CS201088B1

CS201088B1 - Connection for metering and registration of the course of specific electric resistance of metal materials in the dynamic temperature regime

Info

Publication number: CS201088B1
Application number: CS242975A
Authority: CS
Inventors: Ivan Pavlik; Jan Michlovsky; Jaroslav Ungermann
Original assignee: Ivan Pavlik; Jan Michlovsky; Jaroslav Ungermann
Priority date: 1975-04-09
Filing date: 1975-04-09
Publication date: 1980-10-31

Description

Vynález se týká zapojení k měření a registraci průběhu měrného elektrického odporu u kovových materiálů v dynamickém teplotním režimu, zejména při výzkumu krystalizace kovů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to circuitry for measuring and registering the electrical resistivity of metallic materials in a dynamic temperature regime, particularly in the investigation of metal crystallization.

Pro měření měrného elektrického odporu kovů pro účely fyzikálních a technických aplikací je nejvhodnější Ohmová metoda. Spočívá v tom, že vzorek materiálu ve tvaru tyče konstantního průřezu je protékán stejnosměrným proudem. Na zvolené pracovní délce vzorku je potenciálovýnft elektrodami snínám'úbytek napětí vytvořený průchodem proudu vzorkem.The Ohm method is the most suitable for measuring the specific electrical resistance of metals for physical and technical applications. It consists in that a sample of material in the form of a rod of constant cross-section is flowing by direct current. The voltage drop created by the current flow through the sample is reduced at the selected working sample length.

Měrný elektrický odpor je možno vypočítat z rovnice u . sThe resistivity can be calculated from the equation u. with

P _---------- , kde ^J I . eP _- --------- where ^J I. E

S je průřez vzorku materiálu,S is the cross-section of the material sample,

I je proud protékající vzorkem,I is the current flowing through the sample,

U je úbytek napětí mezi potenciálovými elektrodami, e je pracovní délka vzorku vymezená potenciálovými elektrodami a Ji je .měrný elektrický odpor vzorku materiálu. .U is the voltage drop between the potential electrodes, e is the working length of the sample defined by the potential electrodes, and J i is the electrical resistance of the sample material. .

Tato metoda ve formě, kterou jí dal Ohm, je použitelná při měřeních, která probíhají při pokojových teplotách.This method, in the form given to it by Ohm, is applicable to measurements that take place at room temperature.

201 088201 088

Jaeger a Diesselhorst zjistili, že při stacionárních měřeních, která prováděli při vyšších teplotách, se podstatným způsobem uplatňují parazitní termoelektrické síly, které vznikají v důsledku teplotní nehomogenity vzorku v místě styku potenciálových elektrod se vzorkem, nebo? v důsledku nehomogenity teplotního pole uvnitř vzorku tvoří elektrody β materiálem vzorku diferenční termočlánek, jehož termoelektrická síla se superponuje jako parazitní signál na užitečný signál, kterým je úbytek napětí, na vzorku.Jaeger and Diesselhorst found that in stationary measurements at higher temperatures, parasitic thermoelectric forces, which arise due to the temperature inhomogeneity of the sample at the point of contact of potential electrodes with the sample, are substantially applied, or? due to the inhomogeneity of the temperature field inside the sample, the electrodes β form the sample material as a differential thermocouple whose thermoelectric force is superimposed as a parasitic signal to a useful voltage drop signal on the sample.

Jaeger a Diesselhorat tuto nepříznivou vlastnost kompenzovali tím způsobem, že prováděli manuální komutaci stejnosměrného proudu protékajícího vzorkem a úbytek napětí na vzorku počítali jako aritmetický střed při obou směrech proudu.Jaeger and Diesselhorat compensated for this unfavorable feature by performing manual commutation of the DC current flowing through the sample and counting the voltage drop across the sample as the arithmetic mean in both directions of current.

♦♦

Dosáhli tím totální kompenzace parazitního signálu, který se při jednom směru proudu přičítal a při druhém směru proudu odečítal.They achieved total compensation of the parasitic signal, which was added in one direction of current and subtracted in the other direction.

I v tonřto případě však bylo nutno přísně dbát, aby byl dodržen stacionární teplotní režim, nebol komutace musela proběhnout při konstantním rozložení teplot ve vzorku,Even in this case, however, it was necessary to strictly observe the stationary temperature regime, since commutation had to take place with a constant temperature distribution in the sample,

Potřeba metody, pomocí které by bylo možno měřit a kontinuálně zaznamenávat měrný elektrický odpor v závislosti na teplotě při dynamickém měření, tj. při rychle se měnící teplotě s časem se objevila při výzkumu krystalizace kovůL V takovém případě se ukazuje, že využití klasické Ohmový metody, eventuálně modifikované metody s komutací, jak je navrhli Jaeger s Diesselhorstem, je pro tuto aplikaci zcela nemožné, nebol chyba vznikající při stejnosměrném napájení nemůže být ani při manuální komutaci v dynamickém procesu s rychlostí změny teploty až 150 °C/min. eliminována. Popsané metody přitom neumožňují získat spojitý grafický záznam měrného elektrického odporu v závislosti na teplotě a čase.The need for a method to measure and continuously record the specific electrical resistance as a function of temperature in a dynamic measurement, i.e. at a rapidly changing temperature with time, has emerged in the investigation of metal crystallization. eventually modified commutation methods, as suggested by Jaeger and Diesselhorst, are completely impossible for this application, since the error caused by the DC power supply cannot be even during manual commutation in a dynamic process with a temperature change rate of up to 150 ° C / min. eliminated. The methods described do not make it possible to obtain a continuous graphical record of the specific electrical resistance as a function of temperature and time.

Tyto nedostatky téměř zcela odstraňuje zapojení k měření a registraci měrného elektrického odporu v dynamickém teplotním režimu podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že stabilizovaný zdroj střídavého proudu harmonického průběhu vybavený smyčkou zpětné vazby napájí vzorek proudem, jehož intenzita je invariantní vůči kolísání napájecího napětí, přičemž potenciálové elektrody jsou spojeny se vstupním operačním zesilovačem s proporcionálním přenosem, ke kterému je připojena oddělovací jednotka tvořená izolačním transformátorem, celovlným usměrňovačem a filtrem, ke které je připojen koncový operační zesilovač s proporcionálním a proporcionálně integračním přenosem, přičemž tento koncový zesilovač a termočlánek jsou napojeny na zapisovací jednotky.These drawbacks are almost completely eliminated by the wiring for measuring and registering the specific electrical resistance in the dynamic temperature mode of the invention. SUMMARY OF THE INVENTION The stabilized harmonic AC source provided with a feedback loop feeds the sample with a current that is invariant to voltage fluctuations, the potential electrodes being coupled to an input proportional transmission amplifier to which a decoupling unit is connected. an isolation transformer, a full wave rectifier, and a filter to which a terminal operational amplifier with proportional and proportional integration transmission is connected, the terminal amplifier and the thermocouple being connected to the recording units.

Vzorek je protékán střídavým konstantním proudem harmonického průběhu, jehož intenzita je invariantní vůči kolísání napájecího napětí a vůči změnám odporu v proudovém obvodu vzorku, vznikajícím v důsledku změn teplot vzorku a v důsledku měnících se přechodových odporů. Signál snímaný na zvolené pracovní délce vzorku je zasílen, oddělena užitečná střídavá složka signálu od parazitní termoelektrické stejnosměrné složky, střídavá složka signálu je potom usměrněna, vyfiltrována a opět zesílena tak, že registrovaný napělový signál je identicky roven číselné hodnotě měrného elektrického odporu a jako takový se spolu se signálem termočlánku registruje.The sample flows through an alternating constant current of harmonic wave, the intensity of which is invariant to supply voltage fluctuations and to changes in resistance in the sample current circuit due to changes in sample temperatures and due to varying transient resistances. The signal sensed at the selected sample working length is amplified, the useful AC signal component is separated from the parasitic thermoelectric DC component, the AC signal component is then rectified, filtered and amplified so that the registered voltage signal is identically equal to the numerical value of the specific electrical resistance together with the thermocouple signal registers.

201 088201 088

Nejpodstatnější výhodou zapojení k měření a registraci měrného elektrického odporu podle vynálezu je, že umožňuje plynulé měření a zaznamenávání měrného elektrického odporu v průběhu ochlazování nebo ohřevu vzorku. Takovou potřebu, která se objevuje například při výzkumu krystalizace kovů, nebylo dosud možno splnit žádnou z dosud známých metod.The most important advantage of the circuitry for measuring and registering the specific electrical resistance of the invention is that it allows the continuous measurement and recording of the specific electrical resistance during cooling or heating of the sample. Such a need, which arises, for example, in the study of crystallization of metals, has not yet been met by any of the previously known methods.

Při měření měrného elektrického odporu podle vynálezu je eliminována rušivá složka signálu vznikající především v důsledku teplotní nehomogenity vzorku v místě styku potenciálových elektrod s materiálem vzorku.When measuring the specific electrical resistance according to the invention, the interfering component of the signal arising primarily due to the temperature inhomogeneity of the sample at the point of contact of the potential electrodes with the sample material is eliminated.

Další podstatná přednost zapojení k měření podle vynálezu spočívá v tom, že struktura zařízení zabezpečuje identickou rovnost číselné hodnoty měrného elektrického odporu s úrovní signálu a přitom poskytuje možnost přímého zápisu měrného elektrického odporu .libovolným registračním zařízením.Another important advantage of the measurement circuitry according to the invention is that the structure of the device ensures identical equivalence of the numerical value of the specific electrical resistance with the signal level, while providing the possibility of directly recording the specific electrical resistance with any recording device.

Zapojení podle vynálezu dále zaručuje odstup užitečného 3ignálu od signálů rušivých větší než 40 decibelů, a to bez ohledu na dynamiku procesu.Furthermore, the circuitry of the present invention guarantees a useful 3-signal spacing from interference signals greater than 40 decibels, regardless of process dynamics.

Příkladné provedení zapojení podle vynálezu je na výkrese, který znázorňuje schematické zapojení a uspořádání jednotlivých částí.An exemplary embodiment of the circuit according to the invention is shown in the drawing, which shows a schematic connection and arrangement of the individual parts.

Zapojení umožňuje měření a registraci měrného elektrického odporu až do 1700-°C, je tvořeno stabilizačním zdrojem J. střídavého proudu harmonického průběhu, vzorkem 2, na kterém jsou umístěny způsobem dále popsaným elektrody, vstupním operačním zesilovačem 3, oddělovací jednotkou 4-, sestávající z izolačního transformátoru, celovlnného usměrňovače a filtru, z koncového operačního zesilovače 5 a ze souřadnicového zapisovače 6 a liniového zapisovače 7. Vzorek je zpravidla vytvořen odlitím kovové taveniny do formy s nízkou elektrickou vodivostí. Na povrchu formy jsou před odlitím vzorku umístěny potenciálové elektrody a v Selech vzorku napájecí elektrody, které jsou zhotoveny z materiálů s vyšší taviči teplotou než materiál vzorku, v tepelné ose vzorku je umístěn termočlánek 8.The wiring enables the measurement and registration of the specific electrical resistance up to 1700 ° C, consisting of an AC harmonic current stabilization source, Sample 2, on which the electrodes are placed in the manner described below, input opamp 3, separation unit 4-, consisting of an isolation transformer, a full wave rectifier and a filter, from the terminal operational amplifier 5, and from the coordinate recorder 6 and the line recorder 7. The sample is generally formed by casting a metal melt into a low-conductivity mold. Potential electrodes are placed on the mold surface before casting the sample, and in the sample selec- tion electrodes made of materials with a higher melting temperature than the sample material, a thermocouple 8 is placed in the sample thermal axis.

Do napájecích elektrod vzorku je přiváděn ze zdroje J konstantní střídavý proud harmonického průběhu, s výhodou sííové frekvence, protékající vzorkem okamžitě po jeho odlití. Smyčka zpětné vazby, kterou je tento proudový zdroj vybaven, zajišíuje stálost proudu tekoucího vzorkem bez ohledu na změny odporu vzorku i napájecích elektrod a přívodů během ochlazování nebo ohřevu vzorku. Užitečný střídavý signál, vzniklý úbytkem napětí na potenciálových elektrodách je spolu se stejnosměrným parazitním termoelektrickým signálem zesílen na vstupním operačním zesilovači 3, po tomto prvním zesílení je v oddělovací jednotce £ odfiltrována izolačním transformátorem stejnosměrná parazitní složka a celovlnným usměrňovačem s filtrem usměrněna užitečná střídavá složka. Tato střídavá složka je dále zesílena koncovým operačním zesilovačem 3.A constant alternating current of the harmonic waveform, preferably of the line frequency, flows through the sample immediately after casting to the sample electrodes from the source. The feedback loop provided by this power source ensures that the current flowing through the sample is stable regardless of changes in the resistance of both the sample and feed electrodes and leads during sample cooling or heating. The useful AC signal generated by the voltage drop across the potential electrodes is amplified along with the DC parasitic thermoelectric signal at the input operational amplifier 3, after this first amplification the DC parasite component is filtered off by the isolation transformer. This alternating component is further amplified by the terminal operational amplifier 3.

Výsledný stejnosměrný užitečný signál, který je číselně rovný hodnotě měrného elektrického odporu, je spolu se signálem termočlánku 8 zapisován na souřadnicovém zapisovači. 6 a liniovém zapisovači 7.The resulting DC useful signal, which is numerically equal to the value of the specific electrical resistance, is written together with the thermocouple signal 8 on the coordinate recorder. 6 and line recorder 7.

Claims

Wiring for measurement and registration of specific electrical resistance of metallic materials in dynamic temperature mode, the heated or cooled rod sample is provided with potential electrodes at the selected working length and at the ends of the rod sample with supply electrodes, which are connected to the source and thermocouple kem, characterized in that the stabilized source / 1 / AC harmonic waveform is HOZ intensity is invariant to variation in the supply voltage, provided with a feedback loop would ligament, ^e j electrodes connected to power supply rod sample / 2 ?, where the potential of the electrodes are connected to an operational amplifier input / 3 / proportioning, is connected to the separator ^- the unit / 4 / formed by an insulating transformer ceiovlným usm.ěrř.c wave rectifier and a filter, which is connected to the terminal of opamp / 5 / with proportional and PR proportionally by integration transmission, the terminal amplifier (5) and thermocouple (8) being coupled to the recording unit (6) and the recording unit (7).