一种铁水成份分析系统中离散型函数拐点的运算方法一、技术领域
本发明涉及的技术领域为分析及测量控制技术，具体涉及一种对铸造企业炉前铁液多种参数的快速检测及管理的仪器，即智能铁水管理仪。
二、背景技术
近年来，随着机械零件对强度性能要求的不断提高，一些新型铸铁材料的研制与应用受到了广泛的重视，而铁水质量的好坏直接决定了铸件的性能。目前我国多数中小铸造企业炉前铁水质量的控制还是凭炉工的经验，由于铁水成份控制不当，因此经常出现铸件批量报废的现象。而炉前检测铁水质量最好办法是热分析法，但目前市场的热分析仪由于在分析方法上存在瑕疵，很多场合不能胜任，因而市场急需一种高性能的热分析仪，以满足材料工业发展的需求，为此我们对现有的热分析仪的平台寻找方法进行了改进，推出了最新一代的热分析仪器——智能铁水管理仪。
三、发明内容
由于智能铁水管理仪在数据采集中得到的温度值是一系列的离散点，为精确找到铁水冷却曲线的特征温度点，程序中采用离散型函数的拐点法，其离散点拐点算法的方法如下：
根据拐点特性，在拐点前后曲线的上升(或下降)的趋势不一样，如图一所示。若P＝(P0，f(P0))为该曲线的拐点，A、B点为P前任意两点，C、D为P后任意两点，则有判别式：
(KAB-KBP)×(KPC-KCD)＜0；(1)
其中KAB、KBP、KPC、KCD、为直线AB、BP、PC、CD的斜率。
利用判别式(1)即可获得曲线拐点的算法，对于区间[a，b]上的函数f(x)，为求其拐点，先将区间[a，b]分割为小区间，小区间长度最大者Δ趋于0，设分点分别为X0、X1。。。Xi。。。Xn-1，对应温度的纵座标为f(X0)，f(X1)，。。。f(Xi)，。。。f(Xn-1)，如图二所示，如果拐点处于Xi-1与Xi(i＝3、4、5。。。n-3)之间根据判别式(1)有：
F ( k ) = ( f ( x i - 1 - f ( x i - 2 ) x i - 1 - x i - 2 - f ( x i - 2 - f ( x i - 3 ) x i - 2 - x i - 3 ) × ( f ( x i + 2 - f ( x i + 1 ) x i + 2 - x i + 1 - f ( x i + 1 - f ( x i ) x i + 1 - x i ) < 0 - - - ( 2 ) ]]>
由于在智能铁水管理仪的数据采集程序中其时间间隔是相等的，因此(2)可简化为：
F(K)＝(f(Xi-1)+f(Xi-3)-2f(Xi-2))×(f(Xi)+f(Xi+2)-2f(Xi+1))＜0(3)
若判别式(2)或(3)在i＝m处成立，则说明拐点位于XmXm-1之间，显然当Δ→0时，则Xm→P0，即m充分大时，(Xm，Ym)近似等于P＝(P0，f(P0))。
四、附图说明
1、图(1)：拐点示意图
2、图(2)：拐点计算示意图
3、图(3)拐点计算流程图
五、具体实施方式
由于铁水冷却温度曲线的特征点，就是曲线的拐点，由于过共晶铁水凝固开始时因析出初生石墨所释放的结晶潜热较少，不足以较长时间抵销样杯的散热，故液相线温度平台(TL)很短，当配料不当时，TL更难找到，原来的热分析仪器找冷却曲线的温度平台用的都是平台法，即设定一个温度误差范围，当连续几个点在误差范围内，认为找到平台，因此往往造成仪器测量失败。在弄清了离散型函数拐点计算的基本原理后，结合到实际工程，在分析程序中，按照拐点算法的基本原理，将仪器的一次分析过程，以相等的时间间隔采集温度变送器的信号，在对信号值平滑滤波的基础上，将其转换成对应的温度值保存到数据库，且使其采样间隔Δt能满足分析要求，这样得到的数据就是一组以时间Xi为横轴，以铁水温度值f(Xi)为纵轴的离散点，将得到的各座标点依次代入拐点判别式(3)，并判断代入的公式的点是否是拐点，当发现F(K)小于0时，程序结束判断，同时指出温度曲线的第一个特征值——液相线温度平台TL。离散点拐点计算的流程图见图(3)
当然由于仪器使用现场环境比较复杂，有可能铁水冷却曲线在固相线平台到来之前会发现几个拐点，因此程序还要对几个拐点进行判断，找出最大者作为液相线温度平台。
实施例1：实例：本发明所涉及的离散点拐点算法，在我公司最新开发HXD-6C智能铁水管理仪中使用后，效果十分明显。我们对用平台法寻找判断温度平几种热分析仪(如上海的经济弄热分析仪(QuiK-Lab-C型)、浙江的FT300铁水热分析义)，在江苏莱鑫化工机械有限公司及南京邦富铸造有限公司对三台仪器在同一现场进行了比对测试，测试共进行了10天，每天每台仪器分析二炉铁水，每炉分析三个样，这样每台仪器10天共分析了60个试样。比对分三种情况：1、平台寻找的可靠性2、分析测试时间3、测量成份的准确性。其结果如下：A)平台寻找的成功率：HXD-6C为100％；QuiK-Lab-C型为90％；FT300为88。33％B)分析测试时间：HXD-6C平均为115秒，最快90秒出结果，而QuiK-Lab-C及FT300均为240秒左右。C)测量成分的准确性：碳用气体容量法判定，硅用光电比色法判定，因为这两种方法是国家规定的仲裁方法。从测试结果来看三台仪器所测的碳(C)含量均符合GB223.69-97标准规定的误差范围，而硅(Si)含量三台热分析仪的测量结果均比用光电比色法分析的结果低，QuiK-Lab-C仪器，平均低2.5％，HXD-6C及FT300平均低3.5％。通过这一实验我们对硅计算公式做了调整。从以上可以看到用离散函数拐点法替代平台法找液相温度平是成功的，它不但提高了找平台的灵敏度，尤其是节约了试样的分析时间，提高了工作效率。
实施例2：由于目前国内大多数铸造企业熔炼铁水都是使用工频炉、中频炉或电弧炉，而这些设备都是属于高能耗设备，就拿较小的1吨电炉来说，1小时所消耗的电量有600KW若是大一点的炉子或电弧炉，1小时的耗电量要几千千瓦甚至几万千瓦，可见这些企业均是高耗能企业，因此他们对节能降耗是非常重视的。通过拐点算法的应用，使热分析仪器寻找液线温度平台的灵敏度显著提高，大大节省了样品的分析时间，由于分析时间的缩短，就可以加快铁水配料进度，缩短铁水在炉内的等待时间，这样不但提高了工作效率，还为企业节约了生产成本，比如，很小的1吨电炉，若每天烧10炉铁水，每炉测一个样品，由于分析时间缩短，还可以节省20秒钟，而20分钟节约的电量是：200度，则一个月就可节约6000度电，若1度电是0。5元，就可为企业节约成本3000元。由此可见，本发明的应用，将间接为企业带来可观的经济效益。