Термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов

Изобретение предназначено для измерения неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов. Термоэлектрическое устройство содержит измерительный зонд, источник импульсного тока, создаваемого разрядом конденсатора через измерительный зонд и образец, цепь заряда конденсатора, состоящую из трансформатора, диода и резистора, измеритель термоЭДС и переключатель знака термоЭДС, термопары, одноименные электроды которых являются измерительным и контрольным зондами, причем термопары соединены с дополнительными измерителями термоЭДС. Устройство снабжено управляемыми электронными ключами, включенными в цепи заряда и разряда конденсатора. Технический результат - повышение точности определения за счет уменьшения толщины контролируемого слоя и измерения температуры непосредственно в точке контроля. 1 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, а точнее к устройствам, предназначенным для измерения неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов, и может быть использовано в металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности для контроля качества поверхностных слоев изделий.

Известен термоэлектрический прибор для контроля металлов и изделий, содержащий два электрода в виде зондов с вмонтированными в них термопарами, соединенными по дифференциальной схеме, измеритель термоЭДС, источник нагрева одного из электродов и переключатель знака термоЭДС [1].

Недостатком указанного прибора является низкая разрешающая способность контроля материалов и изделий и малая точность измерений.

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 [2]. Температура в месте контакта горячего электрода с контролируемым изделием измеряется термопарой, образованной подпружиненным горячим электродом и фольговым кольцом. 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 является термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности сплавов, содержащее зонд, источник тока, измеритель термоЭДС и переключатель знака термоЭДС [3], в котором для повышения разрешающей способности и точности предусмотрены преобразователь тока, измерители тока и напряжения.

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 прогреваемого слоя путем использования единичного кратковременного электрического импульса и измерения температуры непосредственно в точке контроля.

Для этого термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов, содержащее измерительный зонд, трансформатор, измеритель термоЭДС и переключатель знака термоЭДС, в отличие от прототипа снабжено источником импульсного тока, создаваемого разрядом конденсатора через измерительный зонд и образец, термопарами, одноименные электроды которых являются измерительным и контрольным зондами, причем термопары соединены с дополнительными измерителями термоЭДС, управляемыми электронными ключами, включенными в цепи заряда и разряда конденсатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит измерительный и контрольный зонды 1 и 2, представляющие собой электроды одинаковых термопар 3 и 4, спаи которых устанавливаются на образец 5, трансформатор 6, выполняющий роль источника питания для заряда конденсатора 7 через выпрямительный диод 8 и резистор 9, управляемые электронные ключи K1-К3 для развязки по времени процессов заряда, разряда конденсатора и измерений, блок управления электронными ключами 10, измерители термоЭДС 11-13, переключатель знака термоЭДС 14.

Устройство работает следующим образом. Перед началом измерений электронные ключи К2 и К3 находятся в разомкнутом состоянии, а ключ K1 замкнут. Измерительный и контрольный зонды устанавливаются на образец. При размыкании электронного ключа K1 и замыкании ключа К2 импульс тока разряда конденсатора проходит через измерительный зонд и образец, создавая разность температур между измерительным и контрольным зондами. Через заданный промежуток времени блок управления 10 выдает сигнал и электронный ключ К2 размыкается и замыкается ключ К3. При этом исследуемая термоЭДС, генерируемая в цепи одноименных электродов стандартных термопар 3 и 4 и образца, пропорциональная разности температур, а также термоЭДС искусственных термопар 3 и 4, характеризующих температуру в точках контакта зондов с образцом, измеряются соответствующими измерителями термоЭДС.

Изменяя промежуток времени между размыканием ключей К2 и К3, можно регулировать глубину проникновения теплового импульса и толщину контролируемого слоя.

Перед переводом измерительного зонда в другую точку поверхности образца электронные ключи размыкаются.

Измерения термоЭДС с помощью предложенного устройства осуществляются в процессе подачи одного импульса тока разряда конденсатора, что позволяет снизить время измерения и увеличить производительность контроля.

Данное устройство позволяет повысить точность определения неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов за счет уменьшения толщины контролируемого слоя путем регулирования длительности импульса тока разряда конденсатора и измерения температуры в точке контроля термопарой, один электрод которой является измерительным зондом.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №345426, МПК G01N 27/14. Термоэлектрический прибор для контроля материалов и изделий [Текст] / Е.Н.Панков - Опубл. 09.06.70, Бюл. №22.

2. 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.

3. 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.

Термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов, содержащее измерительный зонд, трансформатор, измеритель термоЭДС и переключатель знака термоЭДС, отличающееся тем, что оно снабжено источником импульсного тока, состоящего из выпрямителя и конденсатора, разряжающегося через измерительный зонд и образец, термопарами, одноименные электроды которых являются измерительным и контрольным зондами, причем термопары соединены с дополнительными измерителями термоЭДС, электронными ключами, включенными в цепи заряда и разряда конденсатора и управляемыми блоком управления.