Способ определения удельного электросопротивления расплавов и устройство для его осуществления



Способ определения удельного электросопротивления расплавов и устройство для его осуществления
Способ определения удельного электросопротивления расплавов и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2535525:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Группа изобретений относится к технической физике, а именно - к анализу материалов путем бесконтактного определения методом вращающегося магнитного поля электросопротивления образца в зависимости от температуры, в частности - к определению относительной электропроводности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии. Способ определения удельного электросопротивления расплавов, при котором тигель с расплавом подвешивают коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец упругой проволоки закреплен в узле фиксации. При этом перед исследованием расплава изменяют длину рабочей части упругой проволоки путем обеспечения неподвижности верхнего конца рабочей части упругой проволоки относительно узла фиксации. Устройство для определения удельного электросопротивления расплавов содержит тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации. При этом в него введены струбцина и штифт, закрепленный некоаксиально в узле фиксации, струбцина закреплена на штифте с возможностью ее перемещения вдоль штифта и имеет средство для закрепления в струбцине верхнего конца рабочей части упругой проволоки. Технический результат - обеспечение сокращения времени экспериментов и их упрощение при определении электросопротивления различных сплавов в случае их смены. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу материалов путем бесконтактного определения методом вращающегося магнитного поля электросопротивления образца в зависимости от температуры, в частности, к определению относительной электропроводности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии.

Известно устройство для измерения индуктивности контура, предназначенное для высокотемпературных измерений до +1600°С в твердой и жидкой фазах оксидов и солей в тиглях (см. пат. РФ №2165089, аналог). Устройство содержит тигель с расплавом оксидов и солей и платиновые электроды, погружаемые в расплав. Недостатком устройства является контактный способ с погружением платиновых электродов непосредственно в измеряемую среду и недостаточный для металлов и сплавов температурный диапазон.

Известен способ бесконтактного оптического измерения удельного электросопротивления металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии методом вращающегося магнитного поля и устройство для его реализации (см. Г.В.Тягунов и др. Измерение удельного электросопротивления методом вращающегося магнитного поля. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. Москва, 2003, №2, том 69, 35-37, аналог). Тигель с измеряемым образцом или эталоном подвешивается на упругой, например, нихромовой, проволоке (нити) внутри вертикальной вакуумной электропечи во вращающееся магнитное поле, создаваемое тремя парами катушек, питающихся от трехфазной силовой сети, при этом индукционные токи в образце создают магнитный момент. Образец взаимодействует с внешним магнитным полем, создается вращательный механический момент, которому противодействует упругость проволочной нити. Угол поворота образца при этом функционально связан с электросопротивлением, амплитудой и частотой магнитного поля и с коэффициентом упругости нити. При фиксированном значении параметров магнитного поля и упругой проволочной нити, а также геометрии, массы и плотности эталонного и изучаемого образца, электросопротивление однозначно связано с длиной и упругостью проволоки (нити), отражаемыми углом отклонения (или закручивания) как эталона, так и образца, который определяется по отклонению отраженного светового луча на шкале. Таким образом, изменение электросопротивления при изменении температуры расплава определяется величинами отклонений отраженного светового луча на оптической шкале.

Прототипом является способ измерения электрического сопротивления металлического расплава методом вращающегося магнитного поля (см. пат. РФ №2457473), при котором тигель с расплавом подвешивают коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в точке фиксации, а также устройство для реализации этого способа, содержащее цилиндрическую электропечь, тигель с расплавом, подвешенный на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации.

Недостатком как аналога, так и прототипа является разброс при смене образцов значений угла отклонений светового луча в зависимости от свойств образца: его электропроводности, магнитных свойств, плотности, температуры плавления и проч. Например, сначала мог быть исследован образец на основе Fe, Ni, Со, а затем - алюминиевый. При этом вышеотмеченный разброс отражается либо в увеличении амплитуды колебаний светового луча вплоть до его выхода за пределы шкалы или наоборот, в виде сжатия этих колебаний до узкой области вблизи нулевых значений. Такая зависимость требует, например, при изучении сплавов на основе Fe применения определенной длины, диаметра или упругости проволоки, а при измерении, например А1, применения другой длины, или диаметра, или упругости проволоки, т.е. замены одной упругой проволоки на другую. Это многократно увеличивает время экспериментов на одной и той же установке при смене объекта исследований, т.е. различных сплавов, усложняет эксперимент, вызывает необходимость замены упругой проволоки, после чего приходится заново проводить настройку установки.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение сокращения времени проведения эксперимента и упрощение процедуры эксперимента при определении электросопротивления различных сплавов.

Для решения поставленной задачи предлагаются способ определения удельного электросопротивления расплавов и устройство для его осуществления.

Способ определения удельного электросопротивления расплавов, при котором тигель с расплавом подвешивают коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец упругой проволоки закреплен в узле фиксации, отличающийся тем, что перед исследованием расплава изменяют длину рабочей части упругой проволоки путем обеспечения неподвижности верхнего конца рабочей части упругой проволоки относительно узла фиксации.

Устройство для определения удельного электросопротивления расплавов, включающее тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации, отличающееся тем, что в него введены струбцина и штифт, закрепленный некоаксиально в узле фиксации, струбцина закреплена на штифте с возможностью ее перемещения вдоль штифта и имеет средство для закрепления в струбцине верхнего конца рабочей части упругой проволоки.

Отличительные признаки предложенных технических решений - способа и устройства, обеспечивают возможность отсчета углов поворота для различных исследуемых образцов, сокращение времени проведения эксперимента и его осуществление с одной и той же упругой проволокой, без необходимости заново проводить настройку измерительного устройства при определении электросопротивления различных сплавов, что в конечном итоге обеспечивает как сокращение времени проведения эксперимента, так и его упрощение.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:

фиг.1 - Блок-схема устройства;

фиг.2 - Колебания светового луча для различных расплавов.

Устройство для определения удельного электросопротивления расплавов, см. фиг.1, содержит вакуумную цилиндрическую электропечь 1, тигель с расплавом 2, упругую проволоку 3, узел фиксации 4, струбцину 5, штифт 6.

В качестве вакуумной цилиндрической электропечи 1, тигля с расплавом 2, упругой проволоки 3, используют узлы, описанные выше в прототипе (см. пат. РФ №2457473) и аналоге (см. Г.В.Тягунов и др.). Упругая проволока из нихрома имеет длину 650 и диаметр 0,08 мм. Объем исследуемого образца (расплава) в тигле составляет 0,5 см3. Узел фиксации 4 представляет собой съемный диск, в котором коаксиалыю закреплена упругая проволока 3, содержащий вырезы для контроля сквозь него коаксиальности положения тигля с расплавом 2. Струбцина 5 выполнена в виде параллелепипеда из нержавеющей стали и закреплена на штифте 6, например, диаметром 3 мм, выполненным из нержавеющей стали, причем верхняя часть штифта 6 некоаксиально закреплена, например, винтовым соединением в узле фиксации 4. Струбцина имеет возможность ее перемещения вдоль штифта посредством регулировки винта 7. Она содержит средство для закрепления в ней верхнего конца рабочей части упругой проволоки 3, выполненное в виде регулировочного винта 8 и 1-мм щелевой торцовой прорези - зажима, сквозь которую пропущена упругая проволока 3.

Измерение удельного электросопротивления на предлагаемой установке осуществляют следующим образом: подготавливают равноразмерные эталонный и (или) изучаемый образцы, у которых определяют массу и плотность. Затем проводят два одинаковых эксперимента: градуировочный, с эталоном, например, с монокристаллом вольфрама с известными электросопротивлением и плотностью, а после - с измеряемым образцом. Тигель с расплавом 2 коаксиально подвешивают в цилиндрическую электропечь 1 в область изотермической зоны на нижнем конце рабочей части упругой проволоки 3, верхний конец которой коаксиально закреплен в узле фиксации 4. Перед исследованием расплава изменяют длину рабочей части упругой проволоки 3 путем перемещения ее верхнего конца (точки фиксации) в зависимости от исследуемого сплава, например, в верхней трети ее длины. Перемещение струбцины 5 осуществляют, ослабляя винт 7 и перемещая струбцину 5 по штифту 6, при этом регулируемый зажим струбцины 5 также ослаблен и обеспечивает свободное перемещение рабочей части упругой проволоки 3 сквозь струбцину 5. При размещении струбцины 5 в требуемом месте в процессе ее перемещения вдоль упругой проволоки 3 сначала струбцину 5 фиксируют на штифте 6 винтом 7. Затем регулируемый зажим струбцины 5 затягивают регулировочным винтом 8 и таким образом осуществляют фиксацию верхнего конца рабочей части упругой проволоки 3, при этом длину рабочей части упругой проволоки 3 изменяют, соответственно, изменяют ее угол закручивания 9 и амплитуду колебаний светового луча 10, отраженного от зеркала 11, закрепленного на упругой проволоке 3, которая не выходит за края смотрового окна 12, находящегося в корпусе цилиндрической электропечи 1 - см. фиг.2. Затем установку вакуумируют и начинают собственно эксперимент.

Например, при предыдущем изучении сплава на основе Fe и последующей смене образца на технически чистый алюминий регулировка положения верхнего конца рабочей части упругой проволоки 3 в виде укорочения ее длины на 10 см была проведена одновременно с загрузкой в цилиндрическую электропечь 1 тигля с образцом 2 и заняла 1 минуту. В последующем процессе измерений параметров алюминиевого образца колебания отраженного светового луча 10 находились в пределах значений +/- 80% от величины оптической измерительной шкалы 13, что обеспечило стандартную процедуру эксперимента без замены упругой проволоки 3 и перенастройки измерительной установки. Такие результаты, полученные посредством устройства для определения удельного электросопротивления расплавов, приведенного на фиг.1, подтверждают реализацию поставленной задачи - обеспечение сокращения времени экспериментов и их упрощение при определении электросопротивления различных сплавов.

1. Способ определения удельного электросопротивления расплавов, при котором тигель с расплавом подвешивают коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец упругой проволоки закреплен в узле фиксации, отличающийся тем, что перед исследованием расплава изменяют длину рабочей части упругой проволоки путем обеспечения неподвижности верхнего конца рабочей части упругой проволоки относительно узла фиксации.

2. Устройство для определения удельного электросопротивления расплавов, включающее тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации, отличающееся тем, что в него введены струбцина и штифт, закрепленный некоаксиально в узле фиксации, струбцина закреплена на штифте с возможностью ее перемещения вдоль штифта и имеет средство для закрепления в струбцине верхнего конца рабочей части упругой проволоки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу материалов путем определения вязкости и электрического сопротивления и плотности высокотемпературных металлических расплавов.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ и устройство для бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления металлического сплава методом вращающегося магнитного поля и может использоваться для анализа материалов, в частности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии, путём бесконтактного определения электрического сопротивления нагреваемого тела в зависимости от температуры.

Изобретение относится к анализу материалов, в частности, для определения содержания водорода и может быть использовано при изготовлении газоанализаторов водорода в космической технике, автомобильной промышленности, химической промышленности и т.д.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля концентрации метана в атмосфере горных выработок и шахт. Предлагаемый способ измерения концентрации метана основан на использовании термокаталитического сенсора с рабочим и сравнительным элементами, размещенными в реакционной камере с диффузионным доступом анализируемой среды.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях для контроля довзрывных концентраций взрыво-пожароопасных газов и газовых смесей.

Изобретение относится к технической физике, а именно к способам контроля и измерения свойств веществ, и предназначено для определения аномалий на политермах свойств высокотемпературных металлических расплавов.

Изобретение относится к неразрушающему тепловому контролю и может быть использовано для контроля состояния протяженных железобетонных изделий, имеющих основную металлическую продольную несущую арматуру (например: опоры линий электропередач, балки, сваи, трубы и т.п.), применяемых в различных отраслях хозяйства в процессе производства, строительства и эксплуатации.

Изобретение относится к области измерения электрических характеристик наноразмерных газочувствительных материалов, в частности к измерению комплексной проводимости газочувствительных материалов, и может быть использовано в производстве сенсоров газа, основанных на полупроводниковых неорганических материалах сложного состава, а также для синтеза структур пленки эквивалентной схемой.

Изобретение относится к области измерения концентраций водорода и может быть использовано для контроля газовой атмосферы в помещениях промышленных предприятий с опасными условиями производства, в частности для обеспечения водородной взрывобезопасности под защитной оболочкой АЭС и взрывозащитных камер.

Изобретение относится к измерительным средствам для исследования и анализа газов при помощи электрических средств, в частности полупроводниковых сенсорных датчиков, и может быть использовано в системах пожарной сигнализации, сигнализаторах опасных газов и газоанализаторах.

Изобретение относится к устройствам для исследования сверхпроводников с помощью электрических и магнитных средств и позволяет обеспечить высокую точность измерения температурных параметров сверхпроводников. В корпусе устройства установлены две катушки индуктивности. Оси катушек ориентированы параллельно друг другу и поверхности образца, расположенного между катушками. Для уменьшения поля рассеяния первичной катушки и увеличения величины спада сигнала при переходе в сверхпроводящее состояние катушки индуктивности выполнены с прямоугольным поперечным сечением и установлены меньшей стороной прямоугольника параллельно поверхности образца. Механизм регулировки и фиксации расстояния между образцом и поверхностью криоагента обеспечивает исключение влияния конвекционных паров вблизи поверхности криоагента. Корпус устройства выполнен из двух половин. Образец сверхпроводника установлен в плоскости разъема корпуса для обеспечения точности фиксации положения сверхпроводника относительно катушек индуктивности и поверхности криоагента. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях. Полупроводниковый газовый сенсор содержит корпус 1 реакционной камеры 2, выполненный из коррозионно-стойкой стали. Корпус 1, с торца закрытый сеткой 3 из проволоки диаметром 0,03…0,05 мм шагом 0,05…0,07 мм из нержавеющей стали. В корпусе 1 по центру реакционной камеры 2 на контактных проводниках 4 установлен шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент 5 при помощи проводов нагревателя 6 и измерительного проводника 7. Внутри полупроводникового газочувствительного элемента 5 размещен нагреватель 6 в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента 5 расположен прямой измерительный проводник 7. Нагреватель 6 и измерительный проводник 7 газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,015…0,03 мм, при этом нагреватель выполнен 2…8 витками этой проволоки с диаметром витков 0,3…0,6 мм. Пространство вокруг прямого измерительного проводника 7 и внутри цилиндрический пружины нагревателя 6 заполнено газочувствительным составом SnO2, вокруг которого (и нагревателя 6) расположен шарообразный пористый и газочувствительный слой 5 из In2O3; внешний диаметр которого составляет 0,8…0,9 мм. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности, а также существенное улучшение механической прочности, долговременной стабильности, быстродействия и устойчивости к воздействию внешних факторов. 8 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области газового анализа, а именно к способам распознавания состава многокомпонентных газовых смесей. Задачей изобретения является разработка способа анализа состава газовой среды путем измерения полного сопротивления (импеданса) газочувствительного полупроводникового слоя, сегментированного набором компланарных электродов в составе мультисенсорного чипа, при воздействии различных газовых сред, позволяющего проводить их качественное распознавание. Техническим результатом является увеличение точности анализа состава газовой среды с помощью мультисенсорного чипа согласно принципам работы прибора вида «электронный нос» за счет увеличения количества характеристик, используемых для построения векторного отклика, чувствительного к виду газовой среды, путем определения набора параметров, изменяющихся при воздействии газов, по измерениям спектра (или частотной зависимости) импеданса отдельных сенсорных сегментов чипа. Важной особенностью способа является применение низких частот (10-2-102 Гц), в котором изменение импеданса, обусловленное адсорбцией газов, учитывает медленные процессы токопереноса в газочувствительном полупроводниковом материале, что определяет соответствующее изменение элементов эквивалентной электрической цепи, используемое в данном способе для решения задачи анализа газового состава. При этом измерение бòльшего количества сенсорных сегментов чипа позволяет увеличить размерность анализируемого векторного сигнала и повысить точность идентификации газа. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх