Термоэлектрическое устройство для контроля толщины проводящих покрытий на проводящей основе Советский патент 1983 года по МПК G01N25/32 

Изобретение относится к термоэлек трическому контролю промышленных изделий . Известно устройство для термоэлек трического контроля изделий, содержа щее четыре электрода из двух разных металлов, образующие две одинаковые пары, блок деления электрических сиг налов и измерительный прибор plj Недостатками устройства являются невысокие точность и чувствительност измерений вследствие того, что электроды выполнены из любых двух металлов.. . Наиболее близким к изобретению по технической сущности является термоэлектрическое устройство для контрол толщины проводящих покрытий на проводящей основе, содержащее четыре электрода, образующие две пары, причем одна пара выполнена из материала покрытия, а другая - из материала ос новы,, блок делейия электрических сиг налов и измерительный прибор 2 J. Недостатком данного устройства яв ляется ограниченная область применения, так как во многих случаях выполнить электроды из материала покры тия экономически нецелесообразно (по крытия из благородных металлов ), а для ряда материалов вообще технологи чески невозможно. Область применения устройства также сужается из-за наличия большого количества электродов так как при этом требуется большая площадка на поверхности контролируемого изделия для их размещения при измерениях.. Цель изобретения - расширение области применения устройства. Поставленная цель достигается тем что в термоэлектрическом устройстве для контроля толщины проводящ их покрытий на проводящей основе,со- держащем электроды, нагреваемые и холодный, подключенный к электродам блок деления сигналов и соединенный с ним измерительный прибор, электроды выполнены из .. материала основы, на рабочее окончание одного из нагреваемых электродов нанесен материал покрытия, а деле ния сигналов подключен к электродам так, что между холодным и каждым- из нагреваемых электродов образованы термоэлектрические цепи. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства (электроды иоснова с нанесенным на нее покрытием показаны в разрезе ) Устройство содержит электроды 1-3, выполненные из материала основы 4 , На рабочее окончание электрода I нанесен слой 5 из материала покрытий 6. Электроды 1 и 2 помещены в .нагреватель 7. Электрод1л соединены проводами с входами блока 8 деления сигналов таким образом, что электроды 1,3 и 2,3 в замкнутой цепи с контролируемым изделием образуют термоэлектрические цепи и осуществляется деление сигналов в этих цепях. Выход блока 8 деления сигналов соединен с измерительным прибором 9. Работа устройства основана на использовании распределения температур в системе контактирующих тел, имеющей постоянный подвод и отвод тепла. В отличие от известных технических решений, в которых использовалось лишь распределение температур в контролируемом изделии (т.е. в системе покрытие - основа, предлагаемое устройство позволяет использовать также распределение температур в электроде сравнения.. Устройство работает следунидим образом. Включают нагреватель 7, который доводит температуру электродов Д и 2 до величины ц . При этом холодный электрод сохраняет температуру комнаты и контролируемого изделия -i . Соединения электродов 1-3 с проводами для предотвращения появления паразитных электродвижущих сил, искажающих результат измерения, поддерживаются при одинаковой температуре tj (как частный случай, она может быть равна Электроды 1-3 приводят э соприкосновение с покрытием б. Вследствие отвода тепла из электродов 1 и 2 в контролируемое изделие по сечению электродов и изделия устанавливается градиент температуры. Известно, что соотношения, определяквдие характер температурного поля системы в условиях теплопереноса, в самой общей форме имее вид , ViL.p . и/ T.. . . о Ь где Т - температура в заданной точке, Tjj - температура теплоотдающего тела,. Tg - температура тешювоспринимающего тела, - , координат и времев данном случае Тр соответству- ет температуре нагревателя TH Tg .температуре контролируемого изделия и комнаты i , Т - f, - темпе- i ратуре в рассматриваемой точке. F здесь зависит от формы участвующих в контакте тел, толщин нанесенных, слоев, коэффициентов теплопроводности и теплопередачи и т.п., т.е. от геометрических и теплофизических характеристик системы. Таким образом, выражение { имеет вид )Р Рассматривая имеющиеся две термоэлектрические цепи, получаем значения термо-ЭДС для пары с электродом 2 беЭ нанесенного слоя и для пары с электродом 1, им.еющим нанесенньзй : слой соответственно , , - Е,оп()-. .: , ) V где otgn коэффициент термо-ЭДС па ры материал основы-материал покрытия - температура в контакте с иэделием электрода 2 без нанесенного слоя, i2 - температура границы покрытия б - основа 4 под этим электро дом, 5 - температура в контакта с изделием электрода 1 с нанесенным слоем, t4 - температура границы покрытия. .6 - основа 4 под электродом с нанесеннЕЛЛ слоем. Вклад термо-ЭДС, воэникакюих в контактах электродов 1-3 с соединительными проводами, взаимно компенсируется, так как в обеих парах использованы электроды из одного, материгша и .температура соединений одинакова. Термо-ЭДС в контакте холодного электрода 3 с покрытием б и на границе покрйтия 6 - основа 4 под ним также компенсируют друг другш из-за равенства соответствующих температур температуре комнаты Itx.. Производя деление (5 на (4 и учитывая (3 f, получаем h. Vl5 Е. F,-f, 1 1 2 Исключается влияние на результат измерений разности теьвтератур и хим состава покрытия и рсношя контролируемого изделия. -Для реальных толщин покрытий на реальных основах выражение (6 ) може быть представлено в более Нсц лядном виде. Для толщин покрытий о 4о,1 м и радиусов контактной плсицадки элек трода . i 1 мм влиянием теплопровод ности покрытия на температуру в мес тах контактов разнородных материало можно пренебречь. Считая температуру в контакте обоих электродов 1 и с контролируемым изделием одинаково и равной t-i , имеем ( 3of ) V 3 -f3cC/ Т - радиус контактной плошэд кя электрода; сГ - толщина покрытия 6 на ко тролируемом изделии. Значение температуры t j, в зави- , симости от конфигурации электрода лежит между двумя крайними выражениями:1 ) если радиус электрода много больше радиуса контактной площадки, то вьфажение для t ангшогично выражени1о для распределения температуры 2 в контролируемом изделии (7 ) за исключением тога, что вместо разности мы имеем сумму и вместо толщины покрытия сГ толцину нанеeннoгo слоя сГ : j если радиус электрода равен радиусу контактной / , т.е. электрод представляет собой ци-. линдр с плоским основанием, то .3 i() 5 гдй t г- длина электрода от нагре- вателя до контакта с изделием. Подставляя выражение (7), (8 I и (9 ) в {4 ) и (5 ) и произведя деление имеем Оба выражения связаны с толщиной контролируемого покгилтия «Г и нанесенного слоя «J. Поскольку толщину нанесенного слоя можно задать постоянной или сделать больше некоторой величины, после которой ее влияние на отношение термо-ЭДС практически постоянно (например, при име1ет место-- -5-.1, .-1 ыражения (10 } и 11) зависят только от одной переменной величины, и оба могут быть записаны в виде 1+A(l.|5r А где А - некоторая константа, связанная с конструкцией электродов. Таким образоМ( измерительный прибор 9 предлагаемого устройства измеряет величину, пропорциональкую величине контролируемого покрытия б, и может быть проградуирован в соответствующих единицах. По сравнению с базовым вариантом (прибор ПИОН, предназначенный для

51056017 6

Контроля содержания примесей в ста-чения влияния на результат измерелях по величине отношения термо-ЭДС,ний химсостава и структуры пары покоторый можно использовать также длякрытие - основа. Оно также может

контроля толщин токопроводящих покры-быть использовано, как и базовый притий на проводящей основе), устройст-.бор, для контроля примесей в сталях,; во позволяет повысить точность иэме-; 5 причем точность контроля примесей

рений толщин покрытий за счет исклю-не ниже, чем у базового прибора.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ НА ПРОВОДЯЩЕЙ ОСНОВЕ, со,держащее электроды, нагреваемые и холодный, подключенный к электродам блок делений сигналов и соединенный с ним изг4ерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, элек-. троды выполнены из материала основы, на рабочее окончание одного из на1грепаезлт электродов нанесен материал пок{%ггия, а блок деления сигналов подключен к электродам так, что между холодным и каждым из нагреваемых электродов образованы термоэлектричткие цепи.