Устройство для определения удельного электросопротивления расплавов
Полезная модель относится к технической физике, а именно - к анализу материалов путем бесконтактного определения методом вращающегося магнитного поля электросопротивления образца в зависимости от температуры, в частности - к определению относительной электропроводности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии. Задачей полезной модли является обеспечение сокращения времени экспериментов и их упрощение при определении электросопротивления различных сплавов в случае их смены. Устройство для определения удельного электросопротивления расплавов, включающее тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации, отличающееся тем, что в него введены струбцина и штифт, закрепленный некоаксиально в узле фиксации, струбцина закреплена на штифте с возможностью ее перемещения вдоль штифта и имеет средство для закрепления в струбцине верхнего конца рабочей части упругой проволоки. Устройство обеспечивает возможность отсчета углов поворота для различных исследуемых образцов, осуществление экспериментов с одной и той же упругой проволокой без необходимости заново проводить настройку измерительного комплекса при определении электросопротивления различных сплавов в случае их смены, что в конечном итоге обеспечивает сокращение времени экспериментов и их упрощение. 1 п. ф-лы, 2 илл.
Полезная модель относится к технической физике, а именно - к анализу материалов путем бесконтактного определения методом вращающегося магнитного поля электросопротивления образца в зависимости от температуры, в частности - к определению относительной электропроводности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии.
Известно устройство для бесконтактного оптического измерения удельного электросопротивления металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии методом вращающегося магнитного поля и устройство для его реализации - см. Г.В. Тягунов и др. - Измерение удельного электросопротивления методом вращающегося магнитного поля. - Заводская лаборатория. Диагностика материалов. Москва, 2003, 
2, том 69, 35-37, - аналог. Тигель с измеряемым образцом или эталоном подвешивается на упругой, например, нихромовой, проволоке (нити) внутри вертикальной вакуумной электропечи во вращающемся магнитном поле, создаваемом тремя парами катушек, питающихся от трехфазной силовой сети, при этом индукционные токи в образце создают магнитный момент. Образец взаимодействует с внешним магнитным полем, создается вращательный момент, которому противодействует упругость проволочной нити. При фиксированном значении параметров магнитного поля и упругой проволочной нити, а также геометрии, массы и плотности эталонного и изучаемого образца, электросопротивление однозначно связано с длиной и упругостью проволоки (нити), отражаемыми углом отклонения (или закручивания) как эталона, так и образца, который определяется по отклонению отраженного светового луча на шкале. Таким образом, изменение электросопротивления при изменении температуры расплава определяется величинами отклонений отраженного светового луча на оптической шкале.
Прототипом полезной модели является устройство для измерения электросопротивления металлического расплава методом вращающегося магнитного поля - см. пат. РФ 2457473, включающее тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации
Недостатком как аналога, так и прототипа является разброс при смене образцов значений угла отклонений светового луча в зависимости от свойств образца: его электропроводности, магнитных свойств, плотности, температуры плавления и проч. Например, сначала мог быть исследован образец на основе Fe, Ni, Со, а затем - Al. При этом вышеотмеченный разброс отражается либо в увеличении амплитуды колебаний светового луча вплоть до его выхода за пределы шкалы или наоборот, в виде сжатия этих колебаний до узкой области вблизи нулевых значений. Такая зависимость требует, например при изучении сплавов на основе Fe применения проволоки определенной длины, диаметра (сечения) или упругости, а при последующем измерении, например Al, применения другой проволоки, с другой длиной, диаметром (сечением), или упругостью, т.е. замены одной упругой проволоки на другую. Это требует перенастройки измерительной установки, что увеличивает время экспериментов на одной и той же установке при смене объектов исследований, т.е. различных сплавов, усложняет эксперимент, вызывает необходимость замены упругой проволоки, после чего приходится заново проводить настройку установки.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение сокращения времени проведения эксперимента и упрощение процедуры эксперимента при определении электросопротивления различных сплавов.
Для решения поставленной задачи предлагается полезная модель устройства для определения удельного электросопротивления расплавов.
Устройство для определения удельного электросопротивления расплавов, включающее тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации, отличающееся тем, что в него введены струбцина и штифт, закрепленный некоаксиально в узле фиксации, струбцина закреплена на штифте с возможностью ее перемещения вдоль штифта и имеет средство для закрепления в струбцине верхнего конца рабочей части упругой проволоки.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечивают возможность отсчета углов поворота для различных исследуемых образцов, сокращение времени проведения эксперимента и его осуществление с одной и той же упругой проволокой, без необходимости заново проводить настройку измерительного устройства при определении электросопротивления различных сплавов, что в конечном итоге обеспечивает как сокращение времени проведения эксперимента, так и его упрощение.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1 Блок-схема устройства;
фиг. 2 Колебания светового луча для различных расплавов.
Устройство, см. фиг. 1, содержит вакуумную цилиндрическую электропечь 1, тигель с расплавом 2, упругую проволоку 3, узел фиксации 4, струбцину 5, штифт 6.
В качестве вакуумной цилиндрической электропечи 1, тигля с расплавом 2. упругой проволоки 3, используют узлы, описанные выше в прототипе - см. пат. РФ 2457473, и аналоге - см. Г.В. Тягунов и др
Упругая проволока из нихрома имеет длину 650 и диаметр 0,08 мм. Объем исследуемого образца (расплава) в тигле составляет 0,5 см3. Узел фиксации 4 представляет собой съемный диск, в котором коаксиально закреплена упругая проволока 3, содержащий вырезы для контроля сквозь него коаксиальности положения тигля с расплавом 2. Струбцина 5 выполнена в виде параллелепипеда из нержавеющей стали и закреплена на штифте 6 например, диаметром, 3 мм, выполненным из нержавеющей стали, причем верхняя часть штифта 6 некоаксиально закреплена, например, винтовым соединением в узле фиксации 4. Струбцина имеет возможность ее перемещения вдоль штифта посредством регулировки винта 7. Она содержит средство для закрепления в ней верхнего конца рабочей части упругой проволоки 3, выполненное в виде регулировочного винта 8 и 1-мм щелевой торцовой прорези-зажима, сквозь которую пропущена упругая проволока 3.
Для измерения удельного электросопротивления на предлагаемой установке подготавливают равноразмерные эталонный и(или) изучаемый образцы, у которых определяют массу и плотность. Проводят два одинаковых эксперимента: градуировочный, с эталоном, например, с монокристаллом вольфрама с известными электросопротивлением и плотностью, а после - с измеряемым образцом. Тигель с расплавом 2 коаксиально подвешивают в цилиндрическую электропечь 1, в область изотермической зоны, на нижнем конце рабочей части упругой проволоки 3, верхний конец которой коаксиально закреплен в узле фиксации 4. Перед исследованием расплава изменяют длину рабочей части упругой проволоки 3 путем перемещения ее верхнего конца (точки фиксации) в зависимости от исследуемого сплава, например, в верхней трети ее длины. Перемещение струбцины 5 осуществляют путем ослабления винта 7 и перемещения струбцины 5 по штифту 6, при этом регулируемый зажим струбцины 5 также ослаблен и обеспечивает свободное перемещение рабочей части упругой проволоки 3 сквозь струбцину 5. При размещении струбцины 5 в требуемом месте в процессе ее перемещении вдоль упругой проволоки 3, сначала струбцину 5 фиксируют на штифте 6 винтом 7. Затем регулируемый зажим струбцины 5 затягивают регулировочным винтом 8 и таким образом осуществляют фиксацию верхнего конца рабочей части упругой проволоки 3, при этом длину рабочей части упругой проволоки 3 изменяют, соответственно изменяют ее угол закручивания 9 и амплитуду колебаний светового луча 10, отраженного от зеркала 11, закрепленного на упругой проволоке 3, которая не выходит за края смотрового окна 12, находящегося в корпусе цилиндрической электропечи 1 - см. фиг. 2. Затем установку вакуумируют и начинают собственно эксперимент.
Например, при предыдущем изучении сплава на основе Fe и последующей смене образца на технически чистый Al, оперативная регулировка положения верхнего конца рабочей части упругой проволоки 3, в виде укорочения ее длины на 10 см, была проведена одновременно с загрузкой в цилиндрическую электропечь 1 тигля с Al образцом 2 и заняла 1 минуту. В последующем процессе измерений параметров Al образца колебания отраженного светового луча 10 находились в пределах значений +/-80% от величины оптической измерительной шкалы 13, что обеспечило стандартную процедуру, в том числе продолжительность эксперимента, без замены упругой проволоки 3 и перенастройки измерительной установки. Такие результаты, полученные посредством устройства для определения удельного электросопротивления расплавов, приведенного на фиг. 1, подтверждают реализацию поставленной задачи - обеспечение сокращения времени экспериментов и их упрощение при определении электросопротивления различных сплавов.
Устройство для определения удельного электросопротивления расплавов, включающее тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации, отличающееся тем, что в него введены струбцина и штифт, закрепленный некоаксиально в узле фиксации, струбцина закреплена на штифте с возможностью ее перемещения вдоль штифта и имеет средство для закрепления в струбцине верхнего конца рабочей части упругой проволоки.
