Термоэлектрический способ контроля металлических материалов

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в металлургической и машиностроительной промышленности для контроля различных свойств металлических материалов, коррелирующих с их абсолютной дифференциальной термоЭДС. Сущность: способ заключается в приведении в контакт с материалом электродов, выполненных из материала с одинаковой теплопроводностью и различной абсолютной дифференциальной термоЭДС, и измерении термоЭДС в паре нагретых электродов, в паре одного из нагретых и холодного электродов и в паре холодных электродов. Для расчета абсолютной дифференциальной термоЭДС исследуемого материала используется измерение термоЭДС, возникающих между указанными выше парами электродов, а также абсолютные дифференциальные термоЭДС горячих и холодных электродов. Технический результат изобретения состоит в повышении достоверности и точности определения абсолютной дифференциальной термоЭДС и расширении возможностей метода. 1 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано в металлургической и машиностроительной промышленности для контроля различных свойств металлических материалов, коррелирующих с их абсолютной дифференциальной термоЭДС.

Известен способ контроля металлических материалов, включающий приведение в контакт с материалом, имеющим температуру окружающей среды холодного и двух нагретых электродов, измерение термоЭДС в паре нагретых электродов, выполненных из материала с одинаковой теплопроводностью и различной абсолютной дифференциальной термоЭДС и измерение термоЭДС в паре одного из нагретых и холодного электродов и по величине первого измеренного значения термоЭДС судят о разности температур в нагретом и холодном контактах, а по отношению измеренных термоЭДС - об абсолютной дифференциальной термоЭДС исследуемого материала.

Недостатком указанного способа является то, что для его реализации требуется равенство температур холодных концов горячих электродов, холодного электрода и контролируемого материала. Неравенство друг другу указанных температур приводит к возникновению в цепи неучтенных составляющих термоЭДС, что снижает достоверность и точность получаемых результатов. В тоже время обеспечение указанного требования зачастую невозможно, что ограничивает возможности применения метода.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении достоверности и точности определения абсолютной дифференциальной термоЭДС и расширении возможностей метода.

Это достигается тем, что в способе контроля металлических материалов, заключающемся в приведении в контакт с материалом электродов, выполненных из материала с одинаковой теплопроводностью и различной абсолютной дифференциальной термоЭДС, измерении термоЭДС в паре нагретых электродов, и в паре одного из нагретых и холодного электродов, в отличие от прототипа, в схему дополнительно вводят еще один холодный электрод, выполненный из материала с той же теплопроводностью, что и первый и отличной от первого абсолютной дифференциальной термоЭДС и измеряют термоЭДС, возникающую между холодными электродами в результате наличия разности температур между холодными концами электродов и контролируемым материалом.

Использование указанной величины в расчетных зависимостях позволяет учесть влияние неравенства температур между холодными концами электродов и контролируемым материалом, что ведет к повышению достоверности и точности контроля и расширяет возможности метода.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема осуществления способа.

Электроды поз. 2, 3, 4, 5 выполнены из материалов с одинаковой теплопроводностью и различной абсолютной дифференциальной термоЭДС. Электроды 2 и 3 размещены в нагревателе 6 при температуре T₁. Электроды 4 и 5 размещены вне нагревателя. Свободные окончания всех электродов имеют одинаковую температуру Т₀, например, в результате помещения в общую контактную коробку 7 и соединены с измерителями термоЭДС E₁, Е₂ Е₃ (поз. 8, 9, 10) согласно чертежу.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Электроды устанавливают на изделие 1, имеющее некоторую температуру Т₂, неравную Т₀. Вследствие одинаковой теплопроводности электродов условия передачи тепла в обоих контактах оказываются одинаковыми и контакты горячих электродов приобретают температуру T₁’, а контакты холодных электродов, в результате теплообмена, приобретают температуру Т₂.

С помощью измерителя термоЭДС 8 определяют сигнал E₁ в цепи электрод 2-материал-электрод 3.

где S₀ и S₁ - абсолютная дифференциальная термоЭДС электродов 2 и 3.

С помощью измерителя термоЭДС 10 определяют сигнал Е₃ в цепи электрод 4-материал-электрод 5.

где S₂ и S₃ - абсолютная дифференциальная термоЭДС электродов 4 и 5.

По известным значениям S₀, S₁, S₂, S₃ определяют разность температур между точками контакта горячих и холодных электродов используя выражение

С помощью измерителя термоЭДС 9 определяют сигнал Е₃ в цепи электрод 2-материал-электрод 4.

Из (2), (3) и (4) определяют абсолютную дифференциальную термоЭДС контролируемого материала:

Решение поставленной задачи подтверждается тем, что предлагаемые расчетные зависимости учитывают составляющие термоЭДС, возникающие в цепи в результате неравенства температур холодных концов электродов и контролируемого материала.

Величины (Т₁’-Т₂) и S_изд служат двумя параметрами, совокупность которых характеризует исследуемый материал при термоэлектрическом контроле.

Данный способ позволяет повысить достоверность и точность определения абсолютной дифференциальной термоЭДС и расширить возможности термоэлектрического метода.

Формула изобретения

Термоэлектрический способ контроля металлических материалов, включающий приведение в контакт с материалом электродов, выполненных из материала с одинаковой теплопроводностью и различной абсолютной дифференциальной термоЭДС, измерение сигналов в паре из нагретых электродов и в паре одного из нагретых и холодного электродов, отличающийся тем, что в схему дополнительно вводят еще один холодный электрод, измеряют сигнал в паре холодных электродов и определяют абсолютную дифференциальную термоЭДС исследуемого материала по формуле

где S₀ и S₁ - абсолютная дифференциальная термоЭДС горячих электродов;

S₂ и S₃ - абсолютная дифференциальная термоЭДС холодных электродов;

Е₁ - сигнал (термоЭДС) в паре горячих электродов;

Е₂ - сигнал в паре горячего и холодного электродов;

Е₃ - сигнал в паре холодных электродов,

а также определяют разность температур в точках контакта горячих и холодных электродов по формуле

(Т₁`-Т₂)=Е₁/(S₁-S₀)-E₃/(S₃-S₂).

РИСУНКИ

Рисунок 1