Устройство для изготовления микротермопар

Изобретение относится к устройствам для изготовления микротермопар с рабочим спаем, образованным сваркой с получением шарика на стыке проволок, и может быть использовано при подготовке и проведении теплофизических и тепловых испытаний в конструкциях аэрокосмической техники, ядерной энергетики и металлургии. Устройство содержит бункер с графитовым порошком, зажимное приспособление с губками на наконечнике, оптический бинокулярный микроскоп, зажим для скручивания проволок. Губки наконечника зажимного приспособления выполнены с напаянными на их внутренних поверхностях медными пластинками с дугообразными окончаниями. Изобретение обеспечивает получение стабильных размеров и формы шарика для различных проволок с минимальными затратами ручного труда и времени. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Устройство предназначено для сварки микротермопар с шариком на стыке проволок. При исследовании теплофизических характеристик конструкционных, теплозащитных и теплоизоляционных материалов, а также тепловых режимов конструкций на их основе в условиях высокоинтенсивного динамического нагрева, характерного для материалов и конструкций, используемых в аэрокосмической технике, ядерной энергетике и металлургии для измерения температуры широко используются термопары различного типа. Термопары размещаются на поверхности и/или внутри образцов исследуемых материалов и элементов конструкций. Для измерения температуры на поверхности образцов обычно используются термопары с шариком в месте сварки, который позволяет также осуществлять его контакт с металлической поверхностью точечной сваркой.

При использовании современных нестационарных методов определения теплофизических свойств материалов и диагностики тепловых режимов конструкций в широком диапазоне температур и темпов нагрева, например, методов основанных на решении обратных задач теплообмена [Алифанов О.М Обратные задачи теплообмена. - М.: Машиностроение, 1988, 280 с.] важными факторами, влияющими на точность этих методов, являются искажения, вносимые термопарами в поле температур в образце, отток тепла по термопарным проводам, а также инерционность измерений, связанная с теплоемкостью материала термопар. Особое значение эти факторы приобретают при исследовании материалов с низкой теплопроводностью. Наши исследования показали, что в этих случаях необходимо использовать микротермопары диаметром 200 и менее микрон. Серьезной проблемой изготовления микротермопар являются трудности работы с очень тонкой проволокой.

В печати микротермопарами обычно называются пары с диаметром проволоки 0,3 мм (300 мк) и менее, [Большая энциклопедия нефти и газа. ngpedia.ru]. Однако широко используемый способ их изготовления применяется, в основном, для сварки термопар с шариком на стыке с диаметром проволоки от 0,3 до 1-2 мм. Он состоит в том, что проволоки скручиваются на длине 3-5 мм, затем скрученный конец с помощью лабораторного автотрансформатора для регулировки напряжения оплавляется в графитовом порошке с добавлением буры в качестве флюса или просто касанием графитового стержня. Далее оставшаяся скрутка под оплавленным концом раскручивается. Результаты получаются не очень стабильными - зависят от длительности сварочного импульса, глубины погружения в порошок или силы прижатия стержня, что сказывается на форме и длине оплавленной части.

Указанные проблемы не имеют значения для измерения температур в горячей среде, например, в муфеле для контроля и регулирования температуры. Однако все тепловые процессы отличаются инерцией, и если температура среды изменяется быстро, инерция термопар сказывается на результате и требуется переход на микротермопары с диаметром проволок менее 200 мк. Дополнительно действует еще один фактор. Наши исследования с помощью высокоточного тепловизора показали, что отвод тепла по термопарной проволоке при измерении температуры ленточного нагревателя из металлической фольги вносит заметное искажение в результаты измерений даже при проволоке в 100 мк, и необходим переход на проволоку диаметром 50 мк и менее со стабильными размерами шарика и отсутствием контактов проволок за пределами шарика.

Известен способ изготовления термопар малого диаметра SU №263932. Две проволоки просовываются в трубку из кварцевого стекла так, чтобы они соприкасались. Это место нагревается до температуры размягчения кварца (~ 1000°С), проволоки расплавляются, затем это место вытягивается вместе с трубкой так, что диаметр слившихся проволок может дойти до одного микрона. Но этот способ пригоден только для изготовления термопар с температурой плавления проволок, менее указанной для кварца.

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства для надежного получения стабильных размеров микротермопар с диаметром проволоки в 100 мк, 50 мк и менее при сварке термопар с шариком на стыке и повышающих производительность процесса изготовления.

Для решения поставленных задач разработано и изготовлено следующее устройство. Оно содержит зажимное приспособление для зажима с фиксацией термопарных проволок, выступающих из его губок. На губки изнутри напаяны пластинки из меди, которые имеют дугообразную концевую часть, зажимное приспособление снабжено клеммой для подсоединения к лабораторному автотрансформатору, далее ЛАТРу. К другой клемме ЛАТРа подключен бункер (открытая сверху емкость) с графитовым порошком. Устройство снабжено монтажным бинокулярным оптическим микроскопом с увеличением в несколько десятков раз.

В качестве зажимного приспособления с фиксацией проволок полностью подходит медицинский кохер для зажима с фиксацией мелких кровеносных сосудов, выпускаемый промышленностью и широко используемый при операциях. Он позволяет осуществить зажим проволок одним движением до трех различных степеней сжатия.

Для создания стабильных условий в процессе изготовления и его упрощения одна деталь зажимного приспособления с губкой, расположенной плоскостью вверх, закреплена на вертикальной оси с возможностью поворота всего приспособления вокруг оси на 90° в сторону бункера с порошком и с возможностью наклона его вокруг горизонтальной оси до погружения концевой части приспособления со скруткой в бункер. Перед губками установлен подпружиненный зажим (крокодил) на горизонтальной оси, направленной в сторону губок, с возможностью поворота зажима вокруг нее для скручивания проволок. Для сварки термопарных проволок используется графитовый порошок с бурой, при необходимости в бункер с порошком перед сваркой подается нейтральный газ, например, аргон. Для создания сварочного импульса используется ЛАТР.

На фиг. 1 показан наконечник зажимного приспособления с проволоками и его сечение по А-А. На фиг. 2 изображено устройство в сборе в трех проекциях: а) боковая проекция, б) вид сверху, в) вид сзади. На фиг. 3 показаны фото получившихся шариков для диаметров проволок 100 мк и 50 мк с отходящими от шариков проволоками.

На фиг. 1 показаны в увеличенных масштабах наконечник зажимного приспособления с зажатыми проволоками и их скруткой и его сечение по А-А, где 1 - губка приспособления, 2 - проволока, 3 - медная пластинка, 4 - скрутка проволок.

На фиг. 2 изображено устройство в сборе, где 5 - зажимное приспособление, 6 - его токоизолированная рукоятка, 7 - горизонтальная ось, 8 - вертикальная ось, 9 - стойка зажимного приспособления на основании 10, 11 - клемма приспособления, 12 - бункер с порошком и клеммой 13 к нему, 14 - стойка на основании 10 с крокодилом 15 и его барашек 16. На фиг. 2 б) показан поворот приспособления 5 вокруг вертикальной оси 8 в сторону бункера с порошком 12, на фиг. 2 в) поворот приспособления 5 вокруг горизонтальной оси 7 для ввода скрутки 4 в графитовый порошок.

Устройство применяется следующим образом. Концы термопарных проволок размещаются между губками 1 зажимного приспособления 5 на некотором расстоянии друг от друга и фиксируются им, проволоки 2 скручиваются с помощью барашка 16 крокодила 15, при этом подходящие к скрутке 4 их части ложатся на дугообразную часть медных пластинок 3. При скручивании необходимо следить за тем, чтобы плотное прилегание проволок доходило до самой скрутки. Это также обеспечивает подвод электроэнергии для сварки к самому началу скрутки. Затем скрутка обкусывается на расстоянии ~ 2-4 витков от торца губок (ее длину нужно поддерживать одинаковой при изготовлении партии термопар, от нее зависит диаметр шарика). Операция зажима проволок, скручивания и обкусывания проводится под контролем оптического бинокулярного микроскопа. Далее зажимное приспособление 5 поворачивается на 90 градусов вокруг вертикальной оси 8 до совпадения плоскости его поворота вокруг горизонтальной оси 7 с бункером 12. На трансформаторе выставляется необходимое для сварки напряжение, которое определяется опытным путем. Для проволок ХА 50 мк, например, оно составляет порядка 125 В. Зажимное приспособление 5 за изолированную рукоятку 6 поворачивается вокруг горизонтальной оси 7 до погружения скрутки с порошком на глубину в пределах нескольких мм на длительность порядка 0,5-1 сек. Происходит оплавление скрутки с шариком на стыке вплоть до торца губок зажима. Для некоторых материалов с целью исключения окисления проволок в бункер с порошком предварительно подается нейтральный газ, например аргон.

Исследования показали, что погружение зажима на различные глубины в порошок и различная длительность процесса сварки практически не влияют на стабильность получаемых результатов. Очевидно, это связано с тем, что медные пластины обеспечивают хороший отвод тепла от плотно прилегающих проволок, и они не отгорают, а образовавшийся шарик поддерживает круглую форму за счет поверхностного натяжения и в то же время от него также обеспечивается достаточный теплоотвод, останавливающий его разрушение. Шарик после охлаждения сохраняет круглую форму, из которой в стороны отходят проволоки, никакой раскрутки не требуется. Небольшая подводимая мощность практически не успевает в процессе сварки заметно разогреть медные пластинки на губках.

Таким образом, разработано простое устройство и отлажен надежный процесс изготовления микротермопар с шариком на стыке со стабильными размерами и формой шарика с минимальной затратой времени и ручного труда.

1. Устройство для изготовления микротермопар с шариком на стыке, содержащее бункер с графитовым порошком, выполненный с клеммой для подсоединения к автотрансформатору, зажимное приспособление для зажима термопарных проволок с обеспечением их фиксации, выполненное с губками на его наконечнике и с клеммой для подсоединения к автотрансформатору, оптический бинокулярный микроскоп для контроля операций зажима, скручивания и обкусывания проволок, зажим для скручивания проволок, расположенный против губок зажимного приспособления с возможностью его вращения вокруг оси, направленной в сторону упомянутых губок, отличающееся тем, что губки наконечника зажимного приспособления выполнены с напаянными на их внутренних поверхностях медными пластинками с дугообразными окончаниями.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зажимное приспособление выполнено в виде медицинского кохера.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зажимное приспособление жестко закреплено на вертикальной оси с возможностью поворота на 90° в сторону бункера и наклона вокруг горизонтальной оси с обеспечением погружения наконечника зажимного приспособления в графитовый порошок.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что зажим для скручивания проволок выполнен в виде зажимного крокодила.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения относительных деформаций и температуры. Устройство содержит входящие в состав мостов Уитстона тензорезисторы и термопары, размещенные на объекте испытания ОИ, коммутатор для подключения термопар, коммутатор мостов Уитстона, аналогово-цифровой преобразователь АЦП, персональный компьютер ПК, источник питания.

Изобретение относится к области контактных измерений параметров высокотемпературных газов, в частности к средствам измерения температуры газа и распределения ее значений в полостях высокотемпературных элементов газотурбинных двигателей, и может быть применено для экспериментальных исследований рабочего процесса силовых установок при проведении аэродинамических испытаний.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры высокотемпературных процессов в газодинамике в условиях воздействия высоких давлений и газодинамического напора.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры высокотемпературных процессов в газодинамике в условиях воздействия высоких давлений и газодинамического напора.

Изобретение относится к области измерения температуры с использованием термопар, а именно к способам крепления термопар к объектам, подверженным деформациям вследствие линейных расширений при высоких температурах и вибрационным воздействиям, например к корпусам летательных аппаратов.

Изобретение относится к устройствам для изготовления микротермопар с рабочим спаем, образованным сваркой встык, и может быть использовано для оперативного изготовления в лабораторных условиях единичных или мелкосерийных партий микротермопар различного типа из проволоки с диаметрами от 200 мк и менее при подготовке и проведении теплофизических и тепловых испытаний в условиях быстропротекающих процессов теплообмена при значительных градиентах температуры, характерных для конструкций аэрокосмической техники, ядерной энергетики и металлургии.

Изобретение относится к устройствам для изготовления микротермопар с рабочим спаем, образованным сваркой встык, и может быть использовано для оперативного изготовления в лабораторных условиях единичных или мелкосерийных партий микротермопар различного типа из проволоки с диаметрами от 200 мк и менее при подготовке и проведении теплофизических и тепловых испытаний в условиях быстропротекающих процессов теплообмена при значительных градиентах температуры, характерных для конструкций аэрокосмической техники, ядерной энергетики и металлургии.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры технологической среды. Предложен термочувствительный элемент (10), содержащий зависимый от температуры измерительный элемент (МЕ), который может контактировать через по меньшей мере одну первую соединительную линию (1) и по меньшей мере одну вторую соединительную линию (2), причем первая соединительная линия (1) содержит первый и второй участки (Т1, Т2), состоящие из различных материалов.

Изобретение относится к области термометрии и направлено на исследование различных теплозащитных и эрозионно стойких материалов, обеспечивающих защиту трубопроводов высокого давления, работающих на продуктах сгорания, имеющих высокую температуру от 1000°С.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для одновременной регистрации температуры и взаимного предельного перемещения составных частей изделия в условиях высокой температуры.

Изобретение может быть использовано для изготовления термопар, применяемых при проведении тепловых испытаний конструкций с необходимостью измерения температуры с минимальной погрешностью.

Изобретение может быть использовано при сваривании концов арматуры для железобетонных конструкций. Неподвижная и подвижная части 2, 3 корпуса 1 снабжены верхним и нижним прижимами 4, 5 в виде токоведущих электродов.

Изобретение относится к устройствам для изготовления микротермопар с рабочим спаем, образованным сваркой встык, и может быть использовано для оперативного изготовления в лабораторных условиях единичных или мелкосерийных партий микротермопар различного типа из проволоки с диаметрами от 200 мк и менее при подготовке и проведении теплофизических и тепловых испытаний в условиях быстропротекающих процессов теплообмена при значительных градиентах температуры, характерных для конструкций аэрокосмической техники, ядерной энергетики и металлургии.

Изобретение может быть использовано при стыковой контактной сварке, в частности, магистральных, промысловых и морских трубопроводов. Концы свариваемых труб центрируют в сварочной оснастке с обеспечением припуска на оплавление и осадку.

Изобретение может быть использовано при изготовлении длинномерных рельсов и бесстыковых плетей для путей железнодорожного, городского и промышленного транспорта.

Изобретение может быть использовано для контактной стыковой сварки оплавлением прутков или стержней, выполняемых на специализированных сварочных машинах, устанавливаемых в волочильном производстве для укрупнения бунтов проволоки или в строительстве при соединении арматурных стержней.

Изобретение может быть использовано для сварки рельсовых стыков в пути. Один из двух корпусов машины расположен подвижно относительно другого.

Изобретение может быть использовано для контактной стыковой сварки оплавлением коротких изделий компактного сечения, например прутков или стержней, выполняемой на специализированных сварочных машинах.

Изобретение относится к ядерной технике. Способ сборки поглощающего элемента (ПЭЛ) ядерного реактора включает подготовку оболочки в виде трубы, герметизацию ее аргоно-дуговой сваркой с одного торца с помощью нижнего наконечника, имеющего коническую форму, загрузку оболочки поглощающими материалами в виде таблеток или порошка, фиксацию поглощающего материала от осевого перемещения c установкой прокладки при порошкообразном состоянии поглощающего материала, герметизацию оболочки с другого торца контактно-стыковой сваркой с помощью верхнего наконечника, содержащего утяжеляющую часть.

Изобретение может быть использовано при изготовлении сваркой оплавлением стальной детали, в частности подшипникового кольца. При осуществлении стыковой сварки производят оплавление и осадку с получением сварного шва (24).

Изобретение относится к способу и устройству контактной стыковой сварки оплавлением труб и может быть использовано для контроля качества сварных соединений при изготовлении трубопроводов. Осуществляют измерение параметров сигналов, характеризующих качество сварного соединения, через 10-30 с по окончании сварки при достижении в сварном соединении температуры 800-900°С после формирования сварочной машиной одного или нескольких коротких импульсов силы в виде растягивающего напряжения величиной 0,5-0,7 предела текучести свариваемого металла. Устройство содержит преобразователь акустических сигналов, предварительный усилитель, полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, амплитудный дискриминатор, блок оперативной памяти, блок эталонных сигналов, блок вычисления нормированной корреляционной функции, блок фильтрации по уровню коэффициента корреляции, дискриминатор браковочного уровня и промышленный компьютер с монитором отображения выходных данных. Преобразователь акустических сигналов выполнен с возможностью обеспечения акустического контакта с поверхностью свариваемых труб. Первый вход блока вычисления нормированной корреляционной функции соединен с выходом блока оперативной памяти, а второй его вход соединен с выходом блока эталонных сигналов. Выход дискриминатора браковочного уровня соединен с упомянутым промышленным компьютером, который связан с гидроцилиндром осадки. Фотопирометр выполнен с возможностью измерения температуры в области сварного шва и передачи результатов измерений в промышленный компьютер. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств для контроля качества контактной стыковой сварки труб оплавлением и повышении точности контроля качества 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для изготовления микротермопар с рабочим спаем, образованным сваркой с получением шарика на стыке проволок, и может быть использовано при подготовке и проведении теплофизических и тепловых испытаний в конструкциях аэрокосмической техники, ядерной энергетики и металлургии. Устройство содержит бункер с графитовым порошком, зажимное приспособление с губками на наконечнике, оптический бинокулярный микроскоп, зажим для скручивания проволок. Губки наконечника зажимного приспособления выполнены с напаянными на их внутренних поверхностях медными пластинками с дугообразными окончаниями. Изобретение обеспечивает получение стабильных размеров и формы шарика для различных проволок с минимальными затратами ручного труда и времени. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх