УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНТАКТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРАНУЛ ДИСПЕРСНОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2002 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении электросопротивления и площади контакта малых сферических металлических частиц.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала (Кончиц В.В., Мешков В.В., Мышкин Н.К. Триботехника электрических контактов. - Минск: Наука и техника, 1986. - 256 с.), содержащее систему нагружения, образец, источник тока, систему измерения нагрузки, механически соединенную с образцом, измерительное устройство тока и измерительное устройство напряжения, электрически соединенные с образцом.

Недостатками такого устройства являются:
- невозможность измерения на одном устройстве механических и электрических характеристик;
- невозможность измерения электромеханических характеристик контакта двух малых гранул;
- невозможность контролирования факторов (вида упаковки гранул, координационного числа, числа вакансий и т.д.), вносящих неоднозначность в измерение контактных характеристик.

Задачей изобретения явилось расширение функциональных возможностей измерительного устройства и повышение точности измерения.

Технический результат достигается измерением характеристик материала, ранее неизмеряемых на одном устройстве, а именно твердости частиц, электросопротивления в контакте только двух частиц, а не их системы.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала, содержащем систему нагружения, образец, источник тока, систему измерения нагрузки, механически соединенную с образцом, измерительное устройство тока и измерительное устройство напряжения, электрически соединенные с образцом, согласно изобретению система нагружения выполнена в виде верхнего и нижнего съемных зажимов, расположенных симметрично по отношению к плоскости контакта, причем к верхней поверхности нижнего зажима и нижней поверхности верхнего зажима жестко прикреплены упругие пластины, в которых выполнены круглые отверстия, с закрепленным в них образцом в виде двух гранул, верхний зажим имеет возможность возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, а нижний зажим соединен с системой измерения нагрузки, причем в верхнем и нижнем зажимах по оси приложения нагрузки размещены электроды, электрически контактирующие с образцом и электрически соединенные с источником тока и измерительным устройством тока, а упругие пластины электрически соединены с измерительным устройством напряжения. Нормальную нагрузку на образец задают с помощью системы вертикального перемещения тубуса микроскопа. Система измерения нагрузки выполнена в виде тензометрического кольца.

На чертеже показано устройство для измерения контактных характеристик гранул дисперсного материала.

Исследуемый образец выполнен в виде двух гранул 1 и 2, которые закреплены в системе нагружения, выполненной в виде съемных верхнего и нижнего зажимов 3, 4, расположенных симметрично по отношению к плоскости контакта. К нижней поверхности верхнего зажима 3 жестко прикреплена упругая пластина 5. К верхней поверхности нижнего зажима 4 жестко прикреплена упругая пластина 6. В упругих пластинах 5, 6 выполнены отверстия 7, 8, в которых закреплены гранулы 1, 2. Упругие пластины 5, 6 служат одновременно потенциальными электродами, электрически соединенными с измерительным устройством напряжения в виде милливольтметра 9. В верхнем зажиме 3 и нижнем зажиме 4 по оси приложения нагрузки размещены электроды 10 и 11. Электроды 10, 11 контактируют с образцом в виде гранул 1, 2 и включены в последовательную электрическую цепь, содержащую источник тока 12 и измерительное устройство тока в виде миллиамперметра 13. Верхний зажим 3 с гранулой 1 и электродом 10 установлен в оправе 14 на тубусе микроскопа 15 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости. Нижний зажим 4 с гранулой 2 и электродом 11 механически соединен с системой измерения нагрузки в виде тензометрического кольца 16 посредством шарика 17 и оправки 18, которая размещена во втулке 19 с возможностью свободного вертикального перемещения. Втулка 19 жестко закреплена в столике микроскопа 20. Тензометрическое кольцо 16 через шарик 21 установлено на основании 22. На тензометрическом кольце 16 наклеены тензорезисторы, образующие тензометрический датчик 23. Тензометрический датчик 23 включен в мостовую схему тензоусилителя 24, выходной сигнал которого регистрирует цифровой вольтметр 25.

Устройство работает следующим образом. Образец в виде двух металлических гранул дисперсного материала 1, 2 закрепляют в отверстиях 7, 8 упругих пластин 5, 6 соответственно. С помощью системы вертикального перемещения тубуса микроскопа 15 прикладывают нормальную нагрузку к образцу 1, 2. По показаниям предварительно протарированного вольтметра 25 определяют величину нормальной сжимающей силы. Включают источник тока 12 и пропускают через образец 1,2 постоянный ток. Величину силы тока измеряют миллиамперметром 13, разность потенциалов на образце измеряют милливольтметром 9. По величине разности потенциалов на образце и величине силы тока определяют электрическое сопротивление образца.

С помощью системы вертикального перемещения тубуса микроскопа 15 разгружают образец. С помощью системы вертикального и горизонтального перемещения тубуса микроскопа 15 наводят оптическую систему на поверхность контакта нижней гранулы 2. С помощью оптической системы тубуса микроскопа 15 измеряют диаметр отпечатка на грануле 2. По величинам диаметра отпечатка и сжимающей силы определяют твердость материала в контакте двух гранул 1 и 2.

Данное устройство может найти применение при разработке методов лабораторного контроля сырья и полуфабрикатов для изделий порошковой металлургии. Раннее выявление брака исключает дорогостоящие операции, проводимые на бракованном сырье или полуфабрикате при изготовлении деталей методами порошковой металлургии.

С помощью этого устройства можно контролировать качество исходного сырья - гранул дисперсного материала. По величине электрического сопротивления контакта гранул можно контролировать состояние их поверхности: шероховатость, химическую чистоту, степень окисления, наличие других загрязнений. По величине твердости гранул можно контролировать их механические свойства, искажение кристаллической структуры, наличие внутренних пор и т.п.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при измерении электросопротивления и площади контакта малых сферических металлических частиц. Техническим результатом предложенного устройства является возможность измерения характеристик материала, ранее неизмеряемых на одном устройстве: твердости частиц, электросопротивления в контакте только двух малых сферических металлических частиц. Это достигается за счет того, что система нагружения выполнена в виде верхнего и нижнего съемных зажимов, расположенных симметрично по отношению к плоскости контакта, причем к верхней поверхности нижнего зажима и нижней поверхности верхнего зажима жестко прикреплены упругие пластины, в которых выполнены круглые отверстия, с закрепленным в них образцом в виде двух гранул, верхний зажим имеет возможность возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, а нижний зажим соединен с системой измерения нагрузки, причем в верхнем и нижнем зажимах по оси приложения нагрузки размещены электроды, электрически контактирующие с образцом. Нормальную нагрузку задают с помощью системы вертикального перемещения тубуса микроскопа. Система измерения нагрузки выполнена в виде тензометрического кольца. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала, содержащее систему нагружения, образец, источник тока, систему измерения нагрузки, механически соединенную с образцом, измерительное устройство тока и измерительное устройство напряжения, электрически соединенные с образцом, отличающееся тем, что система нагружения выполнена в виде верхнего и нижнего съемных зажимов, расположенных симметрично по отношению к плоскости контакта, причем к верхней поверхности нижнего зажима и нижней поверхности верхнего зажима жестко прикреплены упругие пластины, в которых выполнены круглые отверстия, с закрепленным в них образцом, в виде двух гранул, верхний зажим имеет возможность возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, а нижний зажим соединен с системой измерения нагрузки, причем в верхнем и нижнем зажимах по оси приложения нагрузки размещены электроды, электрически контактирующие с образцом и электрически соединенные с источником тока и измерительным устройством тока, а упругие пластины электрически соединены с измерительным устройством напряжения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нормальную нагрузку на образец задают с помощью системы вертикального перемещения тубуса микроскопа. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система измерения нагрузки выполнена в виде тензометрического кольца.