Термоэлектрический способ контроля неоднородности металлов и сплавов

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля металлов и сплавов. В способе в качестве зрячего электрода используют один из электродов стандартной термопары, в точки исследуемой поверхности для обеспечения постоянства температуры с заданной погрешностью вводят дополнительный источник тепла, например нагревательный элемент, расположенный вблизи точки исследуемой поверхности, а контроль температуры осуществляют стандартной термопарой. Технический результат – увеличение точности контроля температуры в точке исследуемой поверхности и уменьшение погрешности при контроле поверхностной неоднородности тел со сложной геометрической формой. 1 ил.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля металлов и сплавов, а именно к термоэлектрическим способам определения химического состава и структуроскопии, контроля качества химико-термической обработки и может быть использовано в металлургической, металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности для контроля качества продукции.

Известен способ контроля неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов по его термоэлектрической чувствительности, сущность которого состоит в том, что на разные точки исследуемой поверхности опускается горячий электрод, образующий с контролируемым материалом термопару. При однородной поверхности и одинаковой температуре ее нагрева во всех исследуемых точках термоЭДС должна быть одинаковой. Однако, учитывая сложность обеспечения постоянства температуры во всех исследуемых точках, на окончании горячего электрода устанавливается стандартная термопара (например, хромель-копелевая), с помощью которой поддерживается постоянной температура самого горячего электрода. В этом случае контроль неоднородности проводится по значениям термоэлектрической чувствительности, которая определяется по отношению термоЭДС, генерируемой исследуемой поверхностью - горячим электродом, к разности температур горячего электрода и холодных концов стандартной термопары [1].

Недостатком указанного способа является значительная погрешность измерений исследуемой поверхности в разных точках на изделиях со сложной геометрической формой, а также различия температур в точке исследуемой поверхности и точке контроля температуры горячего электрода стандартной термопарой. Это объясняется тем, что характеристика преобразования как стандартной термопары, так и тем более образующейся термопары (исследуемая поверхность - горячий электрод) не являются линейными и поэтому их чувствительность зависит от температуры нагрева точки исследуемой поверхности, а спай стандартной термопары расположен на некотором расстоянии от этой точки.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в увеличении точности контроля температуры в точке исследуемой поверхности и уменьшении погрешности при контроле поверхностной неоднородности тел со сложной геометрической формой.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе контроля поверхностной неоднородности, заключающемся в определении термоэлектрической чувствительности исследуемой поверхности по отношению термоЭДС, генерируемыми термопарой контролируемая поверхность - горячий электрод и стандартной термопарой, в отличие от прототипа для устранения различия температуры в точке исследуемой поверхности и точке контроля температуры горячего электрода стандартной термопарой в качестве горячего электрода используют один из электродов стандартной термопары, в точках исследуемой поверхности обеспечивают постоянство температуры с заданной погрешностью путем введения в их область дополнительного количества тепла, например, нагревательным элементом, расположенным вблизи точки исследуемой поверхности, а контроль температуры в этом случае осуществляют стандартной термопарой.

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

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Горячий электрод приводят последовательно в соприкосновение с точками исследуемой поверхности, имеющей температуру окружающей среды, например, с режущей кромкой напайной твердосплавной пластины токарного резца, начиная от вершины, где температура будет наибольшей, вследствие наименьшего телесного угла, под которым тепло передается в контролируемый объект, и по показаниям стандартной термопары регистрируют температуру, до которой производился нагрев точки исследуемой поверхности для измерения ее термоэлектрической чувствительности. Далее перемещают горячий электрод в следующую точку режущей кромки, и из-за увеличения теплоотдачи в контролируемый объект дополнительно вводят в область точки исследуемой поверхности посредством вспомогательного электрода необходимое количество тепла до достижения в ней с заданной погрешностью температуры, равной температуре в предыдущей точке, и определяют термоэлектрическую чувствительность.

Для пояснения сущности способа рассмотрим систему, состоящую из стандартной термопары 1-2, конец ее горячего электрода 1 нагрет до температуры Θ₁ нагревательным элементом 3, температура нагрева которого регулируется переменным резистором 4 по показаниям прибора 5, а другой конец горячего электрода имеет температуру окружающей среды Θ₀, резца 6 с исследуемой напайной твердосплавной пластиной 7, вспомогательного электрода 8, нагретого до температуры Θ₂ (Θ₁ < Θ₂), и вольтметров V1 и V2, регистрирующих термоЭДС, генерируемые термопарой твердосплавная пластина - горячий электрод и стандартной термопарой соответственно. До момента соприкосновения горячего электрода 1 с режущей кромкой твердосплавной пластины 7 она имеет температуру окружающей среды Θ₀. С момента соприкосновения горячего электрода 1 с вершиной твердосплавной пластины 7 в ней начинает распространяться тепло. При достижении необходимой температуры Θ₃ в контролируемой точке, величину которой регистрируют по показаниям вольтметра V2, определяют ее термоэлектрическую чувствительность по показаниям вольтметра V1. Затем перемещают горячий электрод 1 в следующую точку режущей кромки твердосплавной пластины 7, и вследствие увеличения телесного угла в исследуемой точке увеличивается теплоотдача в тело резца 6, поэтому в контролируемую область вводят горячий электрод 8, которым сообщают необходимое количество тепла до достижения в ней с заданной погрешностью температуры, равной температуре в предыдущей точке Θ₃.

Для сравнения, при использовании известного способа определяют отношение V1 к V2, чтобы исключить влияние температуры, однако измеряемая температура горячего электрода не соответствует температуре в исследуемой точке поверхности и не учитывается характеристика преобразования образующейся термопары (исследуемая поверхность - горячий электрод), которая не является линейной и поэтому чувствительность зависит от температуры нагрева исследуемой точки поверхности. Соответственно измерение температуры в исследуемой точке поверхности, а не на горячем электроде и равенство температур при определении термоэлектрической чувствительности в исследуемых точках контролируемого объекта со сложной геометрической формой по сравнению с прототипом уменьшает погрешность от различия температуры в точке исследуемой поверхности и точке контроля температуры горячего электрода стандартной термопарой и нелинейности характеристики преобразования образующейся термопары (исследуемая поверхность - горячий электрод).

Данный способ позволяет контролировать неоднородность поверхностного слоя электропроводящего материала по его термоэлектрической чувствительности с увеличением точности контроля температуры нагрева точки исследуемой поверхности и уменьшением погрешности при контроле поверхностной неоднородности тел со сложной геометрической формой.

Формула изобретения

Термоэлектрический способ контроля поверхностной неоднородности электропроводящих материалов, заключающийся в определении термоэлектрической чувствительности исследуемой поверхности по отношению к термоЭДС, генерируемой термопарой горячий электрод – контролируемая поверхность, к термоЭДС, генерируемой стандартной термопарой, отличающийся тем, что в качестве горячего электрода используют один из электродов стандартной термопары, в область контролируемой точки вводят дополнительный источник тепла, обеспечивая нагрев всех контролируемых точек до одной и той же температуры с заданной погрешностью, а контроль температуры осуществляют стандартной термопарой.

РИСУНКИ

Рисунок 1