Термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности материалов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О аа И С А Н И Е „„750357

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{6l ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 24.04.78 (2l ) 2607429/18-25 {5 т ) М. Кл. (:т01 М 25/32 с присоединением заявки ¹

Госудорстааннмй комитет (23) Приоритет о денем изобретений н открытнй

Опубликовано 23,07.80. Бюллетень ¹27 (53) УДК 539. . 2 1 9. 1(088.8) Дата опубликования описания 25.07,80 (72) Авторы изобретения

В. Q. Борисенко, В. С. Копань и В. Б. Бессонов

Киевский ордена Ленина государственный университет им. Т. Г. Шевченко

{7l) Заявитель (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ КОНТРОЛЯ НЕОДНОРОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ 2

Изобретение относится к неразрушаюшему контролю материалов и может быть использо вано в пром ышлен нос ти для входного контроля на однородность заготовок, а также для пооперапионного контроля на идентичность полуфабрикатов.

Известно термоэлектрическое устройство для контроля сталей на однородность науглероженного слоя, содержащее блок

1о создания градиента температуры, состоящий из медного щупа, нагретого до 60100 С, соприкасающегося с холодной исследуемой поверхностью, и блок измерения термоэдс, состоязпий из гальвано15 метра с подводящими проводами и шун-; тами (1).

Тепло от острия щупа передается на исследуемую поверхность, создается градиент температур по нормали к поверхности, возникает термоэдс, зависящая от распределения примесей. Термоэдс измеряют и судят по ее величине о глубине слоя с примесями. Перемешан щуп по поверхности, исследуют деталь на однородность химического состава.

Недостатком этого устройства является низкая точность, обусловленная тем, что приборы измеряют суммарную термоэдс, состоящую из шумовой термоэдс пары сталь-медь (14 мкв/град) и полезной термоэдс пары сталь-обезуглероженная сталь (1-2 мкв/град); поскольку полезные сигналы в десять раз меньше шумовых, то полезную термоэдс, по которой судят об однородности металлической поверхности, измеряют с ошибкой в 20-30%.

Наиболее близким техническим решением является термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности материалов, содержащее блок создания градиента температуры, состоящий из горячего и холодного электродов, блок измерения термоэдс и приспособление для крепления эталона и исследуемого образца 21.

Недостатками этого устройства является непригодность для контроля хруп55

3 76 ко материалов и значительное время измерений.

Целью изобретения является обеспечение возможности контроля хрупких материапов и сокращение времени измерений. Для этого устройство дополнительно содержит перемычку иэ материала эталона прикрепленную к горячему электроду, а холодный электрод выполнен из двух электрически изолированных друг от друга частей с полостью между ними, заполненной проточной жидкостью.

Применение перемычки в горячем электроде устраняет шумовую термоэдс медь-исследуемый материал, возникающую за счет градиента температуры в горячем электроде.

Выполнение в холодном электроде полости, заполненной проточной жидкостью, .сводит разность температур между частями холодного электрода в точках крепления образца и эталона до 0,0010,00010Ñ. 3а счет этого уничтожается шумовая термоэдс в холодном электроде, устраняется необходимость изготовления подводящих проводов и холодного электрода из исследуемого материала, представляется возможность контроля хрупких образцов произвольной формы, уменьшается время испытаний в 10-100 раз по сравнению с устройством-прототипом.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства, где 1, 2, 3 — горячий электрод, состоящий из неподвижной части 2 и подвижных захватов l и 3;

4 — нагреватель „ 5 — перемычка из эталонного материала, прикрепленная к неподвижной части горячего электрода 2;

6 и 7 — левая и правая неподвижные медные части. холодного электрода, изо-, лированные друг от друга электрически;

8 и 9 — подвижные захваты холодного электрода; 10 — полость, заполненная проточной жидкостью; 1 1 — исследуемый образец; .12 — эталон; 13 — провода соединяющие холодный электрод с измерительным прибором 14; 15 - 18 — точки, упоминаемые в тексте описания.

Предлагаемое устройство состоит из блока создания градиента температуры

2,4-7, блока измерения термоэдс 13-14, приспособлений 1, 3, 8, 9 в виде захватов для крепления эталона 12 и исследуе мого образца 11.

Блок создания градиента температуры включает: а) горячий электрод 1,2,3, выполненный из неподвижной части 2, имеющей

0387 4. нагреватель 4, подвижных захватов 1„, прижимаюших исследуемый образец 11 и эталон 12 к неподвижной части 2, перемычки из эталонного материала 5, прикрепленной к неподвижной части 2 и осуществляющей в области точек 15 и 16 электрический контакт между эталоном 12 и исследуемым образцом 11; б) холодный электрод, выполненный

10 из двух медных электрически изолированных друг от друга частей 6 и 7 с полостью между ними 10, заполненной жидкостью, захватов 8 и 9, прижимаюших эталон 12 и образец 11 к частям холодного электрода 6 и 7.

При контроле полупроводниковых материалов и веществ с электропроводностью, сравнимой с электропроводностью полупроводников, полость 10 заполнена

20 проточным маслом, спиртом, жидким азотом и другими слабопроводяшими электричество жидкостями. При контроле металлических материалов — проточной водой. Скорость протекания 5-10 л/мин.

Чем выше скорость, тем меньше шумовая термоэдс медь-исследуемый материал (выше точность измерений), тем меньше время выхода устройства на режим конт30 роля (выше производительность устройства) .

Устройство работает следующим образом.

Заготовка, признанная годной по всем показателям и выбранная за эталонный

35 материал, постоянно на время контроля .данной серии, прижата захватами 1 и 8 к горячему электроду 2 и левой части холодного электрода 6. Горячий электрод находится при температуре 100-200 С о

40 (измеритель температуры установлен вблизи перемычки 5). Через полость 10 протекает жидкость (расход 5-10 л/сек) и уравнивает температуру между левой

45 частью холодного электрода 6 и правой

7 так что разность температур между точками 18 и 17 не превышает 10—

"3

10 С уже через 5-7 минут после включения тока жидкости. Просвет между горячим и холодным электродами равен

50 (6-8) р мм, где р — суммарная плошадь в мм поперечного сечения иссле2 дуемого образца и эталона. При несоблюдении этого условия разность температур между точками 17 и 18 превышает о

10 С, возрастает шумовая термоэдс медь-исследуемый материал, снижается чувствительность устройства к неоднородностям. Перемычка 5 из эталонного

5 78 материала прикручена (или прижата .пру- жиной) к горячему электроду на все вреЪия испытаний. Исследуемый образец зажат зажимами 3 и 9. Через 34 минуты, требующиеся для наступления теплового равновесия, измеряют термоэдс и разность температур между горячим и холодным электродами. Если термоэдс по своему значению выходит за предел, устанавливаемый экспериментально для каждой серии исследуемых образцов, то данный участок исследуемого образца бракуют.

Испытания показали, что предлагаемое .термоэлектрическое устройство обеспечивает контроль и хрупких материалов.

Время контроля при переходе с одной серии материала к другой сокращено до

5 мин. В устройстве — прототипе оно равнялось суткам.

Расширение функциональных возможностей и увеличение производительности термоэлектрического устройства делает его пригодным для пооперационного и входного контроля материалов и полуфабрикатов в промышленности.

0357 формула

6 изобретения

Термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности материалов, содержащее блок создания градиента температуры, состоящий из горячего и холодного электродов, блок измерения термоэдс и приспособление для крепления эталона и исследуемого образца, о т л и10 чающеесятем,что,сцельюобеспечения возможности контроля хрупких материалов и сокращения времени измерений, устройство дополнительно содержит перемычку из материала эталона, 15,прикрепленную к горячему электроду, а холодный электрод выполнен из двух электрически изолированных друг от друга частей с полостью между ними заполненной проточной жидкостью.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Мю 364895, кл. G 01Й 33/20, 1970.

2. Герцрикен С. Д., Новиков Н. Н., 25 Копань В. С. О природе термоэдс, возникающей при деформации металлов. Украинский физический журнал, 1959, N 3, с. 830 (прототип) .

750357

Составитель С. Беловодчет о

Редактор В. Голышк п а Техред И цин Корректор N. Коста

Заказ 4643./34 Тираж 1019 Подписное

ЦЕ! И.;;2i Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, iX-35. Рауыская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектпая, 4