Устройство для определения удельного электросопротивления углеграфитовых материалов Советский патент 1992 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике с применением тепловых средств и может быть использовано для исследования электрофизических свойств применяемых в машиностроении углеграфитовых и других токопроводящих материалов, в том числе волокнистых (типа войлока, жгутов и т.п.).

Известно устройство, основанное на двухзондовой измерительной ячейке и предназначенное для определения электросопротивления керамических материалов. Образец устанавливают внутри обогреваемого муфеля на керамической подставке. Между поверхностями образца и концами токоподводов помещают металлические

прокладки для выравнивания потенциала по поверхности образца. Температуру внутри муфеля измеряют с помощью термопары

Основными недостатками данного устройства являются: большая погрешность определения удельного электросопротивления материалов с низким сопротивлением за счет значительных контактных сопротивлений на границах системы образец - прокладки - токоподводы; невозможность исследования мягких и волокнистых материалов из-за нарушения геометрии образца под действием усилия, прикладываемого к токоподводам для обеспечения хорошего электрического контакта; ограниченность

± о

00 О

о

верхнего температурного предела испытаний температурой 1800-2000°С.

Известно также устройство (прототип), широко используемое для определения удельного электросопротивления р графитов, карбидов и других токопроводящих материалов в области высоких температур (от 1000 до 2000-2500°С, в зависимости от теплопроводности образца).

Однако большие температурные перепады по радиусу образца (до 1000°С и выше), возникающие при испытаниях углеграфитовых материалов вследствие их сравнительно низкой теплопроводности, приводят к существенным погрешностям за счет неопределенности температуры отнесения, а также к снижению температурного уровня исследований.

Не обеспечивается необходимая надежность контакта потенциальных зондов с образцом, так как возможна деформация образца при нагреве,

Устройство не позволяет испытывать мягкие углеграфитовые материалы из-за нарушения геометрии образца, а также из-за еще больших, чем на твердых образцах, температурных перепадов.

Целью изобретения является обеспечения возможности определения удельного электросопротивления мягких углеродных материалов (жгутов, войлока и т.п.), повышение точности в интервале температур до 3000°С.

Сущность изобретения заключается в том, что элементы четырехэлектродной измерительной ячейки, включающей нижний графитовый (в том числе и верхний) и потенциальные токоподводы, все закреплены на верхней съемной изолирующей крышке, выполненной в виде втулки. Нагревателем образца до высоких температур служит сама герметичная камера, выполненная в виде трубчатой графитовой печи, внутри которой размещается измерительная ячейка. Для устранения разности потенциалов между образцом и нагревателем в процессе измерения на корпусе камеры напротив потенциальных электродов ячейки дополнительно установлена пара потенциальных отводов из углеродных нитей.

На фиг.1 и 2 представлено устройство для определения удельного электросопротивления углеграфитовых материалов.

Внутри трубчатого графитового нагревателя 1, расположенного вертикально, помещается четырехэлектродная измерительная ячейка, состоящая из верхнего то- коподвода 2, устанавливаемого для испытаний образца 3, нижнеготокоподвода

4, жестко соединенных между собой круглой графитовой подставки 5 и несущего графитового штока 6. Верхний токоподвод и несущий графитовый шток закреплены в

верхней съемной крышке 7 из электроизоляционного материала. Потенциальные зонды 8 ячейки выполнены из тонких графитовых стержней с прикрепленными к ним углеродными нитями 9, концы которых закреплены

в той же крышке 7. На графитовой подставке установлен пирометрический датчик 10 в виде графитового стержня с осевым отверстием (модель абсолютно черного тела). На нагревателе, окружающем измерительную

ячейку, напротив ее потенциальных зондов установлены дополнительные потенциальные отводы 11 для устранения разности потенциалов между образцом и нагревателем. Устройство работает следующим образом.

В токоподводах измерительной ячейки зажимают образец (в цанговых зажимах), вставляют в него потенциальные зонды на определенном расстоянии друг от друга (расстояние контролируют штангенциркулем). Ячейку вставляют в печь внутрь трубчатого графитового нагревателя, на который она опирается центрирующей электроизоляционной втулкой. Производят нужные соединения электрических цепей. Печь

закрывают, откачивают форвакуумным на- сосбм и заполняют инертным газом. Подают напряжение на нагреватель от вторичной обмотки силового трансформатора, один конец которой заземлен. Регулированием

мощности на нагревателе выводят систему на нужный температурный режим. Подают напряжение на цепь измерительной ячейки. От отдельного автотрансформатора, обмотка которого заземлена, подают напряжение

на нижний потенциальный зонд ячейки. Независимым регулированием тока в цепи измерительной ячейки и потенциала на нижнем потенциальном зонде добиваются равенства потенциалов в лежащих на одном

уровне точках нагревателя (на потенциальных отводах) и образца (на потенциальных зондах). Затем измеряют ток I в цепи измерительной ячейки (образца) и падение напряжения A U на рабочем участке образца

(между потенциальными зондами). Удельное электросопротивление материала образца вычисляют по соотношению

55

Р

A U S

где S - площадь поперечного сечения образца;

Е- расстояние между потенциальными зондами.

Аналогичные измерения проводят при других температурных режимах.

Устройство испытано в работе при определении удельного электросопротивления углеродного войлока с кажущейся плотностью 0,1 г/см3 (на основе карбонизо- ванного вискозного волокна). Для сравнения измерения проводили также на установке А-3000 для определения теплопроводности углеграфитовых материалов с прямым нагревом образца электрическим током, принципиально аналогичной прототипу (были сделаны специальные переход- ные приспособления для крепления образца войлока в токоподводах).

Результаты определений представлены в таблице.

Как показывают полученные результаты, наличие больших перепадов температур по толщине образца в установке Я-3000, аналогичной прототипу, приводит к заметному отличию результатов и существенному

снижению температурного диапазона исследований.

Формула изобретения Устройство для определения удельного

электросопротивления углеграфитовых материалов, содержащее герметичную камеру, верхний и нижний графитовые токоподводы к измерительным электродам, закрепленные в верхней и нижней крышках

камеры, и боковые графитовые топоподво- ды к потенциальным зонда,м , отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения мягких волокнистых углеграфитовых материалов в интервале

температур до 3000°С, герметичная камера выполнена в виде трубчатого графитового нагревателя, нижний токоподвод сформирован из жестко соединенных между собой подставки и штока из графита, потенциальные и нижний токоподводы закреплены в верхней крышке, выполненной в виде съемной изолирующей втулки, а на боковой поверхности трубчатого нагревателя напротив потенциальных зондов установлены потенциальные отводы в виде углеродных нитей.

Фие.2

Использование: исследование электрофизических свойств применяемых в машиностроении углеграфитовых и других токо- проводящих материалов, в том числе волокнистых (типа войлока, жгутов и т.п.) Сущность изобретения: устройство содержит герметичную камеру, выполненную в виде трубчатого графитового нагревателя Токо под воды к измерительным электродам и потенциалным зондам закреплены в верхней крышке, выполненной в виде съемной изолирующей втулки. Нижний токоподвод составлен из жестко соединенных между собой подставки и штока из графита. На боковой поверхности трубчатого нагревателя напротив потенциальных зондов установлены потенциальные отводы в виде углеродных нитей. 2 ил., 1 табл. (Л