Устройство для разбраковки металлических изделий
Владельцы патента RU 2495410:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к области неразрушающего контроля изделий и может быть использовано для контроля физико-химических свойств поверхностных слоев металла контролируемого изделия, подвергнутого термической или химикотермической обработке, а также для выявления степени пластической деформации. Заявлено устройство для разбраковки металлических изделий, содержащее нагреватель, воздействующий на два нагреваемых электрода, выполненных из одного материала, эталонный образец, электрически контактирующий со своим нагреваемым электродом и контролируемым изделием, контактирующим с другим нагреваемым электродом. Нагреваемые электроды подключены к дифференциальному усилителю, к которому последовательно подсоединены аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и индикатор. Блок управления нагревателем связан с нагревателем и микроконтроллером, к которому подключен датчик температуры. Технический результат: устранение влияния температуры контролируемого образца на величину разностной термоЭДС электродов. 1 ил., 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля металлов и сплавов и может быть использовано для контроля физико-химических свойств поверхностных слоев металла контролируемого изделия, подвергнутого термической или химико-термической обработке, а также для выявления степени пластической деформации.
Известно устройство для разбраковки металлических изделий (RU 2313082 C1, МПК G01N25/32 (2006/01), опубл. 20.12.2007 г.), выбранное в качестве прототипа, содержащее нагреватель, воздействующий на первый нагреваемый электрод, первый холодный электрод, представляющий собой контролируемое изделие, и аналоговый усилитель, связанный с первым индикатором. Второй холодный электрод, представляющий собой эталонный образец, имеющий электрический контакт со вторым нагреваемым электродом и контролируемым изделием, которое контактирует с первым нагреваемым электродом, при этом второй нагреваемый электрод имеет тепловую связь с нагревателем. Оба нагреваемых электрода подключены к аналоговому усилителю, к выходу которого подключены последовательно связанные компаратор и второй индикатор, а регулятор порога соединен с компаратором, причем первый и второй нагреваемые электроды выполнены из одного материала.
Недостатком этого устройства является влияние температуры контролируемого образца на величину разностной термоЭДС электродов, в результате этого нельзя однозначно судить о качестве поверхностного слоя.
Задачей изобретения является устранение влияния температуры контролируемого образца на величину разностной термоЭДС электродов.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство для разбраковки металлических изделий, также как в прототипе, содержит индикатор, нагреватель, воздействующий на два нагреваемых электрода, выполненных из одного материала, эталонный образец, электрически контактирующий со своим нагреваемым электродом и контролируемым изделием, контактирующим с другим нагреваемым электродом, причем нагреваемые электроды подключены к усилителю.
Согласно изобретению датчик температуры размещен с возможностью теплового контакта с контролируемым изделием. В качестве усилителя выбран дифференциальный усилитель, к которому последовательно подсоединены аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и индикатор. Блок управления нагревателем связан с нагревателем и микроконтроллером, к которому подключен датчик температуры.
Известно, что абсолютная термоЭДС металлов и сплавов зависит от разности температур между нагреваемым и холодным электродами [В.Г. Лившиц, В.С. Крапошин, Я.Л. Линецкий. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980, стр 232, формула 235)]:
е=а+2bΔТ+3сΔТ2,
где a, b, c - коэффициенты уравнения;
ΔT - разность температур между нагреваемым и холодным электродами.
Разностная термоЭДС, используемая в прототипе, определяется выражением:
e1-e2=(a1-a2)+2ΔT(b1-b2)+3ΔT2(c1-c2),
где a1, b1, c1 - коэффициенты уравнения, определяющего термоЭДС контролируемого изделия;
а2>b2, с2 - коэффициенты уравнения, определяющего термоЭДС эталонного образца,
ΔТ - разность температур между нагреваемым и холодным электродами.
Таким образом, разностная термоЭДС будет оставаться неизменной для одного контролируемого изделия, если параметры контроля неизменны, то есть разность температур между нагреваемым и холодным электродами постоянна
На фиг.1 представлена схема устройства, иллюстрирующая предлагаемое устройство.
В таблице 1 приведены значения дифференциальной термоЭДС, измеренные предлагаемым устройством, от деформации при различных температурах контролируемого образца.
В таблице 2 приведены результаты измерения термоЭДС с помощью устройства-прототипа.
Заявляемое изобретение осуществлено с помощью устройства для разбраковки металлических изделий (фиг.1), содержащего последовательно соединенные первый нагреваемый электрод 1, эталонный образец 2, контролируемое изделие 3, второй нагреваемый электрод 4. Нагреватель 5 размещен с возможностью воздействия на первый и второй нагреваемые электроды 1 и 4 соответственно. Входы дифференциального усилителя 6 подключены к первому и второму нагреваемым электродам 1 и 4. Выход дифференциального усилителя 6 подключен к аналого-цифровому преобразователю 7 (АЦП). Выход аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП) подключен к первому входу микроконтроллера 8, к первому выходу которого подключен индикатор 9. Датчик температуры 10 подключен ко второму входу микроконтроллера с возможностью теплового контакта с контролируемым изделием 3. Второй выход микроконтроллера подключен к блоку управления нагревателем 11. Выход блока управления нагревателем 11 подключен к нагревателю 5.
Первый и второй нагреваемые электроды 1 и 4, выполнены из одного материала, например, меди. Нагреватель 5 может быть стандартным мощностью 25 ватт. Дифференциальный усилитель 6 должен быть с малым дрейфом напряжения смещения нуля, например, К140УД17. Аналого-цифровой преобразователь 7 (АЦП) может быть стандартным, например, К1113ПВ1. Микроконтроллер 8 может быть стандартным, например, ATMEGA 16. Индикатор 9 может быть выполнен на светодиодах АЛС324А. Датчик температуры 10 может быть стандартным, например, термопара хромель-алюмель. Блок управления нагревателем 11 может быть выполнен на транзисторе, например КТ 818Г. Эталонный образец 2 должен быть изготовлен из того же материала и той же плавки, что и контролируемое изделие 3.
Предлагаемым устройством был проведен контроль качества поверхностного слоя металла девяти контролируемых изделий из трех марок сталей 12Х18Н10Т; 0,8ПС-5 и СТ3, по три образца из каждой марки.
Предварительно каждое контролируемое изделие 3 было подвергнуто пластической деформации на разрывной машине с компьютерным управлением. Для сравнения с результатами, полученными заявляемым способом, величину пластической деформации (абсолютное удлинение) измеряли штангенциркулем. Величина деформации составила 3,3 мм.
Вначале термоЭДС поверхностного слоя контролируемого изделия 3 измеряли при температуре +25°C. Процедуру контроля проводили следующим образом: вначале с помощью датчика температуры 10 измеряли температуру контролируемого изделия 3, и передавали данные в микроконтроллер 8, сигнал которого поступал в блок управления нагревателем 11, который устанавливал такую температуру нагревателя 5, чтобы разность температур между нагреваемыми электродами 1, 4 и контролируемым изделием 3 и эталонным образцом 2, поддерживалась одинаковой. Нагреватель 5 воздействовал на нагреваемые электроды 1 и 4. Длительность воздействия контролировали микроконтроллером 8, и как только температура нагреваемых электродов 1 и 4 достигала требуемого значения (в примере разность температур была задана в 130°C), микроконтроллер 8 выдавал сигнал на индикатор 9, включая его для отображения величины измеренной термоЭДС. Между первым нагреваемым электродом 1 и эталонным образцом 2, изготовленным из той же марки стали и той же плавки, что и контролируемое изделие 3, возникала термоЭДС 1, которая поступала на первый вход дифференциального усилителя 6. Между вторым нагреваемым электродом 4 и контролируемым изделием 3 также возникала вторая термоЭДС 2, которая поступала на второй вход дифференциального усилителя 6. Дифференциальный усилитель 6 вычитал термоЭДС 1 из термоЭДС 2. Разностная термоЭДС усиливалась дифференциальным усилителем 6 и поступала в аналого-цифровой преобразователь 7 (АЦП), который преобразовывал аналоговую величину в цифровой код, который поступал в микроконтроллер 8. Микроконтроллер 8 преобразовывал двоичный код аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП) в семисегментный код. Этот код поступал в индикатор 9, который отображал величину термоЭДС.
Затем контролируемое изделие 3 и эталонный образец 2 охлаждали до 0°C и процедуру измерения повторяли. На третьем этапе контролируемое изделие 3 и эталонный образец 2 охлаждали до -25°C и проводили измерения термоЭДС.
Результаты контроля, приведенные в таблице 1, показывают, что использование предлагаемого устройства позволяет однозначно определить одинаковую величину деформации при разных температурах контролируемого изделия.
Для сравнения в таблице 2 приведены результаты измерения термоЭДС, выполненные устройством-прототипом. Контролируемое изделие было изготовлено из стали СТ3 и предварительно было подвергнуто деформации в 3,3 мм. Деформацию (абсолютное удлинение) контролируемого образца измерили штангенциркулем. Эталонный образец был изготовлен из стали СТ3 той же плавки, что и контролируемое изделие. Из таблицы 2 видно, что при изменении температуры контролируемого изделия от -25°C до +25°C величина термоЭДС изменяется от 21 мВ до 9 мВ, в результате этого можно сделать вывод о разной степени пластической деформации поверхностного слоя, что не соответствует действительности.
Результаты измерений, представленные в таблице 1, показывают, что при изменении температуры контролируемого изделия от -25°C до +25°C, отклонение термоЭДС не превышает 0,5 мВ. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет устранить влияние температуры контролируемого изделия при сезонных или других колебаниях его температуры на величину разностной термоЭДС.
Устройство для разбраковки металлических изделий, содержащее индикатор, нагреватель, воздействующий на два нагреваемых электрода, выполненных из одного материала, эталонный образец, электрически контактирующий со своим нагреваемым электродом и контролируемым изделием, контактирующим с другим нагреваемым электродом, причем нагреваемые электроды подключены к усилителю, отличающийся тем, что датчик температуры размещен с возможностью теплового контакта с контролируемым изделием, в качестве усилителя выбран дифференциальный усилитель, к которому последовательно подсоединены аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и индикатор, при этом блок управления нагревателем связан с нагревателем и микроконтроллером, к которому подключен датчик температуры.
