Устройство для контроля структуры графита в чугуне Советский патент 1984 года по МПК G01N25/30 

Фиг. Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частноети к установкам для контроля формы графита- в чугунных отливках и характеристик других материалов, зависящих от температуропроводности, Известно устройство для контроля отливок из серого чугуна,содержащее источник иЬШульсного тока, датчик с магнитной катушкой и ферромагнитными {зондами, вычислительную часть Г-Т. ; Устройство сложно по конструкции и основано на использовании зависимос ти магнитных свойств отливки от стр туры графита. Кроме того, оно не обеспечивает требуемой достоверност контроля структуры серого чугуна и не может быть использовансЗ для конт роля образцов с высокой температурой. Известно устройство для термического анализа в литейном производстве, содержащее тигель с образцом, термометр, блок регистрации термограмм охлаждения образца 2. Устройство не обеспечивает требу емую достоверность контроля так как глобуляризующая обработка чугуна оказывает воздействие на линию охлаж дения в эвтектической области; скорость охлаждения образца влияет на положение точек эвтектического превращения; температура пробницы оказывает влияние нв скорость охлаждения образца; наличие графитов сдвигает величину максимума второй производной, по которой определяют структуру графита. Помимо этого, достоверность контроля понижается вследствие низкой точности измерения температуры образца. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство термоаналитического определения степени сфероидизации графита, содержащее тигель с образцом, средства контроля теплового состояния образца, включающее термоэлементы, интерфейс, вычислительный лок и блок индикации. Принцип работы устройства состоит в том, что о стру туре графита судят по величине тепло проводности З. . Недостатком такого устройства является то, что производимые при помощи термометров абсолютные измере ния температуры образца не могут быт обеспечены необходимой точностью вследствие инструментальной погрешности термометров. Это приводит к тому, что данные о структуре графита в образце могут быть недостоверными Устройство также отличается значител ной длительностью анализа - свшпе 3 мин.. Цель изобретения - повышение быст родействия устройства и достоверноети контроля структуры графита в чугуне. Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля структуры графита в чугуне, содержащее средства контроля теплового состояния образца чугуна, вычислительный блок и блок индикации, снабжено световодом, установленным с возможностью контакта одного торца с образцом, преобразователем теплового потока, расположенным между ДРУГИМ торцом световода и термостатом, причем преобразователь соединен с первым входом ключевой схемы, второй.вход которой соединен с выходом синхрогенератора, а выход - с входом блока логарифмирования, первый выход которого соединен с входом блока вычитания, второй вход которого связан с выходом блока задержки, соединенного с входом вторым выходом блока логарифмирования, а выход блока вычитания соединен с блоком индикации. .. Кроме того, диаметр световода равен диаметру преобразователя теплового потока, причем их боковые поверхности имеют общее покрытие. На фиг.1 представлена блок-схема устройства для контроля структуры графита в чугуне; на фиг. 2 - график зависимости выходного сигнала преобразователя теплового потока от времени Т . Устройство для контроля структуры графита в чугуне содержит термостат 1, световод 2 с покрытием 3, общим для световода 2 и преобразователя 4 теплового потока, размещенного между световодом 2 и термостатом 1. Покрытие 3 обеспечивает высокий коэффициент отражения (близкий к 1 ), в качестве покрытия может быть использована платина, 1юдий и проч. (для случая высокотемпературных образцов). Световод 2 установлен с возможностью контакта с образцом 5 и может быть изготовлен, например из микросапфира. Диаметр световода 2 равен диаметру преобразователя 4 теплового потока. Преобразователь 4 изготовлен из термоэлектрически анизотропного материала. Выход преобразователя 4 связан с первым входом ключевой схемы 6, второй вход которой соединен с выходом синхрогенератора 7, а выход - с входе блока 8 логарифмирования. Первый выход блока логарифмирования соединен с входом блока 9 вычитания, второй выход - с входом блока 10 задержки. Второй вход блока 9 вычитания соединен с выходом блока 10 задержки, а выход - с блоком 11 индикации. Время задержки блока 10 равно периоду пов-, тор.ения импульсов сиихрогенератора 7. j Устройство работает следующим образом. Принцип работы устройства осно.ван на зависимости температуропроводности образца от структуры графита. Для контрюля структуры графита определяют зависящий от температуропроводности темп установления термодинамического равновеся m между поверхностью образца 5 и термостатом 1 (фиг.). После этого определяют структуруграфита,, исходя из следующих условий: а)при графит пластинчатыйf б)при hi ж графит шаровидный, где m - темп установления термодинамического равновесия между поверх ностью образца и термостатом; k - константа, определяемая при настройке устройства по стандар ным образцам. Для контроля структуры-графита темп установления термодинамического равновесия между поверхностью об разца 5 и термостатом 1 оценивается по формуле tnC-LnCm denC где амплитуда выходного сигнала преобразователя теплового потока в момент Т ; С2- амплитуда выходного сигнала преобразователя теплового потока в момент Т2 ; ,2- моменты измерения амплитуды выходного сигнала преобразователя. Для проведения контроля структуры графита рабочий торец световода приводят в контактс защищенным уча ком поверхности образца 5. В зависимости от соотношения тем ператур образца 5 и термостата 1 те лота передается излучением: а)от образца 5 к термостату 1, в ; случае, если температура образца 5 выше, чем температура термостата .1; б)от термостата 1 к образцу 5, в случае, если температура термостат 1 выше, чем температура образца 5. Теплообмен между образцом 5 -и термостатом 1 при использовании све товода 2 и преобразователя 4 осущес вляется тепловым излучением и являе ся практически безынерционным проце сом. Наличие общего покрытия 3 обес печивает -передачу теплового потока через преобразователь 4, причем соз дается единый канал передачи теплового потока, а внешние воздействия исключаются. В момент TO (фиг.2; на выходе rig образователя теплового потока появля ется сигнал, поскольку температура термостата и образца 5 различны. В момент f-, синхрогенератор 7 выраба тывает импульс, который подается на вход ключевой схемы 6 и открывает ее на время длительности импульса. С -выхода ключевой схемы 6 импульс с амплитудой, соответствующей амплитуде выходного сигнала преобразователя 4 теплового потока в момент Ц,подается на блок 8 логарифмирования, где производится операция логарифмирования, и с :.его второго выхода поступает на блок 10 задержки. В момент f- синхрогенератор 7 вырабатывает второй импульс, и ключевая схема 6.и блок 8 логарифмирования срабатывают аналогично моменту Г . Поскольку время задержки блока 10 ,равно периоду повторения импульсор (синхрогЪнератора 7, то на блок 9 вычитания одновременно подаются импульсы с первого выхода блока 8 логарифмирования и выхода -блока 10 задержки. Блок 9 вычитания производит вычитание амплитуд указанных импульсов и разностный сигнал, однозначно зависящий от структуры графита в исследуемом образце, подается на блок 11 индикации. Если диаметр преобразователя 4 меньше диаметра световода, то снижается чувствительность устройства для контроля структуры графита в чугуне. Необходимая для достоверного контроля структуры графита чувствительность устройства достигается при равенстве диаметра преобразователя 4 и световода 2, причем общее покрытие 3 обеспечивает передачу теплового потока через преобразователь 4, исключая влияние внешних помех. Тем самым предупреждается рассеивание теплового потока, т.е. весь поток теплового излучения от поверхности образца 5 чугуна, ограничиваемой тор цом световода 2, направляется на преобразователь 4 теплового потока, и его выходной сигнал определяется данной поверхностью. Этим достигается повышение достоверности контроля структуры графита. Использование сбетовода 2 для определения темпа установления термодинамического равновесия между образцом 5 и термостатом 1 позволяет контролировать объекты с высокой температурой. Передача теплового излучения от образца 5 через световод 2 и преобразователь 4 к термостату 1 является практически безынерционным процессом, что обеспечивает высокое быстродействие устройства контроля структуры графита в,чугуне. Быстродействие устройства определяется термической инерцией преобразователя, 4 теплового потока,.

Например, если преобразователь теплового потока выполнен из термоэлектрически анизотропного материала висму.т. - сурьма толщиной 0,5 мм, то постоянная времени составляет 0,2 с, t.e. достигается высокое быстродействие устройства в экспресность контроля структуры графита в чугуне.

Использование предлагаемого устройства обеспечивает контроль

структуры графита в отливках любого типоразмера и конфигурации, в труднодоступных участках отливки без ее разрушения, в отливках и образцах с высокой температурой. Кроме того,

обеспечивается экспрессность контроля структуры графита в готовых отливках, снижается трудоемкость контроля структуры графита на 35-50%. Ожидаемый экономический эффект 10 тыс. руб.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ СТРУКТУРЫ ГРАФИТА В ЧУГУНЕ, содержащее средства контроля теплового состо яния образца чугуна, вычислительный блок и блок индикации, л и чающееся тем, что, с целью повьошения быстродействия устройства и достоверности контроля, оно снабжено световодом, установленным с возможностью контакта одного торца с образцом, преобразователем теплового потока, расположенной между другим торцом световода и термостатом, причем преобразователь соединен с первым входом ключевой схемы, второй вход которой соединен с выходом синхрогенератора, а выход - с входом блока логарифмирования, первый выход которого соединен с входом блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом блока задерж- jg ки, соединенного входом с вторым вы«(/) ходом блока логарифмирования, а выхо, блока вычитания соединен с блоком индикации. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что диаметр световода равен диаметру преобразователя теплового потока, причем их боковые поверхности имеют общее покрытие. 00 4 Л 4 ff и 10