Термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности материалов Советский патент 1980 года по МПК G01N25/32 

(54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НЕОДНОРОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к неразрушающему контролю материалов и может быть использовано в промьгшлснности для входного контроля на однородность заготовок, а также для пооперационного контроля на идентичность полуфабрикатов Известно термоэлектрическое устройство для контроля сталей на однородност науглероженного слоя, содержащее блок создания градиента температуры, состоя щий из медного щупа, нагретого до 6ОЮО С, соприкасающегося с холодной исследуемой поверхностью, и блок измерения термоэдс, состоящий из гальванометра с ПОДВОДЯЩИК5К проводами и щунтами l. Тепло от острия щупа передается на исследуемую поверхность, создается градиент температур по нормали к повер ности, возникает термоэдс, зависящая от расггределения примесей. Термоэдс изме ряют и судят по ее величине о глубине слоя с 1ф1Л1еся:ми. Перемещая щуп но поверхности, исследуют деталь на однородность химического состава. Недостатком этого устройства является Ш1зкая точность, обусловленная тем, что приборы измеряют суммарную термоэдс, состоящую из шут товой термоэдс пары сталь-медь (14 мкв/град) и полезной термоэдс пары сталь-обезуглероженная сталь ( 1-2 мкв/град); поскольку полезные сигналы в десять раз меньще щумовых, то полезную термоэдс, по которой судят об однородности металлической поверхности, измеряют с ощ1тбкой в 2О-ЗО%. Наиболее близким тех1шческим решением является термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности материалов, содержащее блок создания градиента те шературы, состо5пций из горячего и холодного электродов, блок измерения термоэдс и приспособление для крепления эталона и исследуемого образца 21. Недостатками этого устройства является непригодность для контроля хрупKsx материалов и значительное время иэ . Целью изобретения является обеспечение возможности контроля хрутшх материалов и сокращение времени измерений. Для этого устройство дополнительно содержит перемычку из материала эталон прикрепленную к горячему электроду, а холодный электрод вьшолнен из двух электрически изолированных друг от друга частей с полостью между ними, заполненной проточной жидкостью. Применение перемычки в горячем электроде устраняет шумовую термоэдс медь-исследуемый материал, возникающую за счет градиента температуры в горячем электроде, Выполнегше в холодном электроде полости, запоянешадй проточной жидкостью, сводит разность температур между частями холодного электрода в точках крепления образца и эталона до 0,О010,. За счет этого уничтожается шуМовая термоэдс в холодном электроде, устраняется необходимость изготовления подводящих проводов и холодного электро да кз исследуемого материала, представляется возможность контроля хрупких образцов происзвольной формы, уменьшается время испыташш в 1О-1ОО раз по сравнению с устройством-прототипом. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства, где 1, 2, 3 - горячий электрод, состоящий из неподвижно части 2 и подвижных захватов 1 и 3j 4 - нагреватель у 5 - перемычка из эталонного материала, прикрепленная к неподвижной части горячего электрода 2; 6 я 7 - левая и правая неподвижные медные части.холодного электрода, изолированные друг от электрически; 8 и 9 - подвижные захваты холодного электрода; 10 - полость, заполне1шая проточной жидкостью; 11 - исследуемый образец; 12 - эталон; 13 - провода ) coeдиIiяющиe холодный электрод с измери тельным прибором 14; 15-18- точки упоминаемые в тексте описания. Предлагаемое устройство состоит из блока создашгя градиента температуры 2,4-7, блока измерешта термоэдс 13-14 приспособлений 1, 3, 8, 9 в виде захватов для крепления эталона. 12 и исследу мого образца 11. Блок создания градиента температуры включает: а) горячий электрод 1,2,3, вьшолнен ный из неподвижной части 2, имеющей нагреватель 4, подвижных захватов 17, прижимающих исследуемый образец 11 и эталон 12 к неподвижной части 2, перемычки из эталонного материала 5, прикрепленной к неподвижной части 2 и осуществляющей в области точек 15 и 16 электрический контакт между эталоном 12 и исследуемым образном 11; б) холодный электрод, выполненный из двух медных электрически изолированных друг от друга частей 6 и 7 с полостью между ними 1О, заполненной жидкостью, захватов 8 и 9, прижимающих эталон 12 и образец 11 к частям холодного электрода 6 и 7. При 7шнтроле полупроводниковых материалов и веществ с электропроводностью, сравнимой с электропроводностью полупроводников, полость 10 заполнена проточным маслом, спиртом, жидки азотом и другими слабопроводящими электричество жидкостями. При контроле металлических материалов - проточной водой. Скорость протекания 5-10 л/мин. Чем вЫще скорость, тем меньше щумовая термоэдс медь-исследуемый материал (выще точность измерений), тем меньще время выхода устройства на режим контроля (выще производительность устройства) . Устройство работает следующим образом.. Заготовка, признанная годной по всем показателям и выбранная за эталонный материал, постоянно на время контроля данной серии, прижата захватами 1 и 8 к горячему электроду 2 и левой части холодногх) электрода 6. Горячий электрод находится при температуре 1ОО-200°С (измеритель температуры установлен вблизи перемычки 5). Через полость 1О протекает жидкость (расход 5-10 л/сек) и уравшюает температуру между левой частью холодного электрода 6 и правой 7 так что разность температур между точками 18 и 17 не превышает С уже через 5-7 минут после включения тока жидкости. Просвет между горячим и холодным электродами равен (6-8)/ мм, где р - суммарная площадь в поперечного сечения исследуемого образца и эталона. При несоблюдении этого условия разность температур между точками 17 и 18 превышает 10 С, возрастает шумовая термоэдс медь-исследуемый материал, снии ается чувствительность устройства к неоднородностям. Перемычка 5 из эталонного

материала прикручена (или прижата пруншной) к горячему электроду на все BpeViH испытаний. Исследуемый образец зажат зажимами 3 и 9. Через 34минуты, требующиеся для наступления теплового равновесия, измеряют тер- моэдс и разность температур между горячим и холодным электродами. Если термоэдс по своему значению выходит за предел, устанавливаемый экспериментально для каждой серии исследуемых образцов, то данный участок исследуемого образца бракуют.

Испытания показали, что предлагаемо термоэлектрическое устройство обеспечивает контроль и хрупких материалов. Время контроля при переходе с одной серии материала к другой сокращено до

5мин. В устройстве - прототипе оно равнялось суткам.

Расширение функциональных возможностей и увеличение производительности термоэлектрического устройства делает его пригодным для пооперационного и входного контроля материалов и полуфабрикатов в промышленности.

Формула изобретения

Термоэлектрическое устройство для контроля неоднородности материалов, содержащее блок создания градиента температуры, состоящий из горячего и холодного электродов, блок измерения термоэдс и приспособление для крепления эталона и исследуемого образца, о т л ичающеес я т&л, что, с целью обеспечения возможности контроля хрупких материалов и сокращения времени измерений, устройство дополнительно содержит перемычку из материала эталона,

прикрепленную к горячему электроду, а холодный электрод выполнен из двух электрически изолированных друг от друга частей с полостью меноду ними, заполненной проточной жидкостью.

Источники информации,

принятые во вн 1мание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 364895, кл. GOIN 33/2О, 197О.

2.Герцрикен С. Д., Новиков Н. Н., Копань В. С. О природе термоэдс, возникающей при деформации металлов.Украинский физический журнал, 1959, N 3, с. 53О (прототип).