Термоэлектрическое устройство для определения химического состава и структуры металлов и сплавов Советский патент 1982 года по МПК G01N25/32 

Изобретение относится к нераэрушающему контролю материалов.

Известно устройство для измерения толщин гальванических покрытий, содержащее нагреваемый и холодный электроды, контактирующие в процессе измерения с контролируемым покрытием, и соединенный с электродами измерительный прибор 1.

Однако в этом устройстве условия теплопередачи, а следовательно, и термо-ЭДС сильно зависят от состояния поверхности, чистоты обработки, усилия прижима электродов к изделию, стабильной разности температур электродов, химического состава и структуры покрытия и основы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является тер| оэлектрическое устройство для, опЕз деления химического состава и структуры металлов и сплавов, содержащее четыре электрода из двух разных металлов, образующие две одинаковые пары, блок деления электрических сигналов и измерительный прибор. Устройство позволяет устранить влияние, на результат измерений качества обработки поверхности изделия, ее шероховатости и т. д. Этот эффект

возможен при выполнении электродов из любых двух металлов, поэтому в большинстве случаев принимаются во внимание лишь требования к их прочности и износостойкости(например, в приведенном случае электроды выполнены из закаленной стали и кобальта) 2 .

Однако использование указанного

10 устройства для определения толщины .покрытий приводит к сложным зависимостям измеряемой величины от искомого параметра.При этом в данном устройстве не исключается влияние

15 на результат измерений структуры и химического состава пары покрытие подложка.

Целью изобретения является повы20шение точности контроля толщины проводящих покрытий на проводящей основе.

Поставленная цель достигается тем, что в термоэлектрическом уст25ройстве для .определения химического состава и -структуры металлов и сплавов, содержащем четыре электрода, блок деления электрических сигналов и соединенный с ним измерительный

30 прибор, одна пара электродов выполнена из материала покрытия, а другая - из материала основы. При этом электроды могут быть вы полнены в виде металлических стержней с нанесенным на них слоем диэлектрика, поверх которого нанесен на одну пару материал покрытия, а на другую - материал основы. С помощью этого устройства можно определять как толщину проводящих покрытий на-проводящей основе, так и структуру/ и химический состав металлов и сплавов. Согласно расчету термоэлектричес кой цепи, образованной двумя электр дами и проводящим прокрытием на про водящей основе, измеряемый ток в об щем случае выражается формулой -LEnndTTRlfpJ .ПэЗ где Э - ток в измерительной цепи; R - сопротивление измерительно цепи; Е - термо-ЭДС пары покрытие подложка;Е - - термо-ЭДС пары покрытие электрод;Rp - сопротивление источника те мо-ЭДС ; Кщ- шунтирующее сопротивление холодных участков пары покрытие - подложка. При этом Обпэ fc- Etin - ci-nri t где температура в точке сопроти ления горячего электрода с покрытием; tj- температура пары покрытие подложка; oL Mdt коэффициенты термо-ЭДС пар подложка - покрытие и покры тие - электрод соответстве но. Для пары электродов, выполненно из материала пркрытия, « О, следовательно, и Ерд О, и ток в изме рительной цепи равен 3n -i--Un9(i--rb;jR-b . Для пары электродов, выполненно из материала основы, сле довательно, величина тока в измери тельной цепи в этом случае )Ь, + t. Если разделить сигналы с этих д ПНР.электродов, получаем -.П тг-- IT -Г- t«VRlL V -l+RuilRo Полученная величина не зависит коэффициентов термо-ЭДС материалов покрытия и основы. Отношение -т и определяются радиусом контактной площади электрода .г и толщиной контролируемого покрытия f , Для практически используемых материалов и температур эти отношения могут быть рассчитаны с высокой степенью точности и составляютг. G t , , Зб - 1+ Если обозначить Gfr через k подставить выражения (6) в (5), Получим)(i + П 1 + (1 + 2г 2 гЗ- (-|- kU 3k + 4). (7) Из (7) видно, что при постоянном радиусе контактной площадки отношение ОоЮп зависит только от толщины покрытия. Здесь нет зависимости от температур t и 2. следовательно, нет зависимости от условий теплопередачи (состояние, поверхности чистоты обработки, усилия прижима электродов к изделию и т. д.). Кроме того, отношение 3o/Jn не зависит от коэффициентов термо-ЭДС otpn т.е. не зависит от структуры и химического состава покрытия и подложки. Вследствие этого возрастают стабильность показаний устройства и точность контроля толщины покрытий. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 один из электродов, разрез. Устройство содержит электрода 1-4, два из них нагреваемые (электроды 1 и 3) и два холодные (2 и 4). Нагреваемые электроды 1 и 3 помещены в нагреватель 5. Электроды 1 - 4 в зависимости от материала выполнения составляют две пары. Одца пара электродов, например нагреваемый электрод 1 и холодный электрод 2, выполнена из материала покрытия б, другая пара - нагреваемый электрод 3 и холодный электрод 4 - выполнена из материала подложки 7. Обе пары электродов соединены с блоком 8 деления электрических сигналов, к которому подсоединен измерительный прибор 9. Электрод состоит из металлического стержня 10 с нанесенным на него слоем диэлектрика 11, поверх диэлектрика 11 нанесен материал 12, идентичный материалу покрытия 6 для пары электродов 1 - 2 (фиг. 1) и идентичный материалу подложки 7 для пары электродов 3-4 (фиг. 1). Устройство работает следующим образом. Включают нагреватель 5, который доводит температуру нагреваемых электродов 1 и 3 до температуры t. Холодные электроды 2 и 4 имйют при

этом комнатную температуру t,,. После того,как нагреваемые электроды 1 и 3 прогреются до температуры t, все четыре электрода приводят в соприкосновение с покрытием 6. При этом образуются две замкнутые электрические цепи, в которых под действием термо-ЭДС возникают токи, проходящие через блок 8 деления электрических сигналов. С блока 8 деления электрических сигналов на измерительный прибор 9 поступает частное от деления этих токов. Оно, как видно из формулы (7), зависит только от толщины покрытия 6. Следовательно, шкала измерительного прибора 9 градуируется в единицах измерения толщины покрытия б.

Формула изобретения 1. Термоэлектрическое устройство для определения химического состава и структуры металлов и сплавов, содержащее четыре электрода, блок деления электрических сигналов и соединенный с ним измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля толщины проводящих покрытий на проf водящей основе, одна пара электродов выполнена из материала покрытия, а другая - из материала основы.

2. Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что электроды выполнены в виде металлических стерж0ней с нанесенным на них слоем диэлектрика, поверх которого нанесен на одну пару материал покрытия, а на другую - материал основы.

5 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Суворов Л.М. Термоэлектрический метод измерения толщины гальванических покрытий.-Заводская ла0 боратория, 1969, № g, с.959-962.

2.Авторское свидетельство СССР 454465, кл. G 01 N 25/30, 1973 (прототип).

да.