Спектрометрический анализатор Советский патент 1985 года по МПК G01J3/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в машиностроении, авиа- и автомобилестроении, металлургии для анализа распределения химического соста па по глубине поверхностного слоя металлических изделий.

Цель изобретения - повьпиение точности и упрощение автоматизации линейного микроанализа методом сканирования малых участков поверхностного слоя крупногабарит шх изделий сложной формы.

На фиг. -1 схематично изображен предлагаемый спектрометрический анализатор; на фиг. 2 и 3 - узел устаноки aiajmTk4ecKoro промежутка.

Анализатор содержит спектрометр 1 с системой отбора анализируемого излучения, электронно-регистрирующее устройство 2 с самописцем 3, соедине;Ное с генератором 4 микроискры и блоком 5 программного управления полным циклом анализа,, и камеру-штатив 6

В камере-штативе 6 па рельсе 7 спектрометра 1 установлен CTOXI-OCHOwaiiiie 8 и закреплен с помощью зажимibix BHJiTOB 9, позволяющих регулировать установку всей камеры-штатива 6 оптической оси системы отбора излучения.

На столе-основании 8 уста1говлена 1шита 10. Узел установки аналитического промежутка содержит металлическую неподвижную опорную стойку 11, которая через изолятор 12 закреплена на плите 10. К скошенной поверхности стойки 11 жестко с возможность рсгу.пфогки и разъема подсоединена металлическая спорная пластина 13 с вьфезом в ее нерхней части.

К иоверх):ости стойки 11, обращенisoil li стс.ону окна , для отбора анализируемого излучения- прикреплена изоляционная пластина 15, являюuiajfc.R опорной и направляющей поверхпостыо для держателя 16 противоэлектрода 17. Перед стойкой It на ппите 10 установлены две цилиндрические я.эггрЯЕляющие 18 для вертикального перемещения дерАсателя 16. Между .направляющими 18 в кронштейне 19, установленном под гтитой 10, закреплен микрометрический винт 20, резьбовой конец которого взаимодействует с резьбовым отверстием держателя 16, обеспечивая ему вертикальное пере- 1ещеиие по направляющим 18. Лимб 21

винта 20 служит для установки и отсчета величины аналитического промежутка 22.

В верхней части держателя 16, вьтолненной в виде тонкой металлической пластины, закреплен металлический, круглого сечения, Г-образньм стержень 23, отогнутый конец которого расположен перпендикулярно к плас.тине держателя 16 и обращен в сторону окна 14. Этот отогнутьш конец стержня 23 служит опорой противоэлектрода 17, выполненного из гибкой металлической проволоки. Противоэлектрод 17 имеет форму полупетли, вершина которой является его рабочей зоной. Концы проволочной полупетли намотаны на катушки 24 и 25. Для обеспечения заданного угла петли противоэлектрода 17 проволока протянута дополнительно через вспомогательные, стержни 26 и 27. Для .предотвращения смещения проволочной петли со стержня 23 она прижата к пластине держателя 16 бобыщкой 28 пружинной пластины 29.

Катупжа 25 на изоляционной втулке 30 подвешена к плите 10 и с помощью пружины 31 и регулировочной гайки 32 находится в поджатом состоянии, что обеспечивает заданное усилие проворота. катушки 25 на втулке 30 и натяжение противозлектрода 1 Катушка 24 жестко соединена с валом электродвигателя 33, установленного на кронштейне 34,которьй также подвешен к плите 10.

Металлическая поверхность катушек 24 и 25 электроизолирована от остальных деталей камеры б. На напраляющей 35, закрепленной на плите 10, установлен с возможностью перемещени вдоль оптическоз оси системы отбора анализируемого излучения ползун 36. Ползун 36 несет две подпружиненные,злектроизолированные от него металлические плоские опоры 37, электроизолированный упор 38 II откидное на оси 39 устройство 40 призкима с двумя прюягмнымн винтами 41 и фиксатором 42.

Опоры 37, упор 38 и устройство.40 прилсима служат для установки в них и зажиме изделия, например шестерни 43. Для установки ее анализируемой поверхности 44, например косого среза зуба, служит пластина 13, .образующая своей кромкой перпендикулярио оптической оси линию опоры для анализируемой поверхности 44. Несуща поверхность опор 37 расположена ниже уровня линии опоры для анализируемой поверхности 44.

Ползун 36 взаимодействует с ходовым винтом 45, установленным в стенке 46, которая закреплена на ,плите 10 перпендикулярно к направляющей 35. В отверстии стойки 46 ходовой винт 45 зафиксирован от осевого перемещения.

Величина перемещения ползуна 36 контролируется индикатором 47 перемещения и двумя концевыми выключателями 48, закрепленными на стенке 46. Регулировку величины перемещения осуществляют путем изменения вылета двух штоков 49, воздействующих на концевые выключателх: 48 цепи электродвигателя 50. Заданный выпет штоков 49 по отношению к кронштейну 51, закрепленному на ползуне 36, фиксируется винтами 52, а заданный вылет штока 53 индикатора 47 по отношению к стенке 46 - винтом 54.

Электродвигатель 50 установлен на кронштейне 55 сте.нки 46. С валом электродвигателя 50 жестко соединена шестерня 56, с которой находится в зацеплении зубчатое колесо 57, устновленное с возможностью осевого перемещения на цилиндрическом участк ходового винта 45 с помощью пружины 58.

Па втулке 59 в кожухе 60 закреплен палец 61, которьп проходит через диск зубчатого колеса 57 и таким образом жестко связывает зубчатое колесо 57 с ходовым винтом 45. При осевом перемещении зубчатого колеса 57 палец 61 служит направляющим.

Для ручного перемеш,ения ползуна 36 на диске зубчатого колеса 57 установлена рукоятка 62, свободно пропуп;енная через отверстие в диске кожуха 60.

Электродвигатели 50 и 53, стойка 1 1 с опорной пластиной 13 и держатель 16 имеют электрические выводы соответственно 63 и 64, 65 и 66 и 67 и 68. При этом выводы 63 и 64, 65 и 66 подключены к входам блока 5 программного управления, предпа-значенного для автоматического управления последовательностью и продоляа1тельностыо включения электродвигателей 50 и 33, искрового разряда в аналитическом промежутке 22 от генератора 4 микроискры электронно-регистрирующего устройства 2 с самописг.ем 3 и электродвигателя (не показан иодачи диаграммы самописца 3, а выводы 67 и 68 подключены к генератору 4 №1кроискры.

Аналитический промежуток 22 равен кратчайшему расстоянию между наивысшей точкой проволочной петли 17, протянутой через отогнутый конец стержня 23, и линией опоры анализируемой поверхности 44 на опорную пластину 13, причем обе крайние точки аналитического промежутка 22 расположены на перпендикуляре к анализируемой поверхности 44.

Камера-штатив 6 имеет откидную крыипсу 69, закрываю1цую доступ к деталям, находящимся под напряжением. В камеру-штатив 6 вмонтирована увеличительная система (но показана) для наблюдения за зоной аналитического промежутка 22.

Спектрометрически анализатор работает следующим образом.

Б блоке 5 программного управления устанавливают заданную последовательность и продолжительность работы электродвигателей 50 и 33, генератора 4 микpoиcкphf и электродвигателя привода диаграммы самописца 3, электронно-регистрирующего устройства 2.

Откидывают 7срышку 69 камеры-штатива 6. Затем с помощью fjnoKa 5 программпого управления включают электродвигатель 50 и устанавливают ползун 36 на заданное расстояние от (СТОЙКИ 11. Ползун 36 на заданное расстояние можно установить и вручную.

Для этого необходимо, нажав на рукоятку 62, вывести из зацепления зубчатую пару 56 и 57 и вращением рукоятки 62 передвинуть ползун 36.

При установке ползуна 36 винты 52 должны быть отпущены и после настройки штоков 49 и 53 - зажаты.

Освободив фиксатор 42, откидывают устройство 40 прижима.

Исследуемое изделие, например шестерню 43 устанавливают в камеруштатив 6, для чего, например, два его зуба, противоположных анализируемому, размещают соответственно на две опоры 37, прижимая шестерню 43 к упору 38, а анализируемую поверхность 44 зуба устанавливают на опорную пластину 13 стойки 11, располагая границу косого среза на линии опорьи Для исключения экранирования излучения разряда шестерня 43 занимает наклонное положение к оптической оси системы отбора излучения. При этом анализируемая зона поверхности 44 располагается на оси аналитического промежутка 22, что контролируется встроенной в камеру-штатив 6 лупой с окулярной сеткой и перекрестием (не показаны).

Лаалитический промежуток 22 устаHaBJU-ioaioT по величине и центрируют на оптической оси системы отбора излучения в спектрометр 1 с помощью внитов 9 (центрируют камеру-штатив 6 па ральсе 7). При этом регулируется расположение опорной пластины 13. С помощью винта 20, поворачивая jdffiG 21, П1::рсмещают по направляющим 18 держатель 16 с противоэлектродом 17 в вертикальном направлении, контролируя установку аналитического про тежугка 22 с помоп1ью системы отбора излучения в спектрометр 1 и ьстроепнон в камеру-штатив б лупы.

Поворотом устройства прижима 40 опускают прижимные в1П1ты 41 на поверхность шестерни 43, фиксируют положение устройства 40 фиксатором 4 и винтами 41 и, наблюдая в лупу, добиваются плотного прилегания анализируемой поверхности 44 к линии опоры на пластнпе 13 и к упору 38.

Винтами 52 и 54 фиксируют положение штоков 49 и 53, соответствующее заданному пределу перемещения ползуна 36 и положениюштока 53 в индикаторе 47.

Закрывают крьшжу 69 и запускают блок 5 программного управления. Сигнал управления с блока 5 запуска ет генератор 4 микрокскры и возбуждает микроискру в аналитическом 22. Эта микроискра исполь- зузтся для центровки спектрометрического анализатора при его монтаже. При анализе необходимость всех опеpauHii центровки, кроме центровки анализируемой зоны изделия и самого лзделия, отпадает и дальнейшая работа анализатора происходит следукщим образом.

По истечении времени обжига управляющий сигнал с генератора 4 включает электронно-регистрирующее

устройство 2 и спектрометр 1 для регистрации концентрации анализируемого химического элемента в анализируемой зоне. По накоплениинеобходимой информации устройство 2, спектрометр 1 и генератор 4 отключаются. Сигнал отключения из устройства 2 поступает в блок 5, что вырабатывает в последнем сигнал подключения самописца 3 к устройству 2 на заданное время для измерения и графической регистрации анализируемой концентрации химического элемента. По окончании заданного времени измерения

блок 5 включает на одно и то же заданное время работы электродвигатель самописца 3, а также электродвигатели 33 и. 50. При этом приемная катушка 24, жестко связанная с валом электродвигателя 33, получает вращение, и обожженная зона поверхности противоэлектрода 17 заменяется на свежую, а ползун 36 с закрепленной |на нем шестерней 43 при взаимодейст вии с вращающимся ходовым винтом 45 передвигается и, таким образом, передвигается на заданное расстояние исследуемая шестерня 43 и, следовательно, автоматически устанавливается новая заданная зона анализа; электродвигатель самописца 3 продвигает на заданное расстояние диаграммную ленту и графически регистрирует величину глубгшы следующей анализируемой зоны поверхности.

После продвижения шестерни 43 индикатор 47 измеряет величину ее

0 перемещения. Это позволяет с учетом уклона косого среза и наклона шестерни 43 к оптической оси снять с индикатора 47 показание глубины последующей зоны анализа.

5 Временной импульс для включения электродвигателей 50 и 33 самописца 3, выработанный в блоке 5 управления, используется для повторения описанного цикла работы до включеQ ния кочцевых выкл1рчателей 48, ограничиваю1цих заданный предел перемещения исследуемой шестерни 43 в камере-штативе 6, что возвращает спектрометрический анализатор в исходное состояние.

В результате автоматических циклов на диаграмме самописца будет графически изображена гистограмма

Korq элемента, например углерода.

«ого слоя зуба шестерни.

СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР химического состава поверхности металлических изделий, содержащий оптический спектрометр с системой отбора анализируемого излучения и электронно-регистрирующим устройством с самописцем, генератор микроискры, блок программного управления, и канеру-штатив с размещенным в ней держателем изделия с механизмом перемещения и узлом установки аналитического промежутка, отличавщ и и с я тем, что, с целью повышении точности и упрощения автогштизации линейного микроанализа методом скаипропания малых участков поверхностного слоя крупногабаритных изделий сложной формы, держатель изделия дополнительно снабжен неподвижной опорной стойкой, электрически соедиё ненной с генератором микроискры и установленной -с возможностью . (Л I механического контакта ио линии с поверхностью изделий в зоне микроискры перпендикулярно оптической оси системы отбора анализируемого излучения.

S

Л/

J