电磁感应式液态金属电阻率测量装置的研制与应用

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1、摘要理论分析和实验研究已表明液态金属的电阻率与其结构的有着密切的相关性。因此，测量液态金属的电阻率便可间接推断液态金属的结构状态，测量液态金属的电阻率成为一条研究液态金属结构的有效途径。非接触式的电阻率测量将有利于测得过冷液态金属的电阻率，这有益于从电子层次上深入分析金属凝固过程的结构变化以及凝固演变规律，为进一步完善凝固理论提供相应的理论依据，对促进铸造工艺优化具有重要的意义。基于电磁感应原理自主设计并研制了～种非接触式的电阻率装置，该装置以差动空心变压器作为传感器，分别对传感器输出的两路信号整流滤波，利用高精度差动放大器放大，获得所需要的信号，可连续测量降温过程中

2、金属从液态到固态各阶段电阻率的变化。同时，利用红外温度测量仪，实时地测量冷却过程样品的温度，建立电阻率与温度的函数关系。采用分级隔离测试的方法，优化了电路中各元器件参数，实现了微小信号的提取、放大和采集。通过大量实验，比较了不同隔热材料和方法的隔热效果，最终采用循环蒸馏水隔热，消除了样品冷却过程释放的热量对传感器的影响。使用该装置测量了纯Zn，Sb以及Zn．70wt．％Sb合金在冷却过程中电阻率的相对变化，参考相关文献和平衡相图，分析可知，该装置所测量的电阻率相对变化值能够准确表征金属及合金冷却过程中微观结构的演变以及相变过程，验证了该装置的可靠性。该装置能连续实时测

3、量金属在液态及其凝固过程中电阻率变化，并且操作简单，测试速度快。由于采用非接触式测量方法，容易实现过冷液态金属电阻率随温度变化的测量。为进一步地研究液态特别是过冷液态金属电阻率与其结构相关性提供了一种重要工具，并为深入地探索金属凝固规律提供了有力的保障。关键词：电阻率；电磁感应；液态金属；结构转变AbstractABSTRACTBoththeoriesandexperimentalfindingshaveshownthatthereiscloserelationbetweenthestructureofliquidmetalsandtheelectricalresis

4、tivityofthem．Therefore，thestructureofliquidmetalsCanbespeculatedbymeasuringtheirelectricalresistivity,whichhasbeenasignificantmethodfortheresearchofthestructureofliquidmetals．Inaddition，thecontactlessmeasurementisapracticablemethodformeasuringtheelectricalresistivityofliquidmetalsinunde

5、rcooledliquidstate．Itishighlyhelpfultostudythecorrelationofthestructureanditsevolvementoftheliquidmetalsduringthecoolingprocessaswellassolidificationmechanism．Thisworkhasaveryimpoaantsignificanceinpromotingthefundamentalstudyonsolidificationandtheoptimizationofcastingprocesses．Inthepres

6、entwork，theauthordetailedlyrepresentedacontactlessmeasuringdeviceforelectricalresistivityofliquidmetals，whichisbasedonelectromagneticinductionprinciple．Theformofitssensorissimilartoadifferentialtransformer,thetwoAC(alternatingcurrent)signalsfromthesensorCanbecommutated，filteredandconven

7、edDC(directcurrent)signalsrespectively．Wheninputthedifferentialamplifier,thetwosignalsaresuccessivelyprocessedandconvenedsingle—channalsignal．Usingthedevice，theelectricalresistivityofmetalsCanbemeasuredqualitativelyfromliquidtosolidstates，atthesametime，thetemperatureofsamplesCa