Термоэлектроимпульсное устройство для контроля неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов
Владельцы патента RU 2306553:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU)
Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля. Термоэлектроимпульсное устройство содержит остроконечный зонд, источник импульсного тока, создаваемого разрядом конденсатора через электрод разряда, измеритель термоЭДС и переключатель знака термоЭДС, измерительный электрод, соединенный с измерителем термоЭДС и подвижный электрод, замыкающий поочередно цепи разряда конденсатора и измерения. Технический результат - повышение точности определения неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов за счет уменьшения глубины прогрева поверхностного слоя. 1 ил.
Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля, а точнее к устройствам, предназначенным для измерения неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов, и может быть использовано на предприятиях машиностроительной промышленности и в научных исследованиях.
Известно термоэлектрическое устройство для контроля металлов и сплавов, содержащее холодный и горячий электроды, реле, переменный резистор, трансформатор, реле времени, включенное в цепь создания градиента температуры [1]. Постоянное усилие прижатия горячего электрода к контролируемому изделию обеспечивается электромагнитом с обмоткой.
Однако недостатком указанного устройства является значительный разброс времени срабатывания электромеханических реле, уменьшающий точность контроля вследствие различной длительности импульса тока, приводящей к варьированию толщины зоны нагрева.
Наиболее близким техническим решением к изобретению по технической сущности является термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности сплавов, содержащее зонд, источник тока, измеритель термоЭДС и переключатель знака термоЭДС [2], в котором для повышения разрешающей способности и точности предусмотрены преобразователь тока, измерители тока и напряжения. Данное устройство принято за прототип.
Однако в этом устройстве в области локализации зонда протекает импульсный ток, длительность импульсов которого составляет половину периода переменного напряжения сети, т.е. 10 мс, в промежутках между которыми включается измерительное устройство. При этом нагрев образца идет на большую глубину, что приводит к измерению интегральной по толщине проникновения теплового потока термоЭДС. Поэтому данное устройство нельзя применять для контроля неоднородности тонкого поверхностного слоя, у которого генерируемая термоЭДС сильно отличается от термоЭДС, генерируемой в толще материала при одной и той же разнице температур.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении точности определения неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов за счет уменьшения глубины прогрева поверхностного слоя.
Для этого термоэлектроимпульсное устройство для контроля неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов, содержащее зонд, измеритель термоЭДС и переключатель знака термоЭДС в отличие от прототипа снабжено источником импульсного тока, создаваемого разрядом конденсатора через электрод разряда, измерительным электродом, соединенным с измерителем термоЭДС и подвижным электродом, замыкающим поочередно цепи разряда конденсатора и измерения.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит остроконечный зонд 1, запрессованный в корпус 2, устанавливаемый на образец 3, трансформатор 4, выполняющий роль источника питания для заряда конденсатора 5 через выпрямительный диод 6 и резистор 7, вольтметр 8 для контроля напряжения заряда конденсатора, ключ 9 для развязки по времени процессов заряда и разряда конденсатора, электрод разряда 10, подвижный электрод 11, удерживаемый в исходном верхнем положении упором 12, неподвижный измерительный электрод 13, соединительный провод 14, груз 15, обеспечивающий необходимое усилие прижатия подвижного электрода к измерительному, демпфер в виде пружинящих пластин 16, измеритель термоЭДС 17, переключатель знака термоЭДС 18, станину для крепления неподвижных элементов устройства 19.
Устройство работает следующим образом. Остроконечный зонд устанавливается на образец. Перед началом измерений ключ 9 замыкается. Упор 12 удерживает подвижный электрод в верхнем положении I. Затем ключ размыкается, поворотом упора освобождается подвижный электрод, который под весом груза опускается в положение II, где удерживается демпфером 16. По ходу движения подвижного электрода происходит его контактирование с электродом разряда. В момент контакта замыкается цепь: электрод разряда - подвижный электрод - соединительный провод - зонд - образец, и протекает импульс тока разряда конденсатора, который нагревает область материала под зондом, создавая градиент температуры. При достижении подвижным электродом положения II замыкается цепь: измерительный электрод - пластины демпфера - подвижный электрод - соединительный провод - зонд - образец - измеритель термоЭДС, и регистрируется значение исследуемой термоЭДС.
Длительность импульса тока разряда конденсатора обусловлена временем контакта электрода разряда и подвижного электрода, зависящим от скорости движения последнего, и составляет десятые доли миллисекунд.
Данное устройство позволяет повысить точность определения неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов за счет уменьшения глубины проникновения теплового импульса путем регулирования времени разряда конденсатора, что приводит к уменьшению толщины контролируемого слоя.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент №2134875 РФ, МПК G01N 25/32. Термоэлектрическое устройство для контроля металлов и сплавов [Текст] / С.Ф.Корндорф, Ю.И.Нестерович. - Опубл. 20.08.99, Бюл. №23.
2. Авторское свидетельство СССР №636518, МПК G01N 25/32. Термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности сплавов [Текст] / Ю.А.Браташевский, В.М.Васильков, Н.А.Дорошенко - Опубл. 05.12.78, Бюл. №45 - прототип.
Термоэлектроимпульсное устройство для контроля неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов, содержащее зонд, измеритель термоЭДС и переключатель знака термоЭДС, отличающееся тем, что оно снабжено источником импульсного тока, создаваемого разрядом конденсатора через электрод разряда, измерительным электродом, соединенным с измерителем термоЭДС, и подвижным электродом, замыкающим поочередно цепи разряда конденсатора и измерения.
