Термоэлектрическое устройство для контроля толщины проводящих покрытий на проводящей основе

 

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ НА ПРОВОДЯЩЕЙ ОСНОВЕ, со ,держащее электроды, нагреваемые и холодный, подключенный к электродам блок делений сигналов и соединенный с ним изг4ерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, элек-. троды выполнены из материала основы, на рабочее окончание одного из на1грепаезлт электродов нанесен материал пок{%ггия, а блок деления сигналов подключен к электродам так, что между холодным и каждым из нагреваемых электродов образованы термоэлектричткие цепи.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК gG01N25 3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Н llSTOPCNOMV СВИДВТЮВСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (23.) 3392295/18-25 ! (22) 15.02.82 ! (46) 23 ° 11 ° 83 ° Бюл. М 43 (72) A.А.Лухвич, Н.И.Саванович и В.И.Шарандо (71) Институт прикладной фиэики

AH .Белорусской ССР (53) 539 ° 219.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР ,М 454465, кл. G 01 N 25/30, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

911251, кл ° 6 01 И 25/32, 1980 (G PO TOT H II ) ° (54) (57) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ VCTPOA CTBO ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПРОВОДЯЦИХ

„.Я0„„10 7 А ПОКРЫТИЙ HA ПРОВОДЯЩЕЙ ОСНОВЕ, со,держацее электроды, нагреваемые и холодный, подключенный к электродам блок деления сигналов и соединенный с ним измерительный прибор, о т л ич а ю ц е е с я тем, что, с целью расширения области применения, элек-. троды выполнены иэ материала основы, на рабочее окончание одного иэ нагреваемых электродов нанесен материал покрытия,.а блок деления сигналов подключен к электродам так, что между холодным и каждым из нагревавмых электродов образованы термоэлектрич -.кие цепи.

1056017

Изобретение относится к термоэлектрическому контролю промышленных изделий.

Известно устройство для термоэлектрического контроля изделий, содержащее четыре электрода иэ двух разных 5 металлов, образующие две одинаковые пары, блок деления электрических сигналов и измерительный прибор 1 3.

Недостатками устройства являются невысокие точность и чувствительность 10 измерений вследствие того, что злектроды выполнены из любых двух металлов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является термо- 15 электрическое устройство для контроля толщины проводящих покрытий на проводящей основе, содержащее четыре электрода, образующие две пары, причем одна пара выполнена из материала покрытия, а другая — из материала основы,,блок делейия электрических сигналов и измерительный прибор (2).

Недостатком данного устройства является ограниченная область применения, так как во многих случаях выполнить электроды из материала покрытия экономически нецелесообразно (покрытия из благородных металлов ), а для ряда материалов вообще технологически невозможно. Область применения устройства также сужается из-за наличия большого количества электродов, так как при этом требуется большая площадка на поверхности контролируемого изделия для их размещения при измерениях.

Цель изобретения — расширение

)области применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в термоэлектрическом устройстве 40 для контроля толщины проводящих покрытий на проводящей основе,содержащем электроды, нагреваемые и холодный, подключенный к электродам блок деления сигналов и сое- 4 диненный с ним измерительный прибор, электроды выполнены из .материала основы, на рабочее окончание одного из нагреваемых электродов нанесен материал покрытия, а блох деления сигналов подключен к электродам так, что между холодным и каждым из нагреваемых электродов образованы термоэлектрические цепи.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства (электроды и основа с нанесенным на нее покрытием показаны в разрезе ).

Устройство содержит электроды

1.-3, выполненные из материала основы 4. На рабочее окончание электро- 60 да 1 нанесен слой 5 из материала покрытия 6. Электроды 1 и 2 помещены в .нагреватель 7. Электроды соединены. проводами с входами блока 8 деления сигналов таким образом, что электроТо

Т8

tH-6 н к ды 1,3 и 2,3 в замкнутой цепи с кон тролируемым изделием образуют термоэлектрические цепи и осуществляется деление сигналов в этих цепях. Выход блока 8 деления сигналов. соединен с иэмерительным прибором 9.

Работа устройства основана на использовании распределения температур в системе контактирующих тел, имеющей постоянный подвод и отвод тепла. В отличие от известных технических решений, в которых использовалось лишь распределение температур в контролируемом иэделии { т.е. в системе покрытие — основа), предлагаемое устройство позволяет испольэовать также распределение температур в электроде сравнения..

Устройство работает следующим образом.

Включают нагреватель 7, который доводит температуру электродов 1 и 2 до величины 1и . При этом холодный электрод сохраняет температуру комнаты и контролируемого иэделия

Соединения электродов 1-3 с проводами для предотвращения появления паразитных электродвижущих сил, искажающих результат измерения, поддерживаются при одинаковой температуре

1 (как частный случай, она может быть равна 4K ). Электроды 1-3 приводят в соприкосновение с покрытием б.

Вследствие отвода тепла из электродов

1 и 2 в контролируемое иэделие по сечению электродов и иэделия устанавливается градиент температуры. Известно, что соотношения, определякщие характер температурного поля системы в условиях теплопереноса, в самой общей форме имеет вид

Т -Т

О " . (1) т,-т, - где T — температура в заданной точке, температура теплоотдающего тела, - температура тепловосприни- мающего тела, - функция координат и времени.

В данном случае Т соотве ствуО ет температуре нагревателя 4z, ТВ j

:температуре контролируемого изделия и комнаты к, Т - б, - t - темпе- - ратуре в рассматриваемой точке. F здесь зависит от формы участвующих в контакте тел, толщин нанесенных . слоев, коэффициентов теплопроводности и теплопередачи и т.п., т.е. от геометрических и теплофизических характеристик системы.

Таким образом, выражение (1) име- ет вид

j056017 или

З } С =C 1+ —, (Sl

3 < 2г+3а !

15 g1 если радиус электрода равен радиусу контактной площадки Ф т.е. электрод представляет собой ци. . линдр с плоским основанием, то

20 Э 414+в / (93 о где f -. длина электрода от нагре- вателя до контакта с изделием. д Подставляя выражение (7 }, (8 ) и (9 ) в (4 ) и (5 ) и произведя деление имеем

ЗУ!

+ 2 +З („о) 3 сФ

2r +М

Зд"

2г+ 3d 2 г+ Зд"

3d

2г+ Зд

Зо- Ф

2v З

Е 3d"

T.

2r+ ЗФ

2m+ Зо

Оба выражения связаны с толщиной

40 контролируемого покрытия d и нанесенного слоя д . Поскольку толцину нанесенного слоя можно задать постоянной или сделать больше некоторой величины, после которой ее влияние

45 на отношение термо-ЭДС практически ,постоянно (например, прн d l)t- име. .! 3 ВФ ет место — ь1, — — 1)выражеt 2г+Эс ния (10 ) и (11) зависят только от эО одной переменной величины, и оба могут быть записаны в виде

А 2r "-= + = )фА 1+ — I< (б) э Зг(I

2r+ Зд" где А — некоторая константа, связанная с конструкцией электродове

Таким образом, измерительный прибор 9 предлагаемого устройства изме60 ряет величину, пропорциональную величине контролируемого покрытия б, и может быть проградуирован в соответствующих единицах.

По сравнению с базовым вариантом

6g (ïðèáoð ПИОН, предназначенный для

;где Г - радиус контактной площад-, ки электрода, d — - толщина покрытия б на контролируемом изделии.

Значение температуры ФЭ в зави-, симости от конфигурации электрода

t=t„-(е„- „)i (э)

Рассматривая имеющиеся две термоэлектрические цепи, получаем значения термо-ЭДС для пары с электродом

2 без нанесенного слоя и для пары с электродом 1, имеющим нанесенный слой соответственно

E - +îë (1 й)

Ер Мор (eç Ф4) (И

- где а(рп - коэффициент термо-ЭДС пары материал основы-материал покрытия, ф - температура в контакте с иэделием электрода 2 без нанесенного слоя, Ф2 - температура границы Покрытия б - основа 4 под этим электродом, 43 - температура в контакте с изделием электрода 1 с нанесенным слоем, 44 — температура границы покрытия б — основа 4 под электродом

1 с нанесенным слоем.

Вклад термо-ЭДС, возникающих в контактах электродов 1-3 с соединительными проводами, взаимно компенсируется, так как в обеих парах использованы электроды из одного. материала и .температура соединений одинакова. Термо-ЭДС в контакте холодного электрода 3 с покрытием б и на границе покрйтия б — основа 4 под ним также компенсируют друг друга иэ-эа.равенства соответствующих-температур температуре комнаты Фк .

Производя деление (5} на (4) и учитывая (3 ), получаем

E P -F. ц 3. 4

Х 1 2

Исключается влияние на результат . измерений разности температур и хим. состава покрытия и основы контролируемого йзделия. . Для реальных толщин покрытий на реальных основах выражение (6 ) может быть представлено в более наглядном виде. Дяя толщин покрытий d"<0,1мм и радиусов контактной плоцадки влек трода .а «4 1 мм влиянием теплопровод ности покрытия на температуру в мес,тах контактов разнородных материалов можно пренебречь. Считая температуру в контакте обоих электродов 1 и 2 с контролируемым изделием одинаковой и равной Ф1, имеем

/ Эб"

2 зу \ 3 )

1+

2г лежит между двумя крайними выражениями:

1 ) если радиус электрода много больше радиуса контактной площадки, то выражение для Фэ аналогично выражению для распределения температуры Ф в контролируемом изделии (7 } за исключением тога, что вместо .разности мы имеем сумму и вместо .толщины покрытия d" толцину нане1О сенного слоя d"

1056017

Составитель С. Беловодчзнко

Редактор Н.Лазаренко Техред Т, Фанта Корректор А. Ильин,Заказ 9290/34 THpcUK 873 .ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП " Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4 контроля содержания примесей в сталях по величине отношения термо-ЭДС, который можно испольэовать также для контроля толщин токопроводяцих покрытий на проводящей основе ), устройство позволяет повысить точность изме-. рений толщин покрытий эа счет исклю- чения влияния на результат измерений химсостава и структуры пары покрытие - основа. Оно также может быть использовано, как и базовый при,бор, для контроля примесей в сталях,, причем точность контроля примесей не ниже, чем у базового прибора.