該電阻爐與溫度控制器具有節能、可編程控制以及加熱速度可調等優點。溫度傳感器采用K型熱電偶。由于溫度采集的采樣率不需要很高，因此數據采集卡采用了研華USB-4718型，該數據采集卡為8路熱電偶輸入，支持USB2.0，無需外部電源，與筆記本電腦可構成便攜式測試系統；該卡還具有3000VDC隔離保護，支持4~20mA，能夠對熱電偶信號進行內部調理，無需外加調理電路，降低系統的成本及開發時間。其中一支熱電偶接入溫度控制器對電阻爐進行控溫，然后再接入數據采集卡；另一支熱電偶用來測試試驗樣品的溫度，因而直接接入數據采集卡。數據采集卡將這兩路溫度信號通過USB接口傳送到電腦進行記錄并顯示。坩堝式電阻爐的結構如圖1所示，在電爐底部開有通風孔，盛放試樣的物品應采用帶孔的結構或者石棉網，以保證良好的供氧條件。1.坩堝式電阻爐；2.耐火磚墊；3.坩堝；4.試樣；5．熱電偶；6.溫度控制器；7.數據采集卡；8.電腦圖1 鎂合金燃點測試裝置示意圖2.1.3 軟件功能及關鍵技術鎂合金起燃溫度測試系統軟件部分是利用LabVIEW8.5開發的，其界面見圖2。該軟件界面從功能上可大致分為三個區域：實驗參數設置區、實驗參數動態顯示區和軟件功能控制區。實驗參數設置區可對實驗采用的熱電偶類型、數據采集卡的通道、實驗名稱、實驗數據保存路徑以及采樣率等參數進行設置。實驗參數動態顯示區可實現對所采集的兩路溫度的直觀動態顯示以及溫度—時間曲線的動態顯示。軟件功能控制區可完成對實驗進度的控制，如數據采集的開始與結束、界面的刷新、溫度曲線的回放顯示以及系統的退出等功能。圖2 鎂合金起燃溫度測試系統軟件界面軟件與硬件的通訊是通過調用研華提供的底層驅動函數實現的，一個通道的數據傳輸程序框圖見圖3。由于該數據采集卡不支持8路信號的并行通信，也就是說數據采集卡的8路輸入信號的讀取要按順序循環讀取，所以要想實現多路溫度信號的傳輸，必須在軟件上來完成。本文是通過調用順序結構的方法來實現對兩通道數據的順序讀取的。圖3 數據傳輸程序框圖為了能夠對實驗數據進行事后分析，軟件要提供對所采集的數據的存儲功能，存儲的數據一定要和相應的實驗名稱結合起來，以防止實驗數據混淆。本軟件是通過對實驗數據進行命名與計算機自動生成名稱相結合的方法來避免數據的混淆。也就是說，對每個實驗進行命名后，由于每個實驗不一定只做一個實驗數據，因此系統會自動生成一個以精確到秒的時間字符串做為實驗名的后一部分，如“mg1.2ca-1熔體溫度20100531204001.bin”。實驗數據在存儲時同時被存儲為二進制格式和文本格式，路徑及文件名生成以及數據存儲的的程序框圖如圖4所示。圖4 數據存儲程序示意圖由于軟件在數據采集過程中顯示區域顯示的是動態過程，所以無法看到所采集的數據全貌，因此軟件提供了對所采集的實驗數據的回放顯示功能，既可顯示一條曲線，也可同時顯示多條曲線進行對比分析，此功能是通過調用子VI（Virtual Instruments的簡寫，即虛擬儀器）的方式實現的。通過按下主界面的“單曲線顯示”或“多曲線顯示”即可調出一個新的顯示窗口。多曲線顯示的曲線條數可以輸入。多曲線顯示的界面及程序框圖見圖5。為了軟件使用過程中的方便，提供了界面刷新功能，按下“界面刷新”后軟件界面可恢復到默認狀態?？紤]到每次測燃點溫度時實驗名稱或者數據存儲的路徑可能會相同，所以建立了“實驗名稱”和“存儲路徑”兩個全局變量，同時建立了一個配置文檔。每次軟件更改實驗名稱或存儲路徑時，都要修改全局變量的值，軟件退出時，要把最后的實驗名稱和存儲路徑存到配置文檔中，當再一次打開運行軟件時，要打開配置文檔讀取實驗名稱和存儲路徑的信息作為軟件界面的默認值。 (a) 程序框圖 (b) 程序界面圖5 多曲線顯示為了使軟件運行的更流暢、使用更方便，軟件中還應用了很多容錯技術。容錯技術包括軟件的自檢和硬件自檢兩部分。軟件自檢包括檢查輸入的存儲路徑是否正確、實驗名稱是否為空等，以保證數據存儲的可靠性。硬件自檢主要是在點擊“開始采集”按鈕后，檢測數據采集卡工作是否正常，如果數據采集卡異常，軟件會報警并返回到初始狀態，避免了由于數據采集卡異常導致的死機。2.1.4 系統測試及起燃溫度的確定將電阻爐加熱至500℃左右，再將塊狀鎂合金放入帶孔的坩堝，然后將其置入電阻爐中，并使測量鎂合金溫度的熱電偶與塊狀鎂合金接觸，使電路按固定加熱速率進行加熱，并開始數據采集。數據采集過程的界面見圖2，經測試，軟硬件各項功能正常。所采集的溫度-時間曲線如圖6所示。鎂合金在開始燃燒瞬間，放出大量的熱量使溫度急劇上升，會在溫度-時間曲線上出現一個拐點。本課題中，將溫度-時間上的第一個拐點所對應的溫度值定義為燃點。圖6 典型溫度-時間采集曲線2.1.5 小結（1）本章建立了鎂合金起燃溫度測試硬件系統，該系統由坩堝式電阻爐、溫度控制器、熱電偶、研華USB-4718型數據采集卡及電腦組成，所建立的硬件系統成本低、結構簡單、測試系統便攜。（2）本章開發了鎂合金起燃溫度測試軟件系統，該軟件采用LabVIEW8.5開發，具有數據采集、數據動態顯示、實驗數據存儲、數據回放分析等功能。軟件界面友好，操作簡單，容錯性強。（3）本章對所建立的鎂合金起燃溫度測試系統軟硬件進行了測試，測試結果表明，所建立的測試系統各項功能正常，能夠很好的完成對鎂合金起燃溫度的測試，并給出了確定起燃溫度的方法。2.2 鎂合金熔體表面張力裝置的建立2.2.1 概述我們通常將物體表面單位長度上作用的力稱作表面張力，單位為N/m，而且通常我們所說的表面張力指的是液相與氣相接觸面上的表面張力。在液態金屬或者合金與氣體組成的體系中，與氣體接觸的液體表面層原子處于不平衡力場中，即與表面層原子接觸的液體中的原子與表面層原子距離較小，且數目量多，因此作用力較大；而與表面層原子接觸的氣體中的原子與表面層原子距離較大，且數量少，因此作用力較小。這樣就產生了方向垂直于液體表面，指向液體內部的力，如圖7所示。該力使液體表面有如一彈性膜所包圍，傾向減少其表面，因此產生了表面張力。表面張力的大小不但與液體本身的性質有關，而且與它相接觸的相的性質有關。圖7 熔體表面原子模型表面張力是液態合金重要的物性參數，它不僅是研究界面反應動力學的基礎，而且在金屬凝固過程和鑄造合金參數的預測中起著重要作用，因此，研究液態合金熔體表面張力具有重要理論價值和實際意義。在阻燃鎂合金的研究領域，特別是在阻燃鎂合金的熔煉與制備過程中，合金液在高溫下的急劇擴散與在凝固過程中晶粒的形成，尤其是晶體在長大時，稀土元素會富集在相界上，在液態下有表面聚集的趨勢,元素的擴散必然會對熔體的表面張力和氧化膜結構產生影響，因而我們可以通過研究稀土阻燃鎂合金熔體特性特別是在不同狀態下熔體表面張力的變化對氧化膜結構改變的影響規律，進而找到表面張力與阻燃性能之間的對應關系。2.2.2 表面張力的測量方法表面張力的測量方法有很多，總體上可分為動態法和靜態法兩類。動態法是以測量決定某一過程特征的數值來計算表面張力，主要有毛細管波法和振蕩射流法。通常在溶液表面張力隨時間變化變化較快時需要用動態法測量，如用振蕩射流法測定的時間變化可以小到1ms左右。在現階段，動態法測量表面張力還不完善，測量誤差較大，因而，實際應用很少。主要的方法有毛細管上升法、懸滴法、滴重法、最大氣泡法、拉筒法、液滴外形法和電磁懸浮法等。常溫或低于200℃下的液體表面張力測量方法較多。但是，多于液態金屬、爐渣、熔鹽等高溫熔體，增加了測量的難度和復雜程度，應用于高溫熔體表面張力的測量方法主要有最大氣泡法、電磁懸浮法、拉筒法和靜滴法?？紤]到試驗的測量精度和設備的復雜程度，本課題采用最大氣泡法測量鎂合金熔體表面張力。最大氣泡法Simon于1851年提出，后由Canter、Jaeger分別從理論和實用角度加以發展。實驗步驟是，將一毛細管插入待測液體內部，再向管中緩慢通入惰性氣體，隨著吹入氣體壓力的增大，氣泡逐漸長大，當氣泡恰好是半球時，氣泡內的壓力達到最大值，此時通過測量氣泡壓力，計算得到液體的表面張力值。2.2.3 表面張力的測量裝置本課題采用“最大氣泡壓力法”測定鎂合金熔體表面張力，實驗裝置如圖8所示：圖2.4 最大氣泡壓力法測試表面張力裝置簡圖Fig. 2.6 BMP Surface tension testing schematic圖8 最大氣泡法測量熔體表面張力裝置1.氬氣瓶2.壓力表 3.大量程浮子流量計 4.穩壓計 5.針型閥 6.微調針型閥 7.干燥瓶 8.小量程浮子流量計 9.U形壓力計 10.溫度控制儀 11.毛細石英管 12.熱電偶 13.石墨坩堝 14.鎂合金熔 15.坩堝電阻爐16.升降機構 17.大量程百分表氬氣經過減壓計，穩壓計，通入裝有氯化鈣的干燥瓶中進行干燥，再由三通器分成兩路，一路連接到U形壓力計（U形管所盛液體為水），另一路經細的石英管通入鎂合金熔體。由小到大緩慢調節氬氣氣壓，并通過針型閥控制氣體流量大?。▽怏w流量控制在18-20毫升/分以內），觀察U形管內兩邊液注高度差H。試驗采用的毛細石英管內半徑r=2.86mm，符合精度要求。毛細管端口經過拋光、清洗處理，以排除雜質和端口缺陷對測量結果的影響。實驗中，通過升降機構可控制毛細管的上升和下降，當毛細管插入合金液后，隨著氬氣的緩緩通入，管內液體被排出管外，會在管口處形成氣泡并不斷長大（圖9）。氣泡在成長過程中，其內部壓力P與液體靜壓力及液體表面張力的合力保持動態平衡，直至這種平衡被破壞，氣泡會脫離管口而浮出液面。此過程，H值也將呈現出由小到大的變化趨勢，設氣泡內的壓力為P，則：P+PM=PH （1）其中，PM為鎂合金熔體在深度為h處形成的壓強，PH為U形管內兩邊液注差所形成的壓強。圖9 氣泡形成過程根據表面張力的物理意義，在液體中若有一半徑為r的球形氣泡，液體表面張力的作用造成了指向氣泡內部的壓力P（圖10）。圖10球形氣泡氣泡的表面積為：S =4πr2球形氣泡的體積為：V =4πr3/3若將球的體積增大dV，則必須克服阻力P對它做功：ΔW =PdV，而這一所做的功將轉變為表面積增大后的表面自由能增量：ΔE =σdS（σ為表面張力）。由于ΔW =ΔE，即PdV =σdS而dV =4πr2dr，dS =8πrdr，因而可推導出：P =2σ/r （2）PM為鎂合金熔體在深度為h處形成的壓強，即PM =ρMgh，ρM為鎂合金熔體的密度，為便于計算我們以Mg-Al合金的液態密度代替；PH為U形管內兩邊液注差所形成的壓強，即PH =ρwgH,ρw為水的密度。所以，由式（1）、（2）可以得到，當H達到最大值Hmax時， 2σ/r +ρMgh =ρwgH （3）所以，表面張力σ為：σ=(ρwgHmax-ρMgh)?r/2 （4）用最大氣泡法測量鎂合金熔體表面張力的具體步驟為：1．采用電阻爐、坩堝在一定溫度下對合金進行熔煉，待完全熔煉后攪拌一段時間，除去表面雜質，再保溫10分鐘；2．通過調整升降機構，使毛細管下降到恰好接觸合金熔體表面，此時調整百分表托架，使百分表的芯端部與升降機構水平臂平面接觸，將刻度盤對零，下降升降機構，使毛細管插入合金液表面之下，記錄毛細管下降的精確深度h；3．固定好這一高度打開爐蓋與氬氣瓶壓閥，并通過針型閥控制氣體流量大?。▽怏w流量控制在18-20毫升/分以內），此時U形管兩側開始出現壓差，當熔體內部能夠穩定、緩慢的產生氣泡時，觀察U形兩側壓差值將由小到大變化，到達一最大值后（即氣泡成為半球形，此時半徑最小等于石英管內半徑r時），U形管兩端壓差突然減小（因為氣泡破裂），記錄下U形管左右兩端的最大液面差值H；4．帶入公式中進行計算便可得到熔體的表面張力。2.2.4 小結（1）本章建立了鎂合金熔體表面張力測量裝置，該裝置主要由氬氣瓶、壓力表、浮子流量計、穩壓計、針型閥、干燥瓶、U形壓力計、毛細石英管、升降機構和百分表組成。（2）本課題對所建立的鎂合金熔體表面張力測量裝置進行了測試，測試結果表明，所建立的測量裝置各項功能正常，能夠很好的完成對鎂合金熔體表面張力的測量，并給出了熔體表面張力的測量方法。三、技術指標通過本次研究必須到達以下要求：①研制成一種或多種阻燃鎂合金可以在大氣下不加任何保護措施條件下，熔煉而不發生燃燒現象；②研制成的阻燃鎂合金成分通過壓鑄、熱處理工藝過后所制成的成品，其結構的力學性能必須達到相應的要求；③通過本次研究結果，發表1項發明專利和1項實用新型專利。四、市場前景鎂及鎂合金既可以鑄造成各種鑄件或壓鑄件，也可以采用各種塑形加工方法加工成不同品種、規格、性能和用途的管、棒、型、線、帶、箔材以及鍛件等，然后經切削加工、冷沖壓、接合成形和表面處理等深加工成各種零件和結構件。與其他結構材料相比，鎂及其合金具有一系列的優點，如密度低、比強度和比剛度高、阻尼減振降噪能力強、電磁屏蔽性能優異、抗輻射、液態成型性能優越、切削加工和熱成型性能好、易于回收等，符合“21世紀綠色結構材料”的要求，越來越受到人們的青瞇。今年來，鎂材在汽車、摩托車等交通工具、計算機、通信、家電、電子電器、冶金、航空航天、國防軍工等部門獲得了廣泛的應用。隨著鎂合金提煉及加工技術的發展，以及成本的下降，鎂材已成為工業應用的重要金屬材料，在全球范圍內得到快速發展。1. 鎂合金材料在汽車工業上的開發與應用自1970年中東石油危機以來，為減輕汽車質量，以降低油耗和污染，提高安全性能，鎂合金材料在汽車工業中的應用與日俱增。目前，汽車工業中鎂合金用量較多的地區和國家主要是北美、歐洲、日本和韓國。綜合部分廠家的使用情況，目前鎂合金材料主要用來制造以下汽車零部件：①車內構件：儀表盤、座椅架、座位升降器、操縱臺架、氣囊外罩、轉向柱支架、收音機外殼、小工具箱門、車窗馬達罩、剎車與離合器踏板托架、氣動托架踏板等；②車體構件：門框、尾板、車頂框、車頂板、IP橫梁；③發動機及傳動系統：閥蓋、凸輪蓋、四輪驅動變速箱體、手動換擋變速器、離合器外殼活塞、進氣管、機油盤、交流電機支架、變速器殼體、齒輪箱殼體、油過濾器接頭、馬達罩、氣缸頭罩、分配盤支架、油泵殼、油箱、濾油器支架、左側半曲軸箱、空機罩、左抽氣管等。④底盤：輪轂、引擎托架、前后吊桿、尾盤支架。美國福特、通用、克萊斯勒三家公司在每輛汽車上使用的鎂合金鑄件分別達到30個、45個和20個；瑞典推出的沃爾沃CP20C0車型全重700kg，使用50kg鎂合金，包括輪轂、合器箱、轉向齒箱、后懸臂、發動機架、進氣歧管、氣缸體等部件；本田轎車一部分零件采用鎂合金材料后，重量大大減輕。最近，Magers分析了汽車市場的鎂合金需求趨勢，預測鎂合金材料在汽車工業的應用將會不斷增加。2. 鎂材在軌道交通工具上的應用前景在列車和其他軌道交通工具上使用鎂材，目的是減輕重量，減小噪音和震動，規整零部件和防止塑料老化，提高使用壽命等。主要應用實例：儀表盤支撐梁、發動機閥蓋、密封結構件、高速器、濾器器、發動機承受臺、消音器等。3. 鎂材在自行車上的開發與應用自行車是人力驅動工具，因而質量的減輕帶來的效果非常顯著，具有更好的加速性能、爬坡性能、轉彎性能，并且容易操縱，因而在國外自行車行業流傳著“產品輕1g多賣1美元”的說法。與鋁質自行車相比，用鎂材制造自行車可減重33%；用鎂材制造的折疊自行車車架重量僅1.4kg，總重量僅為4kg。目前自行車使用鎂合金部件包括輪轂、車把夾、腳踏板、制動器、手把、前叉、框架等近十幾個部件。4. 鎂材在航空航天上的開發與應用航空航天材料減重帶來的經濟效益和性能改善十分顯著。在質量減輕相同的情況下，商用飛機節省的燃油費是汽車的近100倍，而戰斗機的燃油費用節省又是商用飛機的近10倍，更重要的是其機動性能的改善可以極大地提高戰斗力和生存能力。正因為如此，早在20世紀20年代就開發出了許多鎂合金部件，如發動機曲柄箱、發動機零件、氣球吊籃、客機座椅、起落輪。隨著鎂合金生產技術的發展，材料的性能不斷提高，其應用范圍也不斷擴大。目前的應用領域包括各種民用和軍用飛機的發動機零部件、螺旋槳、齒輪箱、支架結構，以及火箭、導彈、衛星的一些零部件。5. 現代兵器零部件的鎂合金化及發展趨勢槍械武器、裝甲車輛、導彈、火炮、彈藥、光電儀器、武器用計算機及軍用器材中有較大數量的鋁合金零件和工程塑料件，根據鎂合金材料的性能和使用特點，將這些零件改用鎂合金制造在技術上是可行的。采用鎂合金材料代替武器裝備的中、低強度鋁合金零件和部分黑色金屬零件，實現武器裝備輕量化：槍械武器：機匣、彈匣、槍托體、提把、前護手、彈托板、瞄具座等；裝甲車輛：坦克座椅骨架、機長鏡、變速箱殼體、發動機濾座、進出水管、空氣分配器座、機油泵殼體、水泵殼體、機油熱交換器、機油濾清器殼體、氣門室罩、呼吸器等；光電產品：鏡頭殼體、紅外成像儀殼體、底座。6. 鎂合金材料在電子工業（家用電器和3C產品）上的開發與應用近10年來，電子工業發達的國家，特別是日本和歐美一些國家，在鎂合金產品的開發方面開展了大量工作并取得了重要進展，一大批重要電子產品使用了鎂合金，取得了理想的效果。3C工業（計算機、通訊設備、消費類電子產品）是當今全球發展速度最快的產業，數字化技術導致各種數字化產品不斷涌現。鎂合金3C產品最早出現于日本，1998年日本廠商開始采用鎂合金制造各種可攜式商品（如PDA、手機等），如今最為普遍的鎂合金3C產品是筆記本電腦，是由日本SONY公司率先推出的。在3C產品朝著輕、薄、短、小方向發展趨勢的推動下，今年來鎂合金的應用得到了持續增長。我國雖然是世界產鎂大國，但與日、美、歐相比，在鎂合金材料研究、生產技術及應用領域等方面還有相當大的差距，仍處于起步階段。五、規模與投資需求投資規模萬元，廠房及設備設施需求等。六、生產設備根據研發和生產需求，鎂合金在加工和性能檢測方面需要用到以下裝置：真空式高頻感應熔煉爐；鑄件的金屬型模具；坩堝為石墨型坩堝；大型真空熱處理爐；一整套機加工設備：加工中心、數控車床、手動工具；試樣拉伸試驗在Zwick/Roell Z100拉伸試驗機上完成；硬度測試采用XC-ST50顯微硬度測試儀，金相組織觀察在VMS-2000金相圖像分析系統上完成；氧化膜形貌觀測等在日立S-4800掃描電鏡上進行；大氣條件下的氧化動力學實驗在SDT-Q600差熱分析儀上進行。七、效益分析按每年生產X噸計算，可獲利約XXXX萬，八、合作方式合作方式采用技術入股或者技術轉讓的形式，價格面談。九、項目具體聯系人及聯系方式項目負責人：丁儉，電話：15122335148，email：[email protected]。十、附件：成果圖片圖11 鎂合金零件產品

河北工業大學 2021-04-11

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