RU188056U1

RU188056U1 - Suspension Fixing Assembly

Info

Publication number: RU188056U1
Application number: RU2018140913U
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Вьюхин; Аркадий Моисеевич Поводатор; Владимир Степанович Цепелев; Виктор Васильевич Конашков
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-03-28

Abstract

Полезная модель относится к технической физике, а именно - к устройствам для анализа материалов путем фотометрического определения относительной электропроводности расплавов металлов в зависимости от температуры посредством изучения параметров крутильных колебаний тигля с образцом внутри нагревателя электропечи методом вращающегося магнитного поля. Дополнительными сферами являются определение вязкости расплавов, металлургия и обучение студентов.Узел фиксации подвесной системы, содержащий вертикально ориентируемый верхний фланец, в котором помещен первый элемент с отверстием, в котором размещен второй элемент с закрепленным в нем верхним концом подвесной системы, при этом первый элемент выполнен в виде эксцентрика, обладающего функцией углового смещения внутри верхнего фланца.Узел обеспечивает продолжение экспериментов при некоаксиальности подвесной системы внутри нагревателя вследствие искривления и неконтролируемого горизонтального смещения молибденового нагревателя и керамического экрана при их нагреве. Посредством предлагаемого технического решения реализуют возможность свободного вращения подвесной системы, уменьшают возможность соприкосновения элементов подвесной системы с нагревателем электропечи, уменьшают влияние горизонтального смещения частей молибденового нагревателя и керамического экрана на ход и результаты экспериментов, а в конечном итоге повышают достоверность и точность характеристик высокотемпературных расплавов. 3 ил.The utility model relates to technical physics, namely, to devices for analyzing materials by photometric determination of the relative conductivity of metal melts depending on temperature by studying the parameters of torsional vibrations of a crucible with a sample inside a furnace of a furnace using a rotating magnetic field. Additional areas are the determination of the viscosity of melts, metallurgy and student training. A fixing unit for the suspension system containing a vertically oriented upper flange in which the first element with a hole is placed, in which the second element is placed with the upper end of the suspension system fixed to it, the first element being made in the form of an eccentric with a function of angular displacement inside the upper flange. The unit ensures the continuation of experiments with non-coaxial suspension system inside the heater I due to the distortion and uncontrolled horizontal displacement of molybdenum and the ceramic heater of the screen when they are heated. Using the proposed technical solution, they realize the possibility of free rotation of the suspension system, reduce the possibility of contact between the elements of the suspension system and the electric furnace heater, reduce the influence of horizontal displacement of parts of the molybdenum heater and ceramic screen on the course and results of experiments, and ultimately increase the reliability and accuracy of the characteristics of high-temperature melts. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к технической физике, а именно - к устройствам для анализа материалов путем бесконтактного фотометрического определения электросопротивления в зависимости от температуры, посредством изучения параметров крутильных колебаний тигля с образцом внутри нагревателя электропечи, методом вращающегося магнитного поля. В частности, полезная модель предназначена для определения относительной электропроводности расплавов образцов металлов и сплавов. Дополнительной сферой являются металлургия и обучение студентов.The utility model relates to technical physics, namely, to devices for analyzing materials by non-contact photometric determination of electrical resistance as a function of temperature, by studying the parameters of torsional vibrations of a crucible with a sample inside an electric furnace heater, by the method of rotating magnetic field. In particular, the utility model is intended to determine the relative electrical conductivity of molten samples of metals and alloys. An additional area is metallurgy and student education.

Известно устройство для бесконтактного оптического измерения удельного электросопротивления образцов металлов и сплавов методом вращающегося магнитного поля и устройство для его реализации - см. «Изучение удельного электросопротивления расплавов». Методические указания к лабораторной работе по курсу «Физика». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006, с. 5-8, рис. 1. В этом устройстве тигель с образцом подвешивают на упругой, например, нихромовой, проволоке (нити) внутри вертикальной вакуумной электропечи во внешнем 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, массе и плотности образца, его электросопротивление однозначно связано с длиной и упругостью проволоки (нити), отражаемыми углом отклонения (или закручивания) образца. Этот угол определяется посредством зеркала, закрепленного на упругой нити, по отклонению отраженного от него светового луча на шкале. Таким образом, изменение электросопротивления при изменении температуры расплава образца определяют посредством определения отклонений отраженного светового луча на оптической шкале. Внутренняя часть молибденового электронагревателя закрыта керамическим трубчатым экраном, служащим для защиты от напыления металлом нагревателя элементов подвесной системы, а также для создания равномерного теплового поля. Для осуществления процесса измерений обеспечивают свободное вращение нижней части подвесной системы, а именно тигля с образцом, исключающее его соприкосновение с вышеуказанным экраном. Необходимо отметить, что габариты электропечи обусловлены потребляемой мощностью, требуемой для нагрева и плавления образцов, и возможностью водяного охлаждения этой электропечи. Поэтому ее рабочее пространство имеет ограниченные размеры, в частности, диаметр. При этом расстояние от тигля до керамического трубчатого экрана составляет единицы мм.A device for non-contact optical measurement of electrical resistivity of samples of metals and alloys by the method of a rotating magnetic field and a device for its implementation - see "Study of the electrical resistivity of melts." Guidelines for laboratory work on the course "Physics". Ekaterinburg: USTU-UPI, 2006, p. 5-8, fig. 1. In this device, the crucible with the sample is suspended on an elastic, for example, nichrome, wire (filament) inside a vertical vacuum electric furnace in an external 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. With 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 sample, its electrical resistance is uniquely associated with the length and elasticity of the wire (thread), reflected by the angle of deflection (or twisting) of the sample. This angle is determined by a mirror mounted on an elastic thread, by the deviation of the light beam reflected from it on the scale. Thus, the change in electrical resistance with a change in the melt temperature of the sample is determined by determining the deviations of the reflected light beam on the optical scale. The inside of the molybdenum electric heater is covered with a ceramic tubular screen, which serves to protect the elements of the suspension system from spraying the heater metal, as well as to create a uniform thermal field. For the implementation of the measurement process provide free rotation of the lower part of the suspension system, namely the crucible with the sample, excluding its contact with the above screen. It should be noted that the dimensions of the electric furnace are due to the power consumption required for heating and melting the samples, and the possibility of water cooling of this electric furnace. Therefore, its working space has limited dimensions, in particular, diameter. The distance from the crucible to the ceramic tubular screen is units of mm.

Известно фотометрическое устройство для измерения электросопротивления металлического расплава методом вращающегося магнитного поля - см. пат. РФ № 2457473, включающее тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в высокотемпературной части цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации - аналог.Known photometric device for measuring the electrical resistance of a metal melt by the method of a rotating magnetic field - see US Pat. RF № 2457473, including a crucible with a melt suspended coaxially in the high-temperature part of 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 node - analog.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является узел фиксации подвесной системы, содержащий вертикально ориентируемый верхний фланец, в котором помещен первый элемент с отверстием, в котором размещен второй элемент с закрепленным в нем верхним концом подвесной системы, - см. вышеуказанное… «Изучение удельного электросопротивления расплавов.» Методические указания к лабораторной работе по курсу «Физика». Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009, с. 4-7, рис. 1 - прототип. Этот узел, жестко скрепленный с верхней частью электропечи, вертикально ориентируют, одновременно со всей установкой, посредством точечных регулируемых упоров. До экспериментов производят процедуру юстировки в виде первичной вертикальной ориентации путем наклона, например на несколько градусов, всей установки, которая закрепляется именно в таком вертикальном положении. Узел входит в состав описанной в прототипе установки представляющей собой вертикальную цилиндрическую электропечь для определения удельного электросопротивления металлических расплавов методом вращающегося магнитного поля, которая содержит подвесную систему с тиглем и измеряемым образцом. Тигель подвешен коаксиально в центре нагревателя цилиндрической электропечи на нижнем конце подвесной системы, верхний конец которой в виде упругой проволоки закреплен в узле фиксации.Closest to the proposed utility model is the fixation unit of the suspension system, containing a vertically oriented upper flange, in which the first element with a hole is placed, in which the second element is placed with the upper end of the suspension system fixed in it, see above ... "Study of the electrical resistivity of melts . "Guidelines for laboratory work on the course" Physics ". Ekaterinburg: USTU-UPI, 2009, p. 4-7, fig. 1 is a prototype. This unit, rigidly fastened to the upper part of the electric furnace, is vertically oriented, simultaneously with the entire installation, by means of point adjustable stops. Prior to experiments, the adjustment procedure is performed in the form of a primary vertical orientation by tilting, for example, several degrees, the entire installation, which is fixed in such a vertical position. The site is part of the installation described in the prototype, which is a vertical cylindrical electric furnace for determining the electrical resistivity of metal melts by the method of rotating magnetic field, which contains a suspension system with a crucible and a measured sample. The crucible is suspended coaxially in the center of the heater of a cylindrical electric furnace at the lower end of the suspension system, the upper end of which is fixed in the form of an elastic wire in the fixing unit.

Недостатком вышеуказанных устройств является возможность возникновения некоаксиальности подвесной системы внутри нагревателя вследствие искривления и неконтролируемого горизонтального смещения молибденового нагревателя и керамического экрана при их нагреве, независимо от осуществленного до начала экспериментов наклона всей установки при юстировке. При этом возникает опасность соприкосновения тигля с керамическим экраном нагревателя. В таком случае, во первых, не обеспечено свободное вращение нижней части подвесной системы, а именно, тигля с образцом. Во вторых, увеличивается неоднородность и несимметричность теплового поля в области этого тигля. В третьих, при соприкосновении тигля с экраном может возникать их последующее сплавление и, как следствие, срыв экспериментов, например лабораторных работ, со сложной, длительной и дорогостоящей заменой компонентов электропечи с последующей перекалибровкой.The disadvantage of the above devices is the possibility of incoaxiality of the suspension system inside the heater due to the curvature and uncontrolled horizontal displacement of the molybdenum heater and ceramic screen when they are heated, regardless of the tilt of the entire installation carried out before the experiments, when adjusting. In this case, there is a danger of the crucible coming into contact with the ceramic screen of the heater. In this case, firstly, the free rotation of the lower part of the suspension system, namely, the crucible with the sample, is not ensured. Secondly, the inhomogeneity and asymmetry of the thermal field in the region of this crucible increases. Thirdly, when the crucible comes into contact with the screen, their subsequent fusion can occur and, as a result, failure of experiments, for example laboratory work, with a complex, lengthy and expensive replacement of electric furnace components with subsequent recalibration.

Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение свободного вращения подвесной системы, уменьшение возможности соприкосновения компонентов подвесной системы с нагревателем электропечи, уменьшение влияния смещения частей молибденового нагревателя и керамического экрана на ход и результаты эксперимента, а в конечном итоге, обеспечение продолжения экспериментов по определению электросопротивления образца методом вращающегося магнитного поля без замены компонентов электропечи и перекалибровки.The objective of the proposed utility model is to provide free rotation of the suspension system, reduce the possibility of contact of the components of the suspension system with the electric furnace heater, reduce the effect of the displacement of parts of the molybdenum heater and ceramic screen on the course and results of the experiment, and ultimately, ensure that experiments continue to determine the electrical resistance of the sample by the rotating method magnetic field without replacing the components of the electric furnace and recalibration.

Технический результат достигается тем, что полезная модель обеспечивает продолжение экспериментов при возникновении некоаксиальности подвесной системы внутри нагревателя вследствие искривления и неконтролируемого горизонтального смещения молибденового нагревателя и керамического экрана при их нагреве. Посредством предлагаемого технического решения реализуют возможность свободного вращения подвесной системы, уменьшают возможность соприкосновения элементов подвесной системы с нагревателем электропечи, уменьшают влияние горизонтального смещения частей молибденового нагревателя и керамического экрана на ход и результаты экспериментов.The technical result is achieved by the fact that the utility model ensures the continuation of experiments in the event of incoaxiality of the suspension system inside the heater due to curvature and uncontrolled horizontal displacement of the molybdenum heater and ceramic screen when they are heated. By means of the proposed technical solution, the possibility of free rotation of the suspension system is realized, the possibility of contact between the elements of the suspension system and the electric furnace heater is reduced, and the influence of horizontal displacement of parts of the molybdenum heater and ceramic screen on the course and experimental results is reduced.

Для решения поставленной задачи предлагается полезная модель узла фиксации подвесной системы, а именно:To solve this problem, a useful model of the suspension system fixing unit is proposed, namely:

Узел фиксации подвесной системы, содержащий вертикально ориентируемый верхний фланец, в котором помещен первый элемент с отверстием, в котором размещен второй элемент с закрепленным в нем верхним концом подвесной системы, отличающийся тем, что первый элемент выполнен в виде эксцентрика, обладающего функцией углового смещения внутри верхнего фланца.Suspension system fixing unit comprising a vertically oriented upper flange in which a first element with a hole is placed in which a second element is placed with the upper end of the suspension system fixed therein, characterized in that the first element is made in the form of an eccentric having an angular displacement function inside the upper flange.

Таким образом, при реализации заявляемой полезной модели в конечном итоге достигается продолжение осуществления экспериментов, в частности, лабораторных работ в учебном процессе, по определению электросопротивления образца методом вращающегося магнитного поля, без сложной, длительной и дорогостоящей замены компонентов электропечи и перекалибровки.Thus, when implementing the claimed utility model, ultimately, experiments are continued to be carried out, in particular, laboratory work in the educational process, to determine the electrical resistance of the sample by the rotating magnetic field method, without complex, lengthy and expensive replacement of electric furnace components and recalibration.

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

фиг. 1 - конструкция узла фиксации подвесной системы;FIG. 1 - design of the fixation unit of the suspension system;

фиг. 2 - блок-схема электропечи; начальное состояние - А, конец эксперимента - В;FIG. 2 is a block diagram of an electric furnace; initial state - A; end of experiment - B;

фиг. 3 - внешний вид основных компонентов узла фиксации подвесной системы.FIG. 3 - the appearance of the main components of the fixation unit of the suspension system.

Полезная модель содержит - см. фиг. 1, первый элемент 1, в отверстии которого размещен второй элемент 2 с закрепленной в нем упругой нитью 3 верхнего конца подвесной системы. Диаметр 4 отверстия в первом элементе 1 выбран с возможностью скользящей посадки в нем второго элемента 2. Коаксиальная ось 5 электропечи и ось 6 нити 3 подвесной системы могут не совпадать, в частности во фронтальной плоскости - см. фиг. 2 - В, на величину Δ l. Кроме того, электропечь, см. фиг. 2, содержит стеклянное смотровое окно 7 в верхней части корпуса электропечи, зеркало 8, закрепленное на керамическом стержне 9 подвесной системы, создающий высокотемпературную зону нагрева нагреватель 10 с керамическим экраном 11, тигель 12 с образцом, подвешенный в этой зоне нагрева, токоподводы 13 нагревателя 10, верхний фланец 14, являющийся верхней частью электропечи.The utility model contains — see FIG. 1, the first element 1, in the opening of which is placed the second element 2 with the elastic thread 3 fixed to it by the upper end of the suspension system. The diameter 4 of the hole in the first element 1 is selected so that the second element 2 can slide into it. The coaxial axis 5 of the electric furnace and the axis 6 of the thread 3 of the suspension system may not coincide, in particular in the frontal plane — see FIG. 2 - B, by the value of Δ l. In addition, an electric furnace, see FIG. 2, contains a glass inspection window 7 in the upper part of the electric furnace body, a mirror 8 mounted on a ceramic rod 9 of the suspension system, creating a high-temperature heating zone heater 10 with a ceramic screen 11, a crucible 12 with a sample suspended in this heating zone, current leads 13 of the heater 10 , the upper flange 14, which is the upper part of the electric furnace.

Первый элемент 1 в виде эксцентрика выполнен несплошным, например, в виде латунной кольцевой шайбы, имеющей несколько, например, четыре, симметричных окна - прорези, через которые осуществляется наблюдение за расположением подвесной системы. Он обладает возможностью углового перемещения (вращения) внутри верхнего фланца 14, например вручную. Через эти окна-прорези наблюдают за положением подвесной системы в электропечи при ее загрузке. Кроме того, первый элемент 1 может быть выполнен в виде зубчатого колеса или шагового двигателя в автоматизированной системе. Выполненный, например, из латуни, второй элемент 2 имеет цилиндрическую грибообразную форму, с закрепленной в нем снизу упругой нитью 3 верхнего конца подвесной системы, содержащей зеркало 8, керамический стержень 9 и тигель 12 из бериллиевой керамики, обладает возможностью углового перемещения внутри первого элемента 1 в отверстии 4. Нагреватель 10 молибденовый, диаметром 40 мм и толщиной стенки 0,4 мм, выполнен в виде двух полуцилиндров. Керамический экран 11 трубчатой формы, выполнен из бериллиевой керамики толщиной 3 мм. Токоподводы 13 медные, рассчитаны на ток 5 кА при напряжении 5-6 В. Фланец 14 выполнен из нержавеющей стали.The first element 1 in the form of an eccentric is made non-continuous, for example, in the form of a brass ring washer, having several, for example, four, symmetrical windows - slots through which the location of the suspension system is monitored. He has the ability to angular movement (rotation) inside the upper flange 14, for example manually. Through these slots, the position of the suspension system in the electric furnace is monitored when it is loaded. In addition, the first element 1 can be made in the form of a gear wheel or a stepper motor in an automated system. Made, for example, of brass, the second element 2 has a cylindrical mushroom shape, with an elastic thread 3 attached to it from below the upper end of the suspension system containing a mirror 8, a ceramic rod 9 and a crucible 12 made of beryllium ceramic, has the possibility of angular movement inside the first element 1 in the hole 4. The heater 10 is molybdenum, with a diameter of 40 mm and a wall thickness of 0.4 mm, made in the form of two half-cylinders. The ceramic screen 11 is tubular, made of beryllium ceramic 3 mm thick. The current leads 13 are copper, rated for a current of 5 kA at a voltage of 5-6 V. The flange 14 is made of stainless steel.

Перед началом эксперимента, после стандартной загрузки сверху внутрь электропечи всей подвесной системы, в том числе тигля 12 с образцом сплава, визуально определяют через загрузочное отверстие вверху электропечи (на схеме не показано) вертикальность электропечи, проводят юстировку коаксиальности как указано в прототипе - см. выше. Для этого фланец 14 вертикально ориентируют посредством точечных регулируемых упоров (на схеме не показано). После этого осуществляют угловое перемещение первого элемента 1 путем его вращения, добиваясь симметрии положения зеркала 8 относительно смотрового окна 7. Затем регулируют положение зеркала 8 в смотровом окне 7, посредством вращения второго элемента 2 в отверстии 4 первого элемента 1, добиваясь параллельности положения зеркала 8 относительно смотрового окна 7. При этом контролируют положение нуля отраженного светового луча на измерительной линейке (на схеме не показано). Потом электропечь закрывают, включают ее и начинают эксперимент.Before the experiment, after a standard load of the entire suspension system from the top inside the electric furnace, including crucible 12 with the alloy sample, the verticality of the electric furnace is visually determined through the loading hole at the top of the electric furnace (not shown in the diagram), the coaxiality is adjusted as described in the prototype - see above . For this, the flange 14 is vertically oriented by means of point adjustable stops (not shown in the diagram). After that, the first element 1 is angularly moved by rotating it, achieving symmetry of the position of the mirror 8 relative to the viewing window 7. Then, the position of the mirror 8 is adjusted in the viewing window 7, by rotating the second element 2 in the hole 4 of the first element 1, achieving a parallel position of the mirror 8 relative to viewing window 7. At the same time, the zero position of the reflected light beam on the measuring line is monitored (not shown in the diagram). Then they close the electric furnace, turn it on and begin the experiment.

До тех пор, пока внутри нагревателя 10 тигель 12 с образцом сплава находится в коаксиальной области - см. фиг. 2 А, эксперименты осуществляют в штатном режиме. Когда происходит смещение - см. фиг. 2 В, преимущественно верхней части молибденового нагревателя 10 и керамического экрана 11 вследствие их нагрева и/или перегрева, например, во время предыдущего эксперимента, для продолжения последующих экспериментов осуществляют нижеследующее. Визуально определяют через загрузочное отверстие вверху электропечи (на схеме не показано) отклонение от коаксиальности нагревателя 10 и керамического экрана 11. В случае наличия этих отклонений осуществляют угловое перемещение первого элемента 1 путем его вращения во фланце 14. При этом горизонтальные координаты вертикальной оси 5 электропечи и оси 6 нити 3 подвесной системы могут отличаться на величину Δ l, например, равную нескольким мм. Таким образом, положение тигля 12 с образцом сплава корректируют по горизонтали, добиваясь его коаксиальности в изотермической области нагревателя 10. После этого проверяют возможность свободных колебаний подвесной системы и отсутствие соприкосновения тигля 12 с керамическим экраном 11. Затем, в случае необходимости, регулируют, как указано выше, положение зеркала 8 в смотровом окне 7, посредством вращения второго элемента 2 в отверстии 4 первого элемента 1, и продолжают последующие эксперименты без сложной и дорогостоящей замены компонентов электропечи, прежде всего нагревателя 10 с керамическим экраном 11.

As long as inside the heater 10, the crucible 12 with the alloy sample is in the coaxial region — see FIG. 2 A, experiments are carried out as usual. When an offset occurs - see FIG. 2B, mainly of the upper part of the molybdenum heater 10 and the ceramic screen 11 due to their heating and / or overheating, for example, during a previous experiment, the following is carried out to continue subsequent experiments. Visually, through the loading hole at the top of the electric furnace (not shown in the diagram), the deviation from the coaxiality of the heater 10 and the ceramic screen 11 is visually determined. In the presence of these deviations, the first element 1 is angularly moved by rotating it in the flange 14. The horizontal coordinates of the vertical axis 5 of the electric furnace and axis 6 of the thread 3 of the suspension system may differ by a value of Δ l, for example, equal to several mm. Thus, the position of the crucible 12 with the alloy sample is adjusted horizontally, achieving coaxiality in the isothermal region of the heater 10. After that, the possibility of free vibrations of the suspension system and the absence of contact of the crucible 12 with the ceramic screen 11 are checked. Then, if necessary, they are adjusted as indicated above, the position of the mirror 8 in the viewing window 7, by rotating the second element 2 in the hole 4 of the first element 1, and subsequent experiments continue without complex and expensive replacement of components electric furnaces, especially the heater 10 with a ceramic screen 11.

Claims

Suspension system fixing unit comprising a vertically oriented upper flange in which a first element with a hole is placed in which a second element is placed with the upper end of the suspension system fixed therein, characterized in that the first element is made in the form of an eccentric having an angular displacement function inside the upper flange.