CN101718599B - 刀具-工件自然热电偶标定方法及其装置 - Google Patents
刀具-工件自然热电偶标定方法及其装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101718599B CN101718599B CN2009102437036A CN200910243703A CN101718599B CN 101718599 B CN101718599 B CN 101718599B CN 2009102437036 A CN2009102437036 A CN 2009102437036A CN 200910243703 A CN200910243703 A CN 200910243703A CN 101718599 B CN101718599 B CN 101718599B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- workpiece
- cutter
- thermocouple
- temperature
- heating film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Details Of Cutting Devices (AREA)
Abstract
本发明一种刀具-工件自然热电偶的标定方法及其装置，特征在于：该方法是使用一片弧形的电热膜用于加热，作为温度基准的标准热电偶和刀具/工件热端压紧在电热膜上一处，利用刀具/工件与标准热电偶一极组成一个新的半人工热电偶回路；通过电热膜快速加热至上限温度，对加热过程中的热电势曲线进行采集；因为标准热电偶的温度-热电势曲线已知，通过比较可以求得半人工热电偶的热点势-温度曲线；将分别包含刀具和工件的两对半人工热电偶的温度-热点势曲线求差得到刀具-工件自然热电偶的温度-热电势曲线，完成标定。
Description
技术领域
本发明涉及一种刀具-工件自然热电偶标定方法及其装置，用于金属切削研究中的切削温度测量实验。
背景技术
自然热电偶法直接使用刀具和工件作为热电偶回路的两极进行测温，因为是非标准热电偶，所以使用前必须进行标定。传统的标定方法使用刀具和工件材料制备成棒状组成热电偶，将热端置入定温环境(控温炉)等加热，通过测量不同加热温度下的热电偶产生热电势实现标定的目的。这种标定方法准备待标定热电偶比较麻烦，通过调节控温炉来改变标定温度，改变速度慢，因此标定周期很长，效率不高，可采集的温度点也不多。此外，制备的棒状热电偶，尽管使用材料牌号与实际切削用刀具-工件一致，但其制备工艺与刀具-工件所使用的工艺不同，因此带来了材质的差别，从而影响的材料的热电性质。所以这种方法的标定结果精度并不高，有时甚至很差。此外不同批次刀片和工件材料的具体成分也存在差异，从而影响热电性质，也导致传统方法的标定精度下降。此外对于涂层刀具而言，无法制备棒状热电偶，因此无法使用传统方法标定。
发明内容
本发明的目的在于提出一种一种刀具-工件自然热电偶标定方法及其装置，可以在实验室和工作现场环境使用的直接使用刀具和工件材料对刀具-工件自然热电偶进行快速、低成本标定的方法和装置。
本发明的方法可以这样实现，使用一片弧形的电热膜用于加热，作为温度基准的标准热电偶和刀具/工件热端压紧在电热膜上一处，利用刀具/工件与标准热电偶一极组成一个新的半人工热电偶回路。因为电热膜温度上升后强度会下降，所以在其下面使用高温刚玉管作为支撑。通过电热膜快速加热至上限温度，对加热过程中的热电势曲线进行采集。因为标准热电偶的温度-热电势曲线已知，通过比较可以求得半人工热电偶的热点势-温度曲线。将分别包含刀具和工件的两对半人工热电偶的温度-热点势曲线求差得到刀具-工件自然热电偶的温度-热电势曲线，实现标定的目的。
本发明一种刀具-工件自然热电偶的标定装置，借助实施例来说明其具体组成部分：
一箱体，该箱体内部分为两部分，一部分用于放置变压器等强电部分，另一部分用于放置调理模块及配套电源，接线端子等弱电部分，变压器所用的固态调压器也放置与此。其中，箱体的顶盖使用5mm厚的电木板，以保证一定的强度和绝缘性。
USB采集卡，外置于箱体上，并与在箱体上的对应接口相连，USB端连接计算机。
加热和用于支撑、固定电热膜、热电偶、刀片/工件的结构部分置于箱体外部上侧，电热膜通过专门的紧固方式与箱体内部的变压器连接。
一台变压器，实施例中选用的是额定输出1V/1000A，为电热膜提供电能。
一个固态调压器，与所述的变压器相连，对变压器的输入电压进行调节，范围在20V-220V左右，以减小启动时的冲击；该调压器放于实验箱弱电部分，其旋钮位于箱体的前面板上。
一热电偶信号调理模块，放置于箱体内部弱电部分，该热电偶信号调理模块具有3个热电偶通道。
一线性电源，与所述的热电偶信号调理模块相连，为其供电。
一接线板，放置于箱体内部弱电部分，其接口外置于箱体前面板，并与USB采集卡接口连接；从所述的3个热电偶通道出来的引线也接至接线板对应接头。
一圆柱弧面的电热膜，置于一段刚玉管上面，保证其高温下不会变形，刚玉管和箱体顶部的盖板之间有一垫块，以减小压紧时的接触压强；电热膜与变压器铜排之间，通过特制铜排连接；所述的特制铜排为多层铜箔叠加组成的约5mm厚的铜排结构，其具有一定的弹性，以保证压紧可靠和电路接触良好。其中，所述的特制铜排包括U型和角型两部分，U型的特制铜排其内凹面压置于刚玉管上的电热膜上，两端头穿过箱体上对应的槽后与角型的特制铜排相连，角型的特制铜排另一端再与变压器铜排相连。
一组支架，固定于箱体顶部的盖板上，用于固定标准热电偶和待标定的刀片或工件；该组支架有三部分组成：
第一部分，底座，固定在盖板之上，用于支撑整个支架。
第二部分，铠装热电偶固定支架，固定于底座之上，其上有一孔，用于安装铠装热电偶的活动卡套。
第三部分，刀杆及配套支架，从底座延伸出U型支架，并在其上通过螺钉固定刀杆。刀杆上用于固定刀片或者工件材料，及标准热电偶导线。
本发明一种刀具-工件自然热电偶的标定方法及其装置，其优点及功效在于：直接使用刀具和工件材料进行标定，避免了材料的成分和晶相结构的差异带来的误差影响，对热电势的采集是在加热过程中动态连续采集而不是采集静态温度下的离散的热电势，曲线的数据点密度高，根据该方法制作的装置尺寸，重量较低，不仅可以用于实验室，也可用于现场环境下即时标定，标定过程方便，快捷，对牌号相同批次不用的刀片和工件的组合可以得到各自独立的标定曲线，总的来说标定精度比传统方法得到了提高。
附图说明
图1所示为本发明装置的左视图；
图2所示为本发明装置的主视图；
图3所示为本发明装置的右视图；
图4所示为本发明装置的俯视图；
图5是某次标定实验结果。
图中具体标号如下：
1、箱体2、变压器3、固态调压器4、热电偶信号调理模块
5、线性电源6、接线板安装板7、电热膜8、刚玉管
9、盖板10、垫板11、支架底座12、铠装热电偶固定支架
13、U型支架14、刀杆
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明的技术方案做进一步的说明。
本发明的一个装置实现方案：如图1至图4所示，基本框架为一个实验箱体23，箱体内部分为两部分，一部分用于放置变压器等强电部分，另一部分用于放置调理模块及配套电源，接线端子等弱电部分，变压器所用的固态调压器也放置与此。其中，箱体的顶盖使用5mm厚的电木板，以保证一定的强度和绝缘性。
USB采集卡，外置于箱体上，并与在箱体上的对应接口相连，USB端接计算机。
加热和用于支撑、固定电热膜、热电偶、刀片/工件的结构部分置于箱体外部上侧，电热膜通过专门的紧固方式与箱体内部的变压器连接(后文详述)。
强电部分：主要是一台低压大电流变压器，目前所选用的其额定输出1V/1000A，为电热膜提供电能，另外为了减小启动时的冲击，设置一个固态调压器与所述的变压器相连，对变压器的输入电压进行调节，范围在20V-220V左右，该调压器放于实验箱弱电部分，其旋钮位于箱体的前面板上。
弱电部分：箱体内部放置具有3个通道的热电偶信号调理模块及为其供电的线性电源一部，还有用于和采集卡连接的接线板一块，其接口外置于前面板。从3个热电偶通道出来的引线接入热电偶信号调理模块，调理模块接至接线板对应接头。接线板的外部接口直接与USB采集卡接口连接即可。
加热和支撑、固定部分：该部分结构位于试验箱外部上侧。为了保证电热膜与变压器之间的连接可靠以及电热膜和压紧在其上的标准热电偶和刀具/工件的固定可靠，专门设计了对应的结构来处理该问题。实验箱体使用5mm厚的电木板，以保证一定的强度和绝缘性。圆柱弧面的电热膜置于一段刚玉管上面，保证其高温下不会变形，刚玉管和电木板之间有一垫块，以减小压紧时的接触压强。电热膜和变压器铜排之间通过特制铜连接；所述的特制铜排使用多层铜箔叠加组成约5mm厚的铜排，其具有一定的弹性，以保证压紧可靠和电路接触良好。特制铜排分为U型和角型两部分，U型用于压紧电热膜，角型用于连接变压器铜排，U型与角型之间互联，铜排之间的连接都通过打孔使用铜螺栓螺母和钢压板压紧的方法，保证连接处接触良好，变形较小。电木板上有对应槽，供U型铜排穿过。另在电木板对应垫块下方有两颗压紧螺拴，通过垫块将刚玉管压紧到电热膜和U型铜排上，使U型铜排和电热膜的接触可靠。这样就保证了电热膜的高温环境下的强度和电路的可靠性。
在电木板上面还固定有一组支架，用于固定标准热电偶和刀片/工件，该组支架有三部分组成：第一部分，底座，固定在盖板之上，用于支撑整个支架。第二部分，铠装热电偶固定支架，固定于底座之上，其上有一孔，用于安装铠装热电偶的活动卡套。第三部分，刀杆及配套支架，从底座延伸出U型支架，并在其上通过螺钉固定刀杆。刀杆上用于固定刀片或者工件材料，及标准热电偶导线。
其中铠装式标准热电偶以45度方向通过活动卡套压紧在电热膜上，刀片/工件热端依靠夹具自重竖直压紧在电热膜上，两个压紧位置基本在同一点。冷端补偿用标准热电偶位于刀片/工件冷端。(所有标准热电偶，包括活动卡套并未在图中绘出)
通道一为标准热电偶，通道二为标准热电偶一极与刀片或工件构成的半人工热电偶，通道三为冷端补偿热电偶，其热端接至刀片/工件的冷端，三路热电偶回路的热电势经信号调理、放大、AD转换和采集后向计算机传送数据，示例装置的信号调理至采集部分的硬件形式只是一种典型的形式，具体可以根据需要可自由选择，既可以使用一体化的热电偶信号采集模块，也可以使用包括热电偶调理模块、带AD转换的数据采集卡等分立方式的布局，计算机接收数据后进行处理，得到标定曲线。
本发明一次典型的刀具-工件自然热电偶标定过程如下：
(1)准备标定所需的刀片和工件材料(切屑)，标定环境室温，不要有太大的振动即可。
(2)将采集卡与电脑连接，热电偶调理模块通电，做好采集准备。
(3)将刀片固定在刀杆上，刀尖与电热膜接触，调压器调至低压端，电脑开始采集热电势数据，通电加热，调压器调至最大电压(220V)，一般加热时间不超过1分钟，断电，冷却，存储数据。
(4)将刀片替换为工件材料(切屑)重复同样过程。
(5)进行后期的数据处理，得到自然热电偶标定曲线。
计算方法：
设通道一标准热电偶标准热电偶的两极为A和C，刀片为B，工件材料为D。按前述实验方法的方式连接。
Eac(Tx，0)＝Eac(Tx，T0)+Eac(T0，0) (1)
其中Eac(Tx，T0)为加热膜的温度Tx和室温T0之间的温差，为通道一实际采集的热电势值，Eac(T0，0)为按标准热电势曲线下标准热电偶热端和冷端分别在室温和0度下的热电势值，Eac(Tx，0)为按标准热电势曲线下标准热电偶热端和冷端分别在加热膜温度和0度下的热电势值。
Ebc(Tx，T0)＝Ebc(Tx，Tn)+Ebc(Tn，T0) (2)
其中刀片/切屑的冷端温度记为Tn，通道二采集的热电势记为Ebc(Tx，Tn)，通道三采集的热电势记为Eac(Tn，T0)。当将刀片B换为工件材料D时，有：
Edc(Tx，T0)＝Edc(Tx，Tn)+Edc(Tn，T0) (3)
有热电偶的基本定律有：
Ebd(Tx，T0)＝Ebc(Tx，T0)-Edc(Tx，T0) (4)对整个加热过程中采集的不同温度下热电势的点都进行上述的处理(通过编程等方式)，就得到了刀具-工件自然热电偶的温度与热电势之间关系的曲线，从而完成了标定。如图5所示。
Claims (8)
1.一种刀具-工件自然热电偶的标定方法，特征在于：使用一片弧形的电热膜用于加热，作为温度基准的标准热电偶和刀具/工件热端压紧在电热膜上一处，利用刀具/工件与标准热电偶一极组成一个新的半人工热电偶回路；通过电热膜快速加热至上限温度，对加热过程中的热电势曲线进行采集；因为标准热电偶的温度-热电势曲线已知，通过比较可以求得半人工热电偶的热电势-温度曲线；将分别包含刀具和工件的两对半人工热电偶的温度-热电势曲线求差得到刀具-工件自然热电偶的温度-热电势曲线，完成标定。
2.根据权利要求1所述方法制造的一种刀具-工件自然热电偶的标定装置，其特征在于：具体包括如下组成部分：
一箱体，该箱体内部分为两部分，一部分用于放置强电部分，另一部分用于放置弱电部分；
USB采集卡，外置于箱体上，并与在箱体上的对应接口相连，USB端连接计算机；
一台变压器，为电热膜提供电能；
一个固态调压器，与所述的变压器相连，对变压器的输入电压进行调节；该调压器放于实验箱弱电部分，其旋钮位于箱体的前面板上；
一热电偶信号调理模块，放置于箱体内部弱电部分，该热电偶信号调理模块具有3个热电偶通道；
一线性电源，与所述的热电偶信号调理模块相连，为其供电；
一接线板，放置于箱体内部弱电部分，其接口外置于箱体前面板，并与USB采集卡接口连接；从所述的3个热电偶通道出来的引线也接至接线板对应接头；
一圆柱弧面的电热膜，置于一段刚玉管上面；电热膜与变压器铜排之间，通过特制铜排连接；
一组支架，固定于箱体顶部的盖板上，用于固定标准热电偶和待标定的刀片或工件。
3.根据权利要求2所述的刀具-工件自然热电偶的标定装置，其特征在于：所述的箱体使用5mm厚的电木板。
4.根据权利要求2所述的刀具-工件自然热电偶的标定装置，其特征在于：所述的刚玉管和箱体顶部的盖板之间有一垫块，以减小压紧时的接触压强。
5.根据权利要求2所述的刀具-工件自然热电偶的标定装置，其特征在于：所述的特制铜排为多层铜箔叠加组成的约5mm厚的铜排结构，其具有一定的弹性，以保证压紧可靠和电路接触良好。
6.根据权利要求2或4所述的刀具-工件自然热电偶的标定装置，其特征在于：所述的特制铜排包括U型和角型两部分，U型的特制铜排其内凹面压置于刚玉管上的电热膜上，两端头穿过箱体上对应的槽后与角型的特制铜排相连，角型的特制铜排另一端再与变压器铜排相连。
7.根据权利要求2所述的刀具-工件自然热电偶的标定装置，其特征在于：所述的支架有三部分组成：
第一部分，底座，固定在盖板之上，用于支撑整个支架；
第二部分，铠装热电偶固定支架，固定于底座之上，其上有一孔，用于安装铠装热电偶的活动卡套；
第三部分，刀杆及配套支架，从底座延伸出U型支架，并在其上通过螺钉固定刀杆；刀杆上用于固定刀片或者工件材料，及标准热电偶导线。
8.根据权利要求2所述的刀具-工件自然热电偶的标定装置，其特征在于：通过支架将所述的标准热电偶的热端和刀尖/工件材料尖端压紧固定到电热膜上一点，该标准热电偶的热端是以分离状态接触在电热膜上的，同时在刀片/工件材料冷端安装一对冷端补偿用的标准热电偶，于是共计3路热电偶通道，使用的补偿导线材料与标准热电偶材料相同。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009102437036A CN101718599B (zh) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | 刀具-工件自然热电偶标定方法及其装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009102437036A CN101718599B (zh) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | 刀具-工件自然热电偶标定方法及其装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101718599A CN101718599A (zh) | 2010-06-02 |
| CN101718599B true CN101718599B (zh) | 2012-07-11 |
Family
ID=42433205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009102437036A Expired - Fee Related CN101718599B (zh) | 2009-12-23 | 2009-12-23 | 刀具-工件自然热电偶标定方法及其装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101718599B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102095527A (zh) * | 2010-11-24 | 2011-06-15 | 北京理工大学 | 一种适用于涂层刀具的新型在位自然热电偶标定方法 |
| CN102243116B (zh) * | 2011-04-15 | 2013-07-17 | 南京航空航天大学 | Pcd刀片热电特性快速检测方法及检测装置 |
| CN109759900B (zh) * | 2019-03-21 | 2024-03-12 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 适于含能材料切削加工的测温刀具 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1087217A1 (en) * | 1999-09-24 | 2001-03-28 | Fluke Corporation | Calibrated isothermal assembly for a thermocouple thermometer |
| CN1912558A (zh) * | 2006-08-23 | 2007-02-14 | 山东大学 | 基于涂层热电效应的刀具瞬态切削温度测试方法 |
| CN101324471A (zh) * | 2008-07-14 | 2008-12-17 | 大连理工大学 | 采用多层复合薄膜温度传感器测试瞬态切削温度的方法 |
-
2009
- 2009-12-23 CN CN2009102437036A patent/CN101718599B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1087217A1 (en) * | 1999-09-24 | 2001-03-28 | Fluke Corporation | Calibrated isothermal assembly for a thermocouple thermometer |
| CN1912558A (zh) * | 2006-08-23 | 2007-02-14 | 山东大学 | 基于涂层热电效应的刀具瞬态切削温度测试方法 |
| CN101324471A (zh) * | 2008-07-14 | 2008-12-17 | 大连理工大学 | 采用多层复合薄膜温度传感器测试瞬态切削温度的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈五一 等.刀具-工件自然热电偶无损标定装置.《兵工学报》.1994,(第4期),39-42. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101718599A (zh) | 2010-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101303320B (zh) | 一种准稳态法固体导热系数测量仪器 | |
| Welch | A simple microscope attachment for observing high-temperature phenomena | |
| US11054351B2 (en) | Strain and acoustic wave testing device and method for high-temperature rock sample | |
| CN101718599B (zh) | 刀具-工件自然热电偶标定方法及其装置 | |
| CN105328511B (zh) | 一种用于多孔材料切削加工在线温度采集方法 | |
| CN104772657A (zh) | 一种侧铣加工的切削温度监控装置及方法 | |
| CN104113281B (zh) | 多通道太阳能电池组件测试系统及双重智能扫描方法 | |
| CN105628735A (zh) | 一种高温下混凝土导热率的准稳态测试装置及方法 | |
| CN104111267A (zh) | 一种薄膜材料塞贝克系数测量仪 | |
| CN102944490B (zh) | 基于通电加热的高温硬度测量方法 | |
| CN205821415U (zh) | 用于Ti‑6Al‑4V合金丝材快速热处理的机械控制设备 | |
| CN202221347U (zh) | 一种管式加热温度标定装置 | |
| CN104155019B (zh) | 测温装置及测温方法 | |
| CN217868657U (zh) | 一种快速热压加热系统 | |
| CN104330183A (zh) | 半人工热电偶瞬态铣削温度测量的方法和装置 | |
| CN207636528U (zh) | 线膨胀系数检测装置 | |
| Hanaya et al. | Effect of variation in the glass-former network structure on the relaxation properties of conductive Ag+ ions in AgI-based fast ion conducting glasses | |
| Heinz et al. | High-pressure melting of (Mg, Fe) SiO3-perovskite | |
| Krishnaiah et al. | Calorimetric study of selected NZP-type of ceramic materials | |
| Gabriel et al. | Phase diagram measurements and thermodynamic analysis of the PbCl2–NaCl, PbCl2–KCl, and PbCl2–KCl–NaCl systems | |
| Zhou et al. | Experimental study on melting in a rectangular enclosure heated below with discrete heat sources | |
| CN108645531A (zh) | 一种阴极钢棒温度测量装置 | |
| CN109904305A (zh) | 一种高热电性能的镍掺杂Cu-S基热电材料及其制备方法 | |
| CN201089781Y (zh) | 全自动控制的热处理装置 | |
| Platzek et al. | An automated microprobe for temperature dependent spatial scanning of the Seebeck coefficient |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120711 Termination date: 20141223 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |