Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Причины возникновения разброса температур срабатывания БХМ 8
1.1 Анализ параметров техпроцесса производства БХМ 8
1.2 Эксперимент но определению влияния нестабильности параметров техпроцесса на разброс температур срабатывания БХМ 11
1.2.1 Описание эксперимента 12
1.2.2 Выводы 15
1.3 Параметры исходного материала 16
1.3.1 Математическая модель работы БХМ 16
1.3.2 Численный метод решения математической модели 38
1.3.3 Выводы по составленной математической модели 44
1.4 Выводы 45
Глава 2. Исследование влияния нестабильности параметров биметалла на температуры срабатывания БХМ 46
2.1 Экспериментальное определение разброса толщин слоев биметалла 46
2.1.1 Описание эксперимента 46
2.2 Экспериментальная проверка взаимосвязи твердости слоев биметалла и температур срабатывания БХМ 51
2.2.1 Описание эксперимента 51
2.3 Выводы 54
Глава 3. Методы контроля физико-механических свойств материалов .55
3.1 Требования к методу контроля физико-механических свойств материала 55
3.2 Существующие методы контроля физико-механических свойств материала 56
3.4 Выводы 64
Глава 4. Экспериментальная проверка эффективности термоэлектрического способа контроля 66
4.1 Способ контроля термоэлектрической чувствительности 66
4.2 Требования к устройству контроля термоэлектрической чувствительности 75
4.3 Устройство контроля термоэлектрической чувствительности 76
4.2.1 Определение скорости прогрева границы раздела слоев биметалла 77
4.2.2 Блок усиления термоЭДС 90
4.2.3 Проведение пробных измерений 91
4.4 Оценка дисперсии результатов измерений разработан ной установки 98
4.5 Порядок и результаты проведения экспериментов 104
4.6 Определение поверхностной твердости слоев биметалла БХМ 111
4.6.1 Определение погрешности измерения поверхностной твердости 1 1 1
4.6.2 Измерение поверхностной твердости слоев биметалла изготовленных БХМ 111
4.7 Выводы 113
Заключение 114
- Эксперимент но определению влияния нестабильности параметров техпроцесса на разброс температур срабатывания БХМ
- Экспериментальная проверка взаимосвязи твердости слоев биметалла и температур срабатывания БХМ
- Существующие методы контроля физико-механических свойств материала
- Требования к устройству контроля термоэлектрической чувствительности
Введение к работе
Актуальность работы. Предприятием ЗАО «Орлэкс» выпускается це- > лый ряд датчиков-реле температуры, чувствительным преобразователем которых является элемент в виде так называемой биметаллической «хлопающей» мембраны (БХМ). Действие приборов основано на свойстве такой мембраны мгновенно изменять направление прогиба при достижении определенной температуры. Таким образом, биметаллическая мембрана осуществляет преобразование температуры в перемещение, которое в свою очередь передается на контактную группу. Изменение температуры биметаллической мембраны может осуществляться теплообменом между чувствительным элементом и контролируемой средой, нагревом мембраны при прохождении через нес электрического тока или совместным действием этих двух факторов. В число приборов, выпускаемых ЗАО «Орлэкс» и использующих в качестве чувствительного элемента БХМ, входят приборы ТАБ-Т, ТАБ-102 и ТАБ-105. Продукция предприятия хорошо зарекомендовала себя на рынке и уже долгие годы пользуется спросом. В последние несколько лет были заключены договора, и налажена поставка приборов на экспорт.
Очевидно, что качество и надежность представленных приборов во многом зависят от применяемого в них чувствительного элемента. Законы рыночной экономики требуют постоянного поиска методов повышения качества продукции, снижения ее себестоимости и улучшения показателей надежности.
Потребители продукции ЗАО «Орлэкс» проявляют заинтересованность в разработке новых модификаций датчиков-реле температуры с улучшенными показателями допусков на температуры срабатывания. Очевидно, что температуры срабатывания датчика-реле практически полностью определяются свойствами биметаллического элемента, используемого в нем. Поэтому руководством ЗАО «Орлэкс» была поставлена задача поиска путей снижения разброса температур срабатывания биметаллических элементов, используемых в датчиках-реле температуры.
Объектом исследовании данной работы является контроль параметров
5 биметаллов БХМ.
Предметом исследования данной работы является метод и средство контроля термоэлектрической способности биметалла заготовок БХМ.
Целью диссертационной работы является снижение брака биметаллических хлопающих мембран на выходе технологического процесса производства.
Основные задачи работы: анализ причин, приводящих к разбросу температур срабатывания БХМ; выявление параметров биметаллических заготовок и технологического процесса производства БХМ, связанных с температурами срабатывания БХМ; разработка метода контроля параметров исходного биметалла, влияющих на температуры срабатывания БХМ; выбор параметра, перазрушаютий метод контроля которого позволяет уменьшить долю брака БХМ по температурам срабатывания на выходе технологического процесса производства; разработка устройства контроля, реализующего выбранный .метод контроля параметров биметалла; экспериментальные исследования эффективности разработанного устройства с целью определения целесообразности его применения.
Научная новизна работы:
Выявлены зависимости температур срабатывания биметаллических хлопающих мембран от поверхностной твердости слоев биметалла заготовок.
Разработана математическая модель работы БХМ, базирующаяся на положениях моментной теории тонких оболочек в области больших перемещений, теории упругости и сопротивления материалов.
Разработан способ контроля поверхностной относительной термоэлектрической способности биметалла, исключающий влияние термоЭДС, возникающей па границе раздела слоев биметалла, на результаты контроля, защищенный патентом РФ па полезную.модель.
Методы и средства исследовании. Рассматриваемые в работе теорети- чсскис аспекты решаемых задач базируются на основе положений моментнои теории тонких оболочек в области больших перемещений, теорий упругости, сопротивления материалов, вероятности и термодинамики. Теоретические результаты получены с помощью методов математического анализа, аналитических и численных методов решения систем дифференциальных и алгебраических уравнений. При обработке экспериментальных данных использовались методы математической статистики, корреляционного и регрессионного анализа. Математическое моделирование проводилось по стандартным методикам с использованием модифицированных алгоритмов, которые реализовывались с помощью программных продуктов MalhSoft MathCAD, Waterloo Inc. Maple, Microsoft Excel.
Экспериментальные исследования проводились с использованием современных средств измерения и на оригинальной компьютеризированной установке, выполненной с использованием современной электронной элементной базы и специально разработанным программным обеспечением, при создании которого были использованы среды разработки Microsoft Visual Studio и Atmel AVR Studio.
Положения, выносимые на защиту:
Выявленная зависимость между температурами срабатывания биметаллических хлопающих мембран и поверхностной твердостью слоев исходного биметалла.
Способ контроля поверхностной относительной термоэлектрической способности слоев биметалла, основанный на методе импульсной контактной теплопередачи.
Устройство контроля, реализующее разработанный способ контроля поверхностной относительной термоэлектрической способности слоев биметалла.
Практическая ценность работы: разработан способ измерения поверхностной относительной термоэлектрической способности слоев биметалла с помощью импульсного нагрева путем контактной теплопередачи; разработана измерительная система па базе ПК, реализующая разработанный способ контроля и программное обеспечение этой системы; разработаны критерии и рекомендации по разбраковке заготовок биметаллических хлопающих мембран;
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанное устройство термоэлектрического контроля однородности слоев биметалла наряду с методикой определения термоэлектрической способности слоев биметалла внедрено в опытное производство СКБпрпбор ЗАО «Орлэкс».
Кроме того, разработанные средства используются в ОрелГТУ при проведении научно-исследовательских работ.
Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на 3 международных конференциях:
Международная научно-техническая конференция «Приборостроение 2004», Винница-Ялта, 2004г.
Международный научный симпозиум «Гидродинамическая теория смазки - 120 лет», Орел, 2006г.
Международная 5-я научно-практическая конференция «Неразруніающий контроль н техническая диагностика в промышленности», Москва, 2006г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель и поданы 2 заявки на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста, иллюстрируется 58 рисунками (в том числе 19 в приложении), 26 таблицами (в том числе 11 в приложении), состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 71 наименование.
Эксперимент но определению влияния нестабильности параметров техпроцесса на разброс температур срабатывания БХМ
Было решено провести работу по определению влияния параметров техпроцесса на температуры срабатывания БХМ. Для чего необходимо было изготовить несколько партии БХМ, отличающихся между собой значением какого-либо одного параметра техпроцесса при равных прочих условиях. Из параметров технологического процесса, приведенных в таблице 1.1, прямому контролю доступны: радиус пуансонов - Кф], г1Ф2; давление в пневматической системе пресса при формовке и контр-формовке - РГЛЗЛЬ Рглзл:; температура окружающего воздуха при проведении формовки и контр-формовки - 0фі, 0Ф2; температура отжига - вот и длительность отжига - torA-.
Из практического опыта известно, что радиусы пуансонов оказывают сильнейшее влияние на температуры срабатывания БХМ. Однако в интервале времени, соответствующем выполнению технологической операции, они остаются неизменными и, следовательно, не могут приводить к разбросу температур срабатывания между различными БХМ в одной партии. Поэтому оценка их влияния на температуры срабатывания БХМ не проводилась.
Операции формовки и контр-формовки при заводском производстве партии БХМ выполняются в одном и том же помещении с интервалом не более 2-3 часов и температуру окружающего воздуха при проведении формовки и контр-формовки - 0ф, 0ф2 можно считать неизменной. Поэтому было решено при проведении экспериментов не производить партии при искусственно созданной разнице температур 0фЬ 0ф2.
Руководствуясь описанными соображениями из биметалла Шведской фирмы Kanthal марки 115ТВ1170 (из практического опыта известно, что БХМ изготовленные из этого материала имеют малый разброс температур срабатывания), были изготовлены 6 групп БХМ по К) дисков. Параметры техпроцесса для каждой группы и температуры срабатывания изготовленных БХМ приведены в приложении А.
Первая группа БХМ с порядковыми номерами 1-Ю изготовлена по базовому технологическому процессу. В каждой следующей группе техпроцесс отличался значением какого-либо параметра. Все БХМ проходили технологические операции па одном и том же оборудовании с разницей во времени не более одного часа, кроме БХМ с номерами 51-60, которые были изготовлены утром следующего дня с целью нровсдсния формовки дисков при другой температуре окружающего воздуха.
Считая группу БХМ с номерами 1-10 базовой и сравнивая ее попарно со всеми остальными группами, определим, можно ли считать, что непостоянство параметров техпроцесса привело к значительному изменению температур срабатывания БХМ. Для этого у каждой группы БХМ определяем модуль разности средних температур срабатывания Gmi/KH и GBEI X этой группы и базовой груп 13 ны как:
На основе полученных точечных оценок распределения температур срабатывания БХМ определим процентную долю брака для каждого из рассмотренных технологических режимов при условии, что средние температуры срабатывания базовой группы соответствуют середине поля допуска на соответствующую температуру, при этом допуск на температуру срабатывания составляет ±1,47-СКО (значение 1,47 выбрано из расчета, что при такой ширине допуска для базовой группы в итоге доля брака составит 20%, что но сравнению с браком, получаемом в условиях реального производства, является весьма малым значением).
Из приведенной таблицы видно, что максимальное изменение доли брака, по сравнению с базовой группой БХМ, было получено в шестой группе, которая была сформована при другой температуре окружающего воздуха. При этом температура воздуха изменилась с 21,5С до 18,5 С. Таким образом, можно говорить, что из рассмотренных параметров наиболее существенное влияние на температуры срабатывания БХМ оказывает температура окружающего воздуха при проведении операций формовки и контр-формовки. Следует отметить, что созданные в ходе эксперимента искусственные отклонения параметров технологического процесса значительно превосходят погрешности контроля этих параметров в реальном производстве. Можно утверждать, что непостоянство параметров техпроцесса в рамках существующей на производстве системы их контроля не может вызывать значительного разброса температур срабатывания БХМ. В связи с этим работа в этом направлении была признана неперспективной. Однако можно рекомендовать с целью повышения стабильности температур срабатывания получаемых БХМ проводить операции формовки и контрформовки в специальных термостатированных помещениях, так как на данный момент замеры этих температур ведутся, но не принимаются во внимание при проведении технологических операций. 1.2.2 Выводы
1. Как показали исследования, только стабилизацией параметров технологического процесса нельзя добиться значительного снижения разброса температур срабатывания БХМ.
2. Указанный разброс температур можно объяснить непостоянством свойств исходного биметалла.
3. Для повешения стабильности температур срабатывания получаемых БХМ можно рекомендовать введение контроля за температурами окружающего воздуха в помещениях, где производятся операции формовки и контр-формовки, так как из рассмотренных параметров технологического процесса они оказывают наибольшее воздействие на температуры срабатывания получаемых БХМ, но контролируются наименее строго.
Экспериментальная проверка взаимосвязи твердости слоев биметалла и температур срабатывания БХМ
Для проведения исследовании взаимосвязи поверхностной твердости слоев биметалла и температур срабатывания БХМ были отобраны 7 готовых БХМ, изготовленных из отечественного биметалла ТБ138, с известными температурами срабатывания. Измерение твердости осуществлялось методом контроля размеров отпечатка. В качестве средства измерения использовался микротвердомер МИТ-10 фирмы "Anton Paar". Твердость материала БХМ определялась в центре диска для каждого из слоев биметалла.
По приведенным данным были определены математические уравнения линейной аппроксимации, и по ним построены графики, приведенные на рисунке 2.4. Расчет коэффициентов регрессии и корреляции нриведеи в таблице 2.4.
Приведенные графики и результаты расчета коэффициентов регрессии наглядно иллюстрируют наличие связи между температурами срабатывания и поверхностной твердостью слоев биметалла.
Предположим, что номинальные значения требуемых температур срабатывания БХМ совпадают со средними температурами срабатывания полученных БХМ, а допуск па температуры срабатывания составляет ±2С. В этом случае по верхней температуре срабатывания будут забракованы БХМ с номерами 1, 2 и 7, а по лнжнсіі температуре срабатывания БХМ под номером 3. Общий процент брака составит 57,14%.
Анализируя полученные графики взаимосвязи температур срабатывания л поверхностных твердостей биметалла, можно заметить, что заготовки БХМ под номерами 1 и 3 могли быть забракованы до техпроцесса производства БХМ, поскольку у заготовки под номером 1 поверхностная твердость пассивного слоя ниже 265HV, а у заготовки под номером 3 поверхностная твердость активного слоя превысила 337HV. Таким образом, предварительная разбраковка заготовок по значениям поверхностных твердостей слоев биметалла снизила бы долю брака в изготовленной партии БХМ на 50%, а общая доля брака среди изготовленных БХМ составила бы 40%.
Приведенные результаты контроля толщины слоев биметалла и их поверхностной твердости позволяют говорить о возможной перспективности их использования с целью снижения доли брака при производстве БХМ. Однако методы контроля указанных параметров биметалла являются разрушающими и не могут быть использованы па производстве для предварительного 100%) контроля. Таким образом, для разработки метода пригодного для использования в условиях производства необходимо найти величины косвенно связанные с указанными параметрами, контроль которых может быть осуществлен неразру-шающим методом.
Графики взаимосвязи температур срабатывании БХМ и поверхностной твердости слоев биметалла а) - зависимость верхней температуры срабатывания БХМ (Тв) от твердости активного слоя (HVa); б) - зависимое и, нижней температуры срабатывания БХМ (Тн) от гвердости пассивного слоя (HVn); в) - зависимость верхней температуры срабатывания БХМ (Тв) от твердости пассивного слоя (HVn); г) зависимость нижней температуры срабатывания БХМ (Тн) oi твердости активного слоя (HVa) 2.3 Выводы 1. Использование при настройке параметров техпроцесса недостаточного количества заготовок, изготовленных при этом из одного участка биметаллической ленты может привести при производстве БХМ по такому техпроцессу к увеличению доли брака, обусловленной разбросом толщин слоев биметалла на 50% по сравнению с БХМ, изготовленными по оптимально настроенному техпроцессу. 2. Существует значимая связь между температурами срабатывания БХМ и поверхностной твердостью слоев биметалла, из которого они изготовлены. 3. Предварительная сортировка заготовок по поверхностной твердости слоев биметалла может уменьшить на 50% брак, обусловленный неоднородностью биметалла по поверхностной твердости его слоев. 4. Для разработки метода, пригодного к использованию в условиях реального производства, необходимо найти величины, косвенно связанные с толщиной слоев биметалла и их поверхностной твердостью, контроль которых может быть осуществлен перазрушающим методом.
Существующие методы контроля физико-механических свойств материала
Методы контроля однородности материала можно разделить на три группы: методы, контролирующие структуру материала (макро- и микроанализ, фрактолої ия и т.д.); методы, основанные па определении механических свойств материала (определение твердости и микротвердости, механических характеристик и т.д.); методы, основанные па определении пемехапических свойств материала (магнитный, вихретоковый, ультразвуковой, термоэлектрический и т.д.). Макроструктурный анализ ласт представление об общем строении мате риала и позволяет оценить ею однородность. Наиболее часто контроль качест ва и однородности различных видов обработки металлов и сплавов осуществ ляется методом металлографического анализа [44, 63]. Однако, для оценки од нородности материала необходимо производить исследования материала на различных участках, распределенных как по поверхности, так и по глубине материала, что требует значительных затрат времени и высокой квалификации персонала.
Анализ однородности материала с помощью полуколичественных методов оценки структуры по шкалам порядка требует меньших затрат времени, но при этом обладает высокой субъективностью и недостаточной воспроизводимостью. Использование методов количественной металлографии позволяет значительно снизить субъективность получаемых результатов. При этом затра 57 ты времени на проведение анализа колеблется oi нескольких минут до часов и зависят от поставленной задачи анализа.
Основным недостатком методов структурного анализа однородности материала является разрушение исследуемого образца при проведении контроля, что не позволяет использовать их при 100% контроле [38. 45J.
В предыдущей главе было показано, что поверхностная твердость слоев биметалла связана с температурами срабатывания БХМ, при этом твердость материала имеет важное значение при контроле механической прочности материалов и качества изделий в целом [28]. В настоящее время наиболее широко применяются статический контроль твердости по методам Бринелля, Роквела, Виккерса [63]. Эти методы основаны на определении геометрических параметров отпечатков, оставляемых на поверхности исследуемого тела индентором, который вдавливается в исследуемое тело с некоторым усилием. Основное различие методов заключается в форме и материале индентора, а также измеряемых параметрах отпечатка [29]. Данные методы позволяют даже в заводских условиях добиться высокой производительности, а иногда даже автоматизации измерений [34]. Недостатком статических методов является зависимость результатов от размера и формы индентора, скорости и условий нагружения, а также времени выдержки под нагрузкой. Более точным и информативным методом определения твердости является метод непрерывного вдавливания, при котором записывается диаграмма перемещения, возникающего при внедрении индентора, с одновременной регистрацией усилий. Так для безобразцового контроля прочностных свойств металла оборудования и трубопроводов АЭС теоретически проработан и внедрен метод кинетического ипдептировапия (твердости) [37, 53, 1], разработанный в Центре материаловедения и ресурса ВНИИАЭС под руководством д.т.н. Бакирова. Этот метод заключается в непрерывной регистрации процесса вдавливания шарового индентора в исследуемый материал с дополнительной записью сигнала акустической эмиссии и параметров изменения электромагнитных свойств материала в зоне локальной деформации под индентором. Рассчетпо-экслеримептальпая методика [13. 12] позволяет получать из кинетической диаграммы вдавливания шарового индентора стандартную диаграмму одноосного растяжения, что в сочетании с акустико-эмиссионным и электромагнитным сигналами в интегральной форме дает информацию о физико-механических свойствах материала [61, 62J. К сожалению, повсеместное применение таких методов ограничено высокой сложностью и стоимостью оборудования, а также потребностью в высококвалифицированном персонале [43].
Главный недостаток методов контроля твердости, также как и методов структурного анализа, заключается в разрушении исследуемого образца, хотя в случае контроля твердости зона разрушения обычно весьма мала.
Неразрушающий контроль однородности материала может быть выполнен с использованием методов косвенного анализа структуры, таких как ультразвуковые, магнитные, вихретоковые, электрические, оптические, тепловые, термоэлектрические [25. 33,47, 58, 57].
Ультразвуковые методы контроля однородности материалов основаны на явлении отражения звуковых колебаний, распространяющихся в материале, от различного рода включений и границ раздела фаз. Преимуществами ультразвуковых методов контроля являются высокая чувствительность, возможность регистрации координат и большая проникающая способность. При современном уровне развития техники многие способы ультразвукового контроля легко автоматизируются.
В зависимости от системы излучения и приема колебаний различают следующие методы ультразвукового контроля: резонансный (локальный, интегральный), свободных колебаний (локальный, интегральный) и эхомстод. Наиболее чувствительным из акустических методов является эхоимпульсный [69, 16, 9, 48, 5]. Если в биметаллическую полосу перпендикулярно ее поверхности посылать ультразвуковые волны, то ввиду того, что слои имеют разные акустические сопротивления, от границы слоев отражается часть энергия продольных волн. При наличии расслоения величина отраженной энергии будет изменяться. Метод позволяет решать задачи дефектоскопии по обнаружению и определению координат дефектов, представляющих собой нарушение сплошности материалов и контакта слоев. Однако этот метод имеет существенный недостаток из-за так называемой «мерівой зоны», когда эхосигнал приходит до окончания посылаемого импульса. Для современных дефектоскопов протяженность «мертвой зоны» [59, 67] составляет 1 - 3 мм [33J, что делает эхоимпульсный метод неприменимым для контроля тонколистовых биметаллов.
Контроль изделий из ферромагнитных материалов и сплавов может быть выполнен с помощью магнитных методов контроля. При магнитном методе контроля используется связь между физико-механическими и магнитными параметрами. В свою очередь по используемым информативным параметрам магнитные методы делят на: контроль остаточной намагниченности; контроль магнитной проницаемости; коэрцетиметрию; контроль но магнитным шумам и мс У год высших гармоник [23, 24]. Наибольшее распространение получили коэрце тиметрические методы благодаря высокой чувствительности к структурным изменениям и фазовым превращениям, простоте в реализации и слабой зависимости от геометрических размеров [52, 46, 39]. Существует множество приборов, основанных на магнитных методах контроля, которые с успехом используются и совершенствуются. Однако о пригодности магнитных методов для контроля физико-механических свойств какого-либо изделия можно говорінь лишь после проведения работ по установлению корреляционных связей между магнитными и контролируемыми параметрами изделия в условиях конкретного производства. Так как, эти связи часто не только неоднозначные, но и нестабильные, носят корреляционный характер и возникают только тогда, когда одни и те же физические и химические процессы образования структуры и фазового состава ферромагнитных сталей формируют также и их магнитные свойства.
Требования к устройству контроля термоэлектрической чувствительности
Разрабатываемое устройство контроля термоэлектрической способности слоев биметалла должно удовлетворять ряду требований:
1. установка должна позволять измерять значения эде искусственно!! и полуестественной термопар;
2. температура горячего электрода искусственной термопары не должна превышать значений, при которых в материале электрода термопары или иссле 76 дуемом материала начинаются процессы структурных изменении, и в то же время, она должна быть достаточной для достижения требуемой точности при определении термоэлектрической способности;
3. усилие прижатия искусственной термопары к исследуемому материалу оказывает непосредственное влияние на тепловое сопротивление между ними, а следовательно, и на динамику процесса теплопередачи, поэтому величина данного усилия должна быть стабилизирована;
4. конструкция узла установки искусственной термопары па исследуемый материал должна обеспечить возможность визуального контроля позиции точки их соприкосновения;
5. измерения эдс возникающих в искусственной и естественной термопарах должны происходить со скоростью достаточной для того, чтобы за время прогрева исследуемого материла на глубину границы разделения слоев было получено как минимум 3-5 значений отсчета.
Наиболее важным с точки зрения реализации выбранного способа контроля и технически трудным является последнее требование, так как для его реализации требуется выполнять измерения генерируемых эдс за ограниченные интервалы времени.
На основании требований, предъявленных в предыдущем параграфе, была создана функциональная схема устройства контроля термоэлектрической чувствительности биметалла, которая представлена на рисунке 4.6. Эдс генерируемая искусственной термопарой, образованной горячим электродом 3 и холодным электродом 5 поступает па первый вход двухканалыюго дифференциального усилителя 6. На второй вход усилителя 6 поступает эдс, генерируемая полуестественной термопарой, образованной горячим электродом 3 и материалом I. Выходы усилителя 6 подключены к входам двухканалыюго АЦП 7, данные с которого поступают па персональный компьютер 8, который производит вычисление значения коэффициента термоэлектрической чувствительности ис Рисунок 4.6- Функциональная схема установки исследуемый материал; 2 - нагреватель; 5 -горячий электрод искусственной термопары; 4 - свободный электрод; 5 -холодный электрод искусственной термопары; 6 - двухканальный дифференциальный усилитель; 7 - двухканальный АЦП; V - компьютер следуемого материала.
Наличие в составе установки персонального компьютера позволяет сохранять результаты измерений на жестком диске и вести их обработку с помощью любых доступных программных продуктов, что в свою очередь делает систему очень гибкой и позволяет реализовать алгоритмы обработки практически любой сложности.
Для удовлетворения 5 пункта требований, предъявляемых к установке, необходимо, чтобы блок АЦП 7 и дифференциальный усилитель 6 обладали достаточным быстродействием. Для определения требуемого быстродействия необходимо оценить премя прогрева исследуемого материала на глубину границы разделения слоев.
Рассмотрим процесс распространения тепловой волны в материале при соприкосновении горячего электрода, температура которого составляет 0 , с поверхностью материала, имеющего температуру 0(). Скорость передачи тепловой энергии из горячего электрода в исследуемый материал определяется тепловым сопротивлением RT.KOH контакта горячего электрода с
Тепловое поле в материале риала контактирующие поверхности сминаются под действием веса горячего электрода (рисунок 4.7). При этом в материале возникают механические напряжения 0ц , уравновешивающие силу прижатия Fm» горячего электрода к исследуемому материалу.
Температуру нагревателя цА до контакта горячего электрода с исследуемым материалом и после, можно считать постоянной, так как теплоемкость нагревателя много больше теплоемкости исследуемого объекта, при этом тсп-лоотвод с поверхности нагревателя многократно превосходит тсплоогвод с но всрхности исследуемого объекта.
Принятые допущения упрощают решение составляемой математической модели, но при этом приводят к уменьшению расчетного времени прогрева биметалла по сравнению с реальным. То есть можно утверждать, что реальное время прогрева биметалла будет гарантированно больше расчетного значения.
