Способ определения реактивного давления продуктов разрушения материалов в процессе высокотемпературного нагрева и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к высокотемпературной теплофизике и может быть использовано в исследованиях температур Сущность изобретения состоит в том, что образцу расположенному на коромысле микровесов, сообщают колебания, перпендикулярные к коромыслу, регистрируют колебательную и квазистационарную со ставляюа1ие перемещения образца с помощью механотронного датчика пп колебательной составляющей датчика определяют массу образца, а затем с учетом полученного значения массы по квазистационарной составляющей сигнала датчика определяют реактивное давление прэдуктов разрушения материала под действием лазерного излучения 1 ил 00 с

,),ф ФГ 1

СОIОЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<ч ts G 01 N 5/00

«4

Д 3

M С)О

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4752602/25 (2?) 25.10.89 (46) 07.11.92, Бюл, ¹ 41 (71) Научно-производственное обьединение

"Ком позит" (72) IQ.Ã.Áóøóåâ, В.Г.Вдовин, В,К.Гудков и Е.IÎ.Сженов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1408324, кл. G 01 N 5/04, 1976.

Авторское свидетельство СССР

N . 851183. кл. G 01. N 5/04, 1986.

Мавашев IO.J. и др. Установка для регистрации процесса л ассоуноса материалов. под действием лучистых потоков. — Теплотехника, 1979, N. 1, с, 25. (54) СПОСОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКТИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРОДУКТОВ РАЗРУШЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ПРОЦЕССЕ

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО НАГРЕВА И

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в исследованиях теплофизических свойств материалов при высоких температурах и в исследованиях процессов, происходящих при лазерной обработке материалов, Известны способы определения характеристик уноса образца материала в процессе его высокотемпературного нагрева, основанные на измерении перемещения предварительно уравновешенного образца.

Известны ус-,ройства для определения характеристик уноса, содержащие источник нагрева, весы на коромысле которых укреп/tëþò образец, а также механически связанный с коромыслом весов датчик перемещений.

HeäoñòçTêoM упомянутых способов и устройств для их осуществления является И „, 1774228 А1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к высокотемпературной теплофизике и может быть использовано в исследованиях температур, Сущность изобретения состоит в том, что образцу, расположенному на коромысле микровесов, сообщают колебания, перпендикулярные к коромыслу, регистрируют колебательную и квазистационарную составляющие перемещения образца с помощью механотронного датчика. пг колебательной составляющей датчика определяют массу образца, а затем с учетом полученного значения массы по квазистационарной составляющей сигнала датчика определяют реактивное давление продуктов разрушения материала под действием лазерного излучения, 1 ил. снижение точности измерений при интенсивном уносе массы материала в процессе высокотемпературного нагрева.

Наиболее близки по технической сущности к изобретению способ, включающии в себя облучение концентрированным лучистым потоком предварительно уравновешенного материала, регистраци.о сигнала перемещения образца и определение по величине сигнала перел1ещения характеристик уноса массы материала и процессе вь сокотемпературного нагрева, и устройство, содержащее ис очн концентрированного лучистого потока, вакуумную камеру, микровесы, на одном плече коромысла которых смонтирован дер>катель образца а к другому плечу прикреплена регулируемая тяга, и датчика перемещений коромысла, который расположен с наружной стороны вакуумной камеры и связан со схемой

1774228 автоматической регистрации массы образца, Располо>кение датчика перемещений вне вакуумной камеры позволяет стабилизировать градуировочную характеристику устроиства за счет ликвидации зависимости 5 его чувствительности от измерения давления в вакуумной камере, Использование источника концентрированного лучистого потока позволяет осуществлять интенсивный нагрев образца до высоких температур. 10

Однако происходящий при этом интенсивный унос массы материала сопрово>кдается реактивным давлением на образец со стороны уносимых продуктов разрушения материала. Давление передается на коро- 15 мысло,. вызывая существенное искажение результатов измерения массы образца. Указанный недостаток сохраняется и при горизонтальном располо>кении оси падающего на образец лучистого потока из-за совме- 20 стного влияния неоднородности распределения энергии по сечению пучка, неоднородности поверхностей структуры образца (e особенности сло>кного компози- ционного состава) и неточностей в юстиров- 25 ке механической системы, Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение функциональных возмо>кностей за счет учета влияния реактивного давления уносимых продуктов 30 разрушения материала, Для дости>кения поставленной цели в способе дополнительно введены следующие операции . образцу сообщают перпендикулярные к 35 облучаемой поверхности вынужденные колебания с частотой, составляющей 0,8-0,9 значения резонансной частоты колебаний образца относительно положения равновесия; 40 выделяют колебательную и кваэистационарную составляющие сигнала перемещений образца; по изменению амплитуды колебательной составляющей сигнала определяют 45 унос массы материала во времени; по величине квазистационарной составляющей сигнала перемещений и изме-. ренному значению уноса массы материала определяют реактивноедавление уносимых 50 продуктов разрушения материала.

Благодаря введению перечисленых операций, в том числе выделению из сигнала перемещений колебательной составляющей, изменение амплитуды которой 55 обусловлено уносом массы материала, предлагаемое решение приобретает новые, по сравнению с прототипом, свойства, а именно, при определении характеристики уноса м )ccbl разделяются влияние реактивного давления уносимых продуктов разрушения и само значение массы материала.

Выбор частот вынужденных колебаний образца основан на том, что в диапазоне значений частот, составляющих 0,8-0,9 резонансного значения, зависимость амплитуды колебаний от частоты является наиболее выра>кенной.

Предлагаемое устройство, по сравнению с прототипом, дополнительно содержит регулируемый генератор вынужденных колебаний коромысла с,образцом, схему измерения амплитуды колебательной составляющей сигнала перемещений, схему измерения текущего значения квазистационарной составляющей сигнала перемещений, схему автоматической регистрации реактивного давления с двумя входами.

При этом входы схем измерения амплитуды колебательной и текущего значения квазистационарной составляющих сигнала перемещений подключены параллельно к выходу датчика перемещений, вход схемы автоматической регистрации массы образца соединен с выходом схемы измерения амплитуды колебательной составляющей сигнала перемещений, выход ее соединен с первым входом схемы автоматической регистрации реактивного давления, а выход схемы измерения текущего значения квазистационарной составляющей сигнала перемещений соединен с вторым входом схемы автоматической регистрации реактивного давления.

На чертеже представлена схема одного из вариантов устройства, реализующего данный способ, Устройство содержит источник концентрировайного лучистого потока — лазар 1, поворотное зеркало 2, вакуумную камеру 3, микровесы 4 с коромыслом, на одном плече которого смонтирован держатель 5 образца б, регулируемый генератор, включагощий ферритовый стержень 7, электромагниг 8 и источник тока 9 регулируемой частоты, а к другому плечу прикреплены регулируемая пружинная тяга 10 и постоянный магнит 11, С наружной стороны вакуумной камеры 3 под ее дном расположен механотронный датчик 12 перемещений. на штыре которого укреплен второй постоянный магнит 13, К выходу датчика 12 перемещений подключены параллельно входы схемы 14 измерения амплитуды колебательной составляющей сигнала перемещений и схемы 15 измерения текущего значения квазистационарной составляющей сигнала перемещений, соторые соединены соответственно с входами схемы 16 автоматической регистрации реактивного давления, при «ем схема 15 иэмере1774228 ния квазистационарной составляющей сигнала перемещений напрямую, а схема 14 измерения колебательной составляющей сигнала перемещений — через схему 17 регистрации массы. 5

Посредством данного устройства способ осуществляют следующим образом, Образец 6 устанавливают в держателе

5 и уравновешивают на коромысле микровесов 4 с помощью регулируемой пружинной 10 тяги 10. Посредством регулируемого генератора 7 — 9 возбуждаются вынужденные колебания коромысла, которые через постоянные магниты 11,13 передаются подвижному штырю датчика 12, обусловливая 15 сигнал перемещений. При изменении частоты вынужденных колебаний коромысла изменяется и их амплитуда, достигающая максимума на резонансной частоте. Затем устанавливают с помощью источника 9 тока 20 частоту колебаний, составляющую 0,8-0,9 резонансного значения.. Посредством зеркала 2 направляют лучистый поток от источника 1 на образец перпендикулярно его верхней горизонтальной поверхности, С из- 25 менениеь1 MQccbl образца изменяется резонансная частота колебаний коромысла с образцом. Это приводит к изменению амплитуды колебательной составляющей сигнала перемещений, В то же время 30 изменение массы образца и давление уносимых продуктов разрушения материала обусловливают квазистационарную составляющую сигнала перемещений, Выделение и измерение колебательной и квазистацио- 35 нарной составляющих сигнала перемещений осуществляют с помощью схем 14 и 15.

По измеренной амплитуде колебательной составляющей сигнала с использованием градуировочной зависимости в схеме 16 ав- 40 томатически определяется масса образца, Это значение вводится в схему 17, в которой по измеренному текущему значению квазистационарной составляющей сигнала с использованием грэдуировочной 45 зависимости автоматически определяются сумма реактивного давления и масса образца, а затем, с учетом введенного значения массы образца, определяется давление отдачи уносимых продуктов разрушения мате- 50 риала.

Изобретение позволяет исключить влияние на точность измерения таких факторов, как неоднородность распределения энергии по сечению пучка излучения и нео- 55 днородность поверхностной структуры материала и скомпенсировать вызванный этими факторами рост погрешности измерения уноса массы при интенсивном лучистом нагреве материала. который может достигать десятков процентов и даже превышать величину массоуноса.

Указанные технические преимущества в конечном итоге позволяют более точно определять параметры технологического процесса лазерной обработки материалов и улучшить тем самым качество обработки.

Формула изобретения

1. Способ определения реактивного давления продуктов разрушения материалов в процессе высокотемпературного нагрева, включающий в себя предварительное уравновешивание образца и регистрацию сигнала перемещений образца, о т л и ч а юшийся тем, что, что, с целью повышения точности измерений, образцу сообщают перпендикулярные к облучаемой поверхности вынужденные колебания с частотой, составляющей 0,8-0,9 значения резонансной частоты, из сигнала перемещений выделяют колебательную и квазистационарную составляющие, по изменению амплитуды колебательной составляющей определяют унос массы материала во времени и определяют реактивное давление уносимых продуктов разрушения по величине квазистационарной составляющей с учетом измеренного уноса массы материала, 2. Устройство для определения реактивного давления продуктов разрушения материалов в процессе высокотемпературного нагрева,.содержащее источник концентрированного лучистого потока, вакуумную камеру, микровесы, состоящие из коромысла, на одном плече которого смонтирован держатель образца, а к другому плечу прикреплена регулируемая пружинная тяга, и расположенного с наружной стороны вакуумной камеры, датчика перемещений образца, схему измерения амплитуды квазистационарной составляющей перемещения образца, соединенной со схемой автоматической регистрации массы образца, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит регулируемый генератор эынужденных колебаний коромысла с образцом, схему измерения амплитуды колебательной составляющей сигнала перемещений образца и схему автоматической регистрации реактивного давления с двумя входами, причем входы схем измерения амплитуды колебательной и квазистационарной составляющих сигнала перемещений подключены параллельно к выходу датчика перемещений коромысла, вход схемы автоматической регистрации массы образца соединен с выходом схемы измерения амплитуды колебательной составляющей сигнала перемещений, ее выход соединен с первым входом схемы

1774228

Составитель А.Башарин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор 3.Салко

Редактор

Заказ 3922 Тираж Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r Ужгород, ул.Гагарина, 101 автоматической регистрации реактивного давления, а выход схемы измерения текущего значения квазистационарной составляющей сигнала перемещений соединен с вторым входом схемы эвгоматической регистрации реактивного давления.