Устройство для определения охлаждающей способности закалочной среды

Изобретение относится к области термической обработки стали и сплавов. Устройство содержит основание, трубу, закрепленную на основании, емкость с закалочной средой, над которой установлен нагреватель, датчик теплового потока и приборы измерения и регистрации температуры. В датчике теплового потока закреплен спай термопары. Труба закреплена на основании с отклонением от вертикали не более 3°. Внутри трубы размещены втулка и поршень. К втулке присоединены кронштейнами с одной стороны датчик теплового потока, а с противоположной - противовес. Стенка трубы в зоне движения поршня имеет отверстия. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции устройства и повышение точности результатов измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области термической обработки стали и сплавов с целью повышения их механических свойств и может быть применено для построения кадастра жидкостей по их охлаждающей способности.

Известно устройство для определения параметров охлаждающей способности закалочных жидкостей, в котором датчик теплового потока расположен неподвижно в устройстве, подвижные нагреватель и емкость с закалочной средой, перемещающиеся одновременно и обеспечивающие прохождение через них датчика теплового потока, снабженного термопарой, подсоединенной к измерительному прибору (Патент Франции №2080270, кл. G 01 N 25/00, 27.02.1970).

В указанном устройстве для обеспечения надежного контакта спая термопары с датчиком теплового потока необходимы дополнительные приспособления, искажающие температурное поле датчика и вызывающие систематическую погрешность. Кроме того, необходимость движения нагревателя и емкости приводит к громоздкости и переусложнению устройства.

Известно устройство для определения параметров охлаждающей способности закалочных жидкостей, содержащее нагреватель и датчик теплового потока с термопарой, соединенной с измерительным прибором. Датчик теплового потока, выполненный с полостью для протока жидкости, неподвижно укреплен в нагревателе, при этом термопара расположена внутри датчика. Нагреватель выполнен с термостабилизатором (а.с. СССР №1057557, МКИ 3 С 21 D 1/56, 30.11.1983).

Указанное устройство имеет ряд недостатков.

1. При смене закалочных жидкостей все емкости и трубопроводы необходимо вычищать, прокачивая через них, например, растворитель.

2. После ряда опытов с внутренней поверхности датчика теплового потока необходимо убрать нагар.

3. Не соблюдаются условия подобия по тепломассообмену в натурных и опытных процессах.

4. Громоздкость устройства.

Известна установка для контроля параметров закалочной среды, содержащая нагреватель, емкость с закалочной средой, датчик теплового потока с встроенной в него термопарой, копир переноса, служащий для переноса датчика теплового потока из нагревателя в емкость с закалочной средой и самопишущий индикатор, а также дифференциатор, пиковый детектор, ключ, цифровой индикатор и усилитель, выход которого подсоединен на вход последовательно соединенных дифференциатора, пикового детектора и цифрового индикатора, причем выход термопары одновременно подсоединен к выходу усилителя и через один из контактов ключа к самопишущему индикатору, а выход дифференциатора через второй контакт ключа соединен самопишущим индикатором (а.с. СССР №1278364, МКИ 4 С 21 D 11/00, 14.02.1985).

Недостатком установки является то, что введенные в нее усовершенствования затрагивают лишь систему автоматизации обработки сигнала термопары, но не систему автоматизации механической части установки. Для получения объективных и сравнительно более точных результатов процессы нагревания датчика из нагревателя в емкость с закалочной средой и охлаждения его в закалочной среде должны осуществляться независимо от экспериментатора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является устройство для определения охлаждающей способности закалочной среды по французскому методу, содержащее основание, шток, закрепленный на основании, емкость с закалочной средой, над которой установлен нагреватель, датчик теплового потока, в котором закреплен спай термопары, термоэлектроды которой через трубчатую ножку соединены с приборами измерения и регистрации температуры, систему пневматического перемещения датчика теплового потока (В.Люты. Закалочные среды. Справочник. Металлургия. Челябинск. 1990. 190 с. С.48-50).

Достоинством устройства является наличие системы пневматического перемещения датчика теплового потока. Система позволяет избежать ударных нагрузок в нижней точке движения датчика теплового потока, действующих, в частности, и на термоэлектроды термопары. Это очень важно, так как термоэлектроды под воздействием высоких температур (до 950°С) охрупчиваются и значительные нагрузки приводят к поломке датчика теплового потока, а следовательно, и устройства. Но наличие системы пневматического перемещения датчика теплового потока в том виде как у устройства является его недостатком, так как для функционирования системы необходимы ряд приборов и устройств, а при автономном использовании еще и компрессор.

Задача изобретения - упрощение конструкции устройства и повышение точности результатов измерений за счет исключения в схеме устройства ряда приборов и большей объективности результатов опытов.

Поставленная цель достигается устройством для определения охлаждающей способности закалочной среды, включающим основание, трубу, закрепленную на основании, емкость с закалочной средой, над которой установлен нагреватель, датчик теплового потока, в котором закреплен спай термопары, термоэлектроды которой через трубчатую ножку соединены с приборами измерения и регистрации температуры. В отличие от прототипа труба закреплена на основании с отклонением от вертикали не более 3°, внутри трубы размещены втулка и поршень, связанный стержнем с втулкой, к которой через продольные щели в трубе присоединены кронштейнами с одной стороны датчик теплового потока с возможностью падения датчика теплового потока из нагревателя в емкость с закалочной средой, а с противоположной - противовес, причем стенка трубы в зоне движения поршня имеет отверстия.

Кроме того, поставленная задача достигается вышеуказанным устройством, отличающимся тем, что нагреватель снабжен термопарой для регулирования начальной температуры датчика теплового потока.

Существо изобретения поясняется чертежом, где изображена принципиальная конструкция устройства для определения охлаждающей способности закалочной среды.

Устройство содержит основание 1 с трубой 2, внутри которой размещены поршень 3 и втулка 4, связанная стержнем 5 с поршнем 3. К втулке 4 через продольные щели в трубе 2 присоединены с одной стороны кронштейном 6 и трубчатой ножкой 7 датчик теплового потока 8 с термопарой 9, а с противоположной - кронштейном 10 противовес 11. В устройстве предусмотрены емкость с закалочной средой 12 и нагреватель 13, снабженный термопарой 14 для регулирования начальной температуры датчика теплового потока. Термопары 9 и 14 подключены к блоку измерения и управления работой устройства, расположенному в компьютере.

Устройство для определения охлаждающей способности закалочной среды работает следующим образом. Датчик теплового потока 8 помещается в нагреватель 13 и нагревается до требуемой начальной температуры. Для повышения точности установления начальной температуры датчика теплового потока 8 используется термопара 14, позволяющая установить погрешность изменения начальной температуры датчика не более ±2°С. Далее датчик теплового потока 8 падает в емкость с закалочной средой 12. Во время падения датчик теплового потока 8 и поршень 3 двигаются по следующему закону (без учета трения):

где х - координата движения поршня 3;

τ - время движения;

g - ускорение свободного падения;

m - суммарная масса движущихся с поршнем деталей;

S - площадь поршня;

Р(х) - избыточное давление, действующее на поршень.

Для получения минимального времени падения, причем без удара в нижней точке, важно, чтобы в начале падения скорость датчика теплового потока быстро нарастала, а в конце падения - уменьшалась и доходила до нуля в нижней точке. Это достигается воздействием на избыточное давление Р(х) различных параметров устройства: m, S, место расположения и диаметр отверстий, объем пространства трубы 2 под поршнем 3. В процессе падения для того, чтобы трение между втулкой 4 и трубой 2 было незначительно, необходимо трубу 2 установить вертикально с отклонением не более 3°С, а центр тяжести движущихся деталей расположить на оси трубы 2 за счет противовеса. После падения датчика теплового потока 8 в емкость с закалочной средой 12 происходит охлаждение датчика с фиксацией процесса компьютером.

Выполнение у устройства для определения охлаждающей способности среды трубы, закрепленной на основании с отклонением от вертикали не более 3°С, внутри трубы размещены втулка и поршень, связанный стержнем с втулкой, к которой через продольные щели в трубе присоединены кронштейнами с одной стороны датчик теплового потока с возможностью падения датчика теплового потока из нагревателя в емкость с закалочной средой, а с противоположной - противовес, причем стенка трубы в зоне движения поршня имеет отверстия, позволяет выполнить автономную систему управления перемещением датчика теплового потока на рабочем режиме падения датчика из нагревателя в емкость с закалочной средой без каких-либо дополнительных устройств, что упрощает устройство.

Выполнение у устройства нагревателя, снабженного термопарой для регулирования начальной температуры датчика теплового потока, позволяет существенно (˜ в 2 раза) снизить погрешность установления температуры в конце процесса нагревания датчика, что повышает точность результатов измерений.

1. Устройство для определения охлаждающей способности закалочной среды, содержащее основание, трубу, закрепленную на основании, емкость с закалочной средой, над которой установлен нагреватель, датчик теплового потока, в котором закреплен спай термопары, термоэлектроды которой через трубчатую ножку соединены с приборами измерения и регистрации температуры, отличающееся тем, что труба закреплена на основании с отклонением от вертикали не более 3°, внутри трубы размещены втулка и поршень, связанный стержнем с втулкой, к которой через продольные щели в трубе присоединены кронштейнами с одной стороны датчик теплового потока с возможностью падения датчика теплового потока из нагревателя в емкость с закалочной средой, а с противоположной - противовес, причем стенка трубы в зоне движения поршня имеет отверстия.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нагреватель снабжен термопарой для регулирования начальной температуры датчика теплового потока.