RU136175U1

RU136175U1 - DEVICE FOR DETERMINING SPECIFIC ELECTRIC RESISTANCE OF MELTS

Info

Publication number: RU136175U1
Application number: RU2013133656/28U
Authority: RU
Inventors: Аркадий Моисеевич Поводатор; Владимир Степанович Цепелев; Владимир Викторович Вьюхин
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2013-12-27

Abstract

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.A device for determining the electrical resistivity of melts, including a crucible with a melt suspended coaxially in a cylindrical electric furnace at the lower end of the working part of the elastic wire, the upper end of which is fixed in the fixation unit, characterized in that a clamp and a pin are inserted into it, fixed non-coaxially in the fixation unit, the clamp is mounted on the pin with the possibility of its movement along the pin and has means for fixing in the clamp the upper end of the working part of the elastic wire.

Description

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.The utility model relates to technical physics, namely, to the analysis of materials by non-contact determination of the electrical resistance of a sample by a method of a rotating magnetic field depending on temperature, in particular, to the determination of the relative electrical conductivity of metals and alloys in a liquid and / or solid state.

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.A device for non-contact optical measurement of the electrical resistivity of metals and alloys in a liquid and / or solid state by the method of a rotating magnetic field and a device for its implementation - see G.V. Tyagunov et al. - Measurement of electrical resistivity by the rotating magnetic field method. - Factory laboratory. Diagnostics of materials. Moscow, 2003, No. 2, volume 69, 35-37, is an analogue. A crucible with a measured sample or standard is suspended on an elastic, for example, nichrome, wire (filament) inside a vertical vacuum electric furnace in a rotating magnetic field created by three pairs of coils powered by a three-phase power network, while the induction currents in the sample create a magnetic moment. The sample interacts with an external magnetic field, creates a rotational moment, which counteracts the elasticity of the wire thread. For a fixed value of the parameters of the magnetic field and the elastic wire thread, as well as the geometry, mass and density of the reference and studied samples, the electrical resistance is uniquely related to the length and elasticity of the wire (thread), reflected by the angle of deviation (or twisting) of both the reference and the sample, which determined by the deviation of the reflected light beam on the scale. Thus, the change in electrical resistance with a change in the melt temperature is determined by the deviations of the reflected light beam on the optical scale.

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 фиксацииThe prototype of the utility model is a device for measuring the electrical resistance of a metal melt by the method of a rotating magnetic field - see US Pat. RF No. 2457473, including a crucible with a melt suspended coaxially in a cylindrical electric furnace at the lower end of the working part of the elastic wire, the upper end of which is fixed in the fixing unit

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.The disadvantage of both analog and prototype is the spread when changing samples of the values of the angle of deviation of the light beam depending on the properties of the sample: its electrical conductivity, magnetic properties, density, melting point, etc. For example, a sample based on Fe, Ni, Co, and then Al could be studied first. Moreover, the above-mentioned scatter is reflected either in an increase in the amplitude of oscillations of the light beam until it goes beyond the scale or vice versa, in the form of compression of these oscillations to a narrow region near zero values. Such a dependence requires, for example, in the study of Fe-based alloys, the use of a wire of a certain length, diameter (cross-section) or elasticity, and in subsequent measurements, for example, Al, the use of a different wire with a different length, diameter (cross-section), or elasticity, i.e. . replacing one elastic wire with another. This requires reconfiguration of the measurement setup, which increases the time of experiments on the same setup when changing research objects, i.e. of various alloys, complicates the experiment, necessitates the replacement of an elastic wire, after which it is necessary to re-configure the installation.

Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение сокращения времени проведения эксперимента и упрощение процедуры эксперимента при определении электросопротивления различных сплавов.The objective of the proposed utility model is to reduce the time of the experiment and simplify the experimental procedure in determining the electrical resistance of various alloys.

Для решения поставленной задачи предлагается полезная модель устройства для определения удельного электросопротивления расплавов.To solve this problem, a useful model of the device for determining the electrical resistivity of melts is proposed.

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.Distinctive features of the proposed technical solution provide the possibility of counting the rotation angles for various samples, reducing the time of the experiment and its implementation with the same elastic wire, without having to re-configure the measuring device when determining the electrical resistance of various alloys, which ultimately provides as a reduction time of the experiment, and its simplification.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:The proposed utility model is illustrated by drawings:

фиг. 1 Блок-схема устройства;FIG. 1 block diagram of the device;

фиг. 2 Колебания светового луча для различных расплавов.FIG. 2 Light beam oscillations for various melts.

Устройство, см. фиг. 1, содержит вакуумную цилиндрическую электропечь 1, тигель с расплавом 2, упругую проволоку 3, узел фиксации 4, струбцину 5, штифт 6.The device, see FIG. 1, contains a cylindrical vacuum electric furnace 1, a crucible with a melt 2, an elastic wire 3, a fixing unit 4, a clamp 5, a pin 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.As a vacuum cylindrical electric furnace 1, a crucible with a melt 2. of elastic wire 3, use the nodes described above in the prototype - see US Pat. RF №2457473, and the analogue - see G.V. Tyagunov et al. The nichrome elastic wire has a length of 650 and a diameter of 0.08 mm. The volume of the test sample (melt) in the crucible is 0.5 cm ³ . The fixing unit 4 is a removable disk, in which an elastic wire 3 is coaxially fixed, containing cutouts for controlling the coaxiality of the position of the crucible with the melt 2 through it. Clamp 5 is made in the form of a stainless steel parallelepiped and mounted on a pin 6, for example, with a diameter of 3 mm, made of stainless steel, and the upper part of the pin 6 is non-coaxially fixed, for example, by a screw connection in the fixing unit 4. The clamp has the ability to move it along the pin by adjusting the screw 7. It neighs the means for fixing the upper end of the working part of the elastic wire 3 in it, made in the form of an adjusting screw 8 and a 1-mm slotted end slot-clip, through which the elastic wire 3 is passed.

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.To measure the electrical resistivity of the proposed installation prepare equal-sized reference and (or) studied samples, which determine the mass and density. Two identical experiments are carried out: a calibration one, with a standard, for example, a tungsten single crystal with known electrical resistance and density, and then with a measured sample. The crucible with the melt 2 is coaxially suspended in a cylindrical electric furnace 1, in the isothermal zone, at the lower end of the working part of the elastic wire 3, the upper end of which is coaxially fixed in the fixing unit 4. Before the study of the melt, the length of the working part of the elastic wire 3 is changed by moving its upper end (fixation points) depending on the alloy under study, for example, in the upper third of its length. The clamp 5 is moved by loosening the screw 7 and moving the clamp 5 along the pin 6, while the adjustable clamp of the clamp 5 is also loosened and provides free movement of the working part of the elastic wire 3 through the clamp 5. When placing the clamp 5 in the desired place during its movement along the elastic wire 3, first the clamp 5 is fixed on the pin 6 with a screw 7. Then the adjustable clamp of the clamp 5 is tightened with the adjusting screw 8 and thus fixing the upper end of the working part of the elastic wire 3, the length of the working part of the elastic wire 3 is changed, respectively, its twist angle 9 and the amplitude of the light beam 10 reflected from the mirror 11 mounted on the elastic wire 3, which does not extend beyond the edges of the viewing window 12 located in the cylindrical body, are changed electric furnaces 1 - see. FIG. 2. Then the installation is evacuated and the experiment itself begins.

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.For example, in a previous study of the Fe-based alloy and the subsequent change of the sample to technically pure Al, the operational adjustment of the position of the upper end of the working part of the elastic wire 3, in the form of shortening its length by 10 cm, was carried out simultaneously with loading 1 crucible with Al in a cylindrical electric furnace sample 2 and took 1 minute. In the subsequent process of measuring the parameters of the Al sample, the oscillations of the reflected light beam 10 were within +/- 80% of the value of the optical measuring scale 13, which provided a standard procedure, including the duration of the experiment, without replacing the elastic wire 3 and reconfiguring the measuring setup. Such results obtained by the device for determining the electrical resistivity of the melts shown in FIG. 1, confirm the implementation of the task - to reduce the time of experiments and their simplification in determining the electrical resistance of various alloys.

Claims

A device for determining the electrical resistivity of melts, including a crucible with a melt suspended coaxially in a cylindrical electric furnace at the lower end of the working part of the elastic wire, the upper end of which is fixed in the fixing unit, characterized in that a clamp and a pin are inserted into it, fixed non-coaxially in the fixing unit, the clamp is mounted on the pin with the possibility of its movement along the pin and has means for fixing in the clamp the upper end of the working part of the elastic wire.