RU101192U1 - DEVICE FOR MEASURING KINEMATIC MELT VISCOSITY - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING KINEMATIC MELT VISCOSITY Download PDFInfo
- Publication number
- RU101192U1 RU101192U1 RU2010134185/28U RU2010134185U RU101192U1 RU 101192 U1 RU101192 U1 RU 101192U1 RU 2010134185/28 U RU2010134185/28 U RU 2010134185/28U RU 2010134185 U RU2010134185 U RU 2010134185U RU 101192 U1 RU101192 U1 RU 101192U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- suspension system
- funnel
- tube
- unit
- crucible
- Prior art date
Links
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Устройство для измерения кинематической вязкости расплавов, содержащее электронагреватель в вакуумируемой водоохлаждаемой камере, в зоне которого размещена жесткая часть подвесной системы с тиглем, содержащим расплав определенной массы, зеркало, источник света, фотоприемное устройство, дозирующий узел, содержащий, по меньшей мере, одну порцию легирующих элементов, узел визуального контроля, узел крепления подвесной системы, шток, отличающееся тем, что в устройство введены трубка, воронка с коромыслом, крышка, блок управления дозирующим узлом, исполнительное устройство, причем дозирующий узел выполнен в виде барабана, содержащего n сквозных отверстий с одной порцией легирующих элементов в каждом из отверстий, узел крепления подвесной системы выполнен в виде фланца, содержащего, по меньшей мере, одно сквозное некоаксиальное отверстие, трубка соединена с фланцем подвесной системы, коромысло воронки соединено с упругой частью подвесной системы, причем входной диаметр воронки больше диаметра трубки, шток полый, соединенный одним концом с воронкой, а другим концом с крышкой тигля, блок управления дозирующим узлом соединен с исполнительным устройством, выполненным, например, в виде шагового двигателя, причем одно из n отверстий барабана, вход в отверстие фланца подвесной системы, трубка, воронка с коромыслом, шток, крышка расположены соосно. A device for measuring the kinematic viscosity of melts, containing an electric heater in an evacuated water-cooled chamber, in the area of which is located the rigid part of the suspension system with a crucible containing a melt of a certain mass, a mirror, a light source, a photodetector, a dosing unit containing at least one portion of alloying elements, a visual control unit, a suspension system mounting unit, a rod, characterized in that a tube, a funnel with a rocker arm, a cover, a metering control unit are introduced into the device m node, an actuator, and the dosing unit is made in the form of a drum containing n through holes with one portion of alloying elements in each of the holes, the mounting unit of the suspension system is made in the form of a flange containing at least one through non-coaxial hole, the tube is connected with a flange of the suspension system, the funnel rocker is connected to the elastic part of the suspension system, and the input diameter of the funnel is larger than the diameter of the tube, the stem is hollow, connected at one end to the funnel, and the other end to the lid of the crucible, the control unit of the dosing unit is connected to an actuator made, for example, in the form of a stepper motor, one of the n holes of the drum, the entrance to the hole of the flange of the suspension system, the tube, the funnel with the rocker arm, the rod, the cover are aligned.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к технической физике и металлургии, а именно - к устройствам, используемым в исследованиях, и применяется для измерения физических параметров расплавов; она предназначена для бесконтактного измерения кинематической вязкости металлических расплавов, в частности, высокотемпературных, фотометрическим нестационарным методом на основе измерения затухания крутильных колебаний цилиндрического тигля с расплавом. Дополнительной сферой применения являются производственные процессы.The proposed utility model relates to technical physics and metallurgy, namely to devices used in research, and is used to measure the physical parameters of melts; it is designed for non-contact measurement of the kinematic viscosity of metal melts, in particular, high-temperature, non-stationary photometric method based on measuring the damping of torsional vibrations of a cylindrical crucible with a melt. An additional area of application is manufacturing processes.
Измерение параметров металлических расплавов и шлаков, в частности, определение вязкости ν расплавов в объеме нескольких см3, в том числе - исследование переходных процессов изменения свойств высокотемпературных расплавов в ходе усвоения легирующей добавки при непрерывном пошаговом легировании, позволяет демонстрировать структурно - чувствительные характеристики жидкости, проводить прогностический анализ материалов и давать рекомендации для получения сплавов с заданными характеристиками на предприятиях; в частности, политермы вязкости ν (от температуры) позволяют выделять критические температурные точки и гистерезисные характеристики нагрева - охлаждения. Однако, для высокотемпературных исследований металлических расплавов лишь немногие устройства измерения вязкости ν используют на практике. В частности, используют устройства для нестационарного бесконтактного фотометрического определения кинематической вязкости ν путем регистрации амплитудно - временных параметров траектории светового луча, отраженного от зеркала, закрепленного на закручиваемой упругой нити, на которой в зоне нагрева в вакууме подвешен тигель с расплавом. В конечном итоге, измеряют амплитудно - временные параметры крутильных колебаний (с вычислением на их основе затухания δ) тигля с расплавом, которые совершает тигель после выключения принудительного закручивания упругой нити на определенный угол. Закручивание тигля с расплавом, подвешенного на упругой нити, затем отключение разгона, затем свободное затухание колебаний тигля, измерение отклонений отраженного светового луча, является типовым алгоритмом измерений вязкости расплавов. При этом используют вычисленное значение логарифмического декремента затухания δ=ln(Ai/Ai+1), периодов Тi, временных значений ti, числа ni крутильных колебаний тигля с расплавом., для чего измеряют визуально начальную амплитуду затухающего колебания Ао, произвольную амплитуду, условно принимаемую за конечную - An, и число колебаний m между ними (см. С.И.Филиппов и др. «Физико-химические методы исследования металлургических процессов», М., Металлургия, 1968, с.246-253). Основой вычисления кинематической вязкости ν является ее связь с логарифмическим декрементом затухания δ:Measurement of the parameters of metal melts and slags, in particular, determination of the viscosity ν of melts in a volume of several cm 3 , including the study of transient processes of changing the properties of high-temperature melts during the assimilation of an alloying agent with continuous step-by-step alloying, allows one to demonstrate structurally sensitive characteristics of a liquid, to carry out prognostic analysis of materials and give recommendations for obtaining alloys with desired characteristics in enterprises; in particular, polytherms of viscosity ν (from temperature) make it possible to distinguish critical temperature points and hysteresis characteristics of heating and cooling. However, for high-temperature studies of metal melts, only a few devices for measuring viscosity ν are used in practice. In particular, they use devices for non-stationary non-contact photometric determination of the kinematic viscosity ν by recording the amplitude-time parameters of the trajectory of a light beam reflected from a mirror mounted on a twisted elastic thread on which a crucible with a melt is suspended in a heating zone in vacuum. Ultimately, the amplitude-time parameters of torsional vibrations (with the calculation of the damping δ based on them) of a crucible with a melt, which the crucible performs after turning off the forced twisting of the elastic thread by a certain angle, are measured. Twisting a crucible with a melt suspended on an elastic thread, then disabling acceleration, then freely damping the vibrations of the crucible, measuring the deviations of the reflected light beam, is a typical algorithm for measuring the viscosity of melts. In this case, the calculated value of the logarithmic attenuation decrement δ = ln (A i / A i + 1 ), periods T i , time values t i , number n i of torsional vibrations of the crucible with the melt are used. For this, the initial amplitude of the damped oscillation A о is measured visually , arbitrary amplitude, arbitrarily taken as the final one - A n , and the number of oscillations m between them (see S. I. Filippov et al. “Physicochemical Methods of Investigation of Metallurgical Processes”, M., Metallurgy, 1968, p. 246- 253). The basis for calculating the kinematic viscosity ν is its relationship with the logarithmic damping decrement δ:
(см. формулу XVI-37, вышеуказанное С.И.Филиппов…, с.248).(see formula XVI-37, the above S.I. Filippov ..., p.248).
Стадии эксперимента таковы: устройство вакуумируют, нагревают образец в тигле в течение нескольких десятков минут, проводят собственно эксперимент в течение десятков - сотен минут, охлаждают устройство в течение нескольких часов, разгерметизируют его, готовят заново, загружают тигель с исследуемым материалом, начинают новый эксперимент. Известно, что единичный эксперимент имеет погрешность 1,5%, а ошибка по группе экспериментов 4% (см. Бельтюков А.Л. и др. «Об особенностях измерения вязкости металлических расплавов методом крутильных колебаний» - журн. «Расплавы» 2009, 6, с.20), и даже достигает 5…8% (см. вышеуказанное С.И.Филиппов…, с.250). Отсюда, целесообразно проведение единичного непрерывного эксперимента с изменением параметров расплава путем его пошагового легирования в процессе опыта.The stages of the experiment are as follows: the device is evacuated, the sample is heated in the crucible for several tens of minutes, the experiment itself is carried out for tens to hundreds of minutes, the device is cooled for several hours, it is depressurized, it is prepared again, the crucible with the test material is loaded, a new experiment is started. It is known that a single experiment has an error of 1.5%, and the error for the group of experiments is 4% (see Beltyukov A.L. et al. “On the Features of Measuring the Viscosity of Metal Melts by the Method of Torsional Oscillations” - Zhurnal. “Melts” 2009, 6 , p.20), and even reaches 5 ... 8% (see the above S.I. Filippov ..., p.250). Hence, it is advisable to conduct a single continuous experiment with a change in the parameters of the melt by its step-by-step alloying in the course of the experiment.
Известно устройство с применением визуального контроля и дозирующих устройств, содержащих несколько ячеек для легирующих добавок, в частности, барабанного типа, позволяющий легировать расплав в процессе опыта, в частности, при изучении поверхностных свойств и плотности расплавов методом большой капли (см. В.И.Ниженко, Ю.И.Смирнов «Установка для определения поверхностных свойств и плотности расплавов с полуавтоматической подачей образцов в зону нагрева» - В кн. «Методы исследования и свойства границ раздела контактирующих фаз», Киев, Наукова думка, 1977, с.33…40 - аналог). При этом легирующие добавки последовательно, без перерыва на перезагрузку, вводят в расплав, например, барабанным дозатором сквозь отверстие в дозаторе, через которое экспериментатор одновременно осуществляет необходимый визуальный контроль перемещения легирующей добавки по отношению к капле расплава. Недостатком установки является визуальный контроль экспериментатором перемещения легирующей добавки, что затрудняет автоматизацию экспериментов, многократно замедляет эксперимент даже при его проведении высококвалифицированным исследователем, а также увеличивает разброс условий эксперимента, что в конечном итоге снижает достоверность и точность измерений.A device is known with the use of visual control and metering devices containing several cells for alloying additives, in particular, a drum type, which allows alloying the melt during the experiment, in particular, when studying the surface properties and density of melts by the large drop method (see V.I. Nizhenko, Yu.I. Smirnov “Installation for determining the surface properties and density of melts with semi-automatic feeding of samples into the heating zone” - In the book “Research Methods and Properties of the Contact Phase Boundaries”, Kiev, Nau Cova Dumka, 1977, p. 33 ... 40 - analogue). In this case, the dopants are sequentially, without interruption in reloading, introduced into the melt, for example, by a drum batcher through an opening in the batcher, through which the experimenter simultaneously exercises the necessary visual control of the movement of the dopant with respect to the melt drop. The disadvantage of the installation is the visual control by the experimenter of the movement of the dopant, which complicates the automation of the experiments, slows down the experiment many times even when conducted by a highly qualified researcher, and also increases the variation in the experimental conditions, which ultimately reduces the reliability and accuracy of the measurements.
Прототип предлагаемой полезной модели - установка для одновременного измерения вязкости и электропроводности высокотемпературных - до 1800…2000°С, металлических расплавов (см. вышеуказанное С.И.Филиппов…, с.250…253, рис.105). Установка содержит вискозиметрический модуль в вакуумируемой и водоохлаждаемой камере, вдоль оси которой, в зоне нагрева электронагревателя, размещена жесткая часть (шток) подвесной системы с тиглем, содержащим расплав, упругая часть этой подвесной системы находится вне зоны нагрева, зеркало, источник света, фотоприемное устройство, компьютер, дозирующее устройство, узел крепления подвесной системы. Дозирующий узел для подачи в расплав легирующих добавок выполнен в виде шприца, вручную управляемого исследователем при одновременном визуальном контроле за процедурой подачи в расплав легирующих добавок. Такой дозирующий узел не обеспечивает исследование переходных процессов изменения свойств расплавов в ходе усвоения легирующей добавки при непрерывном пошаговом легировании в процессе исследовании вязкости расплава. Необходимость визуального контроля перемещения легирующей добавки не только значительно замедляет, но иногда срывает эксперимент, даже при его проведении высококвалифицированным исследователем. К тому же, визуальный контроль субъективен, что увеличивает разброс условий, хода и результатов эксперимента, а в конечном итоге не обеспечивает достоверность и точность измерений.The prototype of the proposed utility model is an installation for simultaneous measurement of the viscosity and electrical conductivity of high-temperature - up to 1800 ... 2000 ° С, metal melts (see the above S.I. Filippov ..., p. 250 ... 253, Fig. 105). The installation contains a viscometer module in a vacuum and water-cooled chamber, along the axis of which, in the heating zone of the electric heater, the rigid part (rod) of the suspension system with the crucible containing the melt is placed, the elastic part of this suspension system is outside the heating zone, a mirror, a light source, a photodetector , computer, dosing device, suspension system attachment unit. The dosing unit for supplying alloy additives to the melt is made in the form of a syringe, manually controlled by the researcher with simultaneous visual control of the procedure for supplying alloy additives to the melt. Such a dosing unit does not provide a study of transient changes in the properties of the melts during the assimilation of the dopant during continuous step-by-step doping in the process of studying the viscosity of the melt. The need for visual control of the movement of the dopant not only significantly slows down, but sometimes disrupts the experiment, even when carried out by a highly qualified researcher. In addition, visual control is subjective, which increases the spread in the conditions, progress and results of the experiment, and ultimately does not provide reliability and accuracy of measurements.
Задачей предлагаемой полезной модели является ускорение определения кинематической вязкости металлических расплавов, повышение объективности, достоверности и точности результатов экспериментов, обеспечение исследования переходных и установившихся процессов изменения свойств высокотемпературных расплавов в ходе пошагового усвоения легирующих добавок при непрерывном легировании, а также упрощение экспериментов.The objective of the proposed utility model is to accelerate the determination of the kinematic viscosity of metal melts, increase the objectivity, reliability and accuracy of experimental results, provide research on transient and steady-state processes of changing the properties of high-temperature melts during the step-by-step assimilation of dopants during continuous alloying, as well as simplify experiments.
Для решения поставленной задачи предлагается полезная модель устройства для измерения кинематической вязкости расплавов.To solve this problem, a useful model of a device for measuring the kinematic viscosity of melts is proposed.
В устройство для измерения кинематической вязкости расплавов, содержащее электронагреватель в вакуумируемой водоохлаждаемой камере, в зоне которого размещена жесткая часть подвесной системы с тиглем, содержащим расплав определенной массы, зеркало, источник света, фотоприемное устройство, дозирующий узел, содержащий, по меньшей мере, одну порцию легирующих элементов, узел визуального контроля, узел крепления подвесной системы, шток, введены трубка, воронка с коромыслом, крышка, блок управления дозирующим узлом, исполнительное устройство, причем дозирующий узел выполнен в виде барабана, содержащего n сквозных отверстий с одной порцией легирующих элементов в каждом из отверстий, узел крепления подвесной системы выполнен в виде фланца, содержащего, по меньшей мере, одно сквозное некоаксиальное отверстие, трубка соединена с фланцем подвесной системы, коромысло воронки соединено с упругой частью подвесной системы, причем входной диаметр воронки больше диаметра трубки, шток полый, соединенный одним концом с воронкой, а другим концом с крышкой тигля, блок управления дозирующим узлом соединен с исполнительным устройством, выполненным, например, в виде шагового двигателя, причем одно из n отверстий барабана, вход в отверстие фланца подвесной системы, трубка, воронка с коромыслом, шток, крышка, расположены соосно.In a device for measuring the kinematic viscosity of melts, containing an electric heater in a vacuum-cooled water-cooled chamber, in the area of which there is a rigid part of the suspension system with a crucible containing a melt of a certain mass, a mirror, a light source, a photodetector, a dosing unit containing at least one portion alloying elements, visual control unit, suspension system attachment unit, rod, tube, funnel with rocker arm, cover, metering unit control unit, actuator introduced about, and the dosing unit is made in the form of a drum containing n through holes with one portion of the alloying elements in each of the holes, the attachment system of the suspension system is made in the form of a flange containing at least one through non-coaxial hole, the tube is connected to the flange of the suspension system , the funnel beam is connected to the elastic part of the suspension system, and the input diameter of the funnel is larger than the diameter of the tube, the rod is hollow, connected at one end to the funnel, and the other end to the crucible cover, the metering control unit it is connected by a node to an actuator made, for example, in the form of a stepper motor, one of the n holes of the drum, the entrance to the hole of the flange of the suspension system, the tube, the funnel with the rocker arm, the rod, the cover, are located coaxially.
Отличительные признаки предложенного технического решения - полезной модели обеспечивают автоматизацию и ускорение процедуры определения кинематической вязкости металлических расплавов, повышение объективности, достоверности и точности результатов экспериментов, расширение сферы применения за счет исследования переходных процессов и установившихся режимов изменения свойств высокотемпературных расплавов в ходе пошагового усвоения легирующих добавок при непрерывном легировании. Это приближает лабораторный эксперимент к производственным условиям, где часто осуществляется процедура непрерывного легирования расплава. Обеспечивается упрощение эксперимента, что позволяет уменьшить требования к квалификации персонала.Distinctive features of the proposed technical solution, the utility model, provide automation and acceleration of the procedure for determining the kinematic viscosity of metal melts, increasing the objectivity, reliability and accuracy of experimental results, expanding the scope by studying transient processes and established modes of changing the properties of high-temperature melts during the step-by-step assimilation of alloying additives at continuous alloying. This brings the laboratory experiment closer to production conditions, where the procedure of continuous alloying of the melt is often carried out. Simplification of the experiment is provided, which reduces the requirements for the qualifications of personnel.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:The proposed utility model is illustrated by drawings:
фиг.1. Блок - схема устройства;figure 1. Block - device diagram;
фиг.2. Схема основных узлов устройства;figure 2. Scheme of the main components of the device;
фиг.3. Схема дозирующего узла барабанного типа.figure 3. The scheme of the metering unit drum type.
Полезная модель устройства для изучения кинематической вязкости расплавов содержит: тигель 1, помещенный в центр высокотемпературной зоны печи 2 с молибденовым цилиндрическим электронагревателем 3 и подвешенный на упругой нити 4, верхний фланец подвесной системы 5, зеркало 6, источник света 7, фотоприемное устройство 8, компьютер 9, буферный блок управления 10, исполнительное устройство 11, дозирующий узел 12, трубку 13, воронку 14 с коромыслом 15, шток 16, крышку 17, порцию легирующей добавки 18, собственно расплав фиксированной массы 19, барабан дозирующего узла 20, отверстие 21.A useful model of a device for studying the kinematic viscosity of melts contains: a crucible 1 placed in the center of the high-temperature zone of a furnace 2 with a molybdenum cylindrical electric heater 3 and suspended on an elastic thread 4, the upper flange of the suspension system 5, mirror 6, a light source 7, a photodetector 8, a computer 9, a buffer control unit 10, an actuator 11, a metering unit 12, a tube 13, a funnel 14 with a rocker 15, a rod 16, a cover 17, a portion of the dopant 18, the actual melt of a fixed mass 19, the metering drum present assembly 20, the opening 21.
Устройство выполнено на следующих элементах: тигель 1 изготовлен из высокотемпературной керамики, молибденовый цилиндрический электронагреватель 3 выполнен из листа толщиной в десятые доли мм, упругая проволочная нить 4 - нихромовая, длиной около 650 мм и диаметром несколько десятых долей мм, узел крепления подвесной системы 5 выполнен в виде латунного фланца, содержащего, по меньшей мере, одно сквозное некоаксиальное отверстие, источник света 7 - сверхъяркий светодиод L7113SEC-H фирмы Kingbright - см. каталог Kingbright, 2005-2006; фотоприемное устройство 8 содержит: интегральные фотосенсоры TSL250 фирмы TAOS - см. каталог ELFA - 55, 2007, р.812, которые зафиксированы на межцентровом расстоянии (измерительной базе) L=6 мм, симметрично относительно центра шкалы, и оптореле КР293КП2А - см. каталог фирмы «Платан», 2004, стр.202; компьютер 9 - с тактовой частотой выше 100 МГц; буферный блок управления 10 - коммутатор на основе транзисторных ключей или реле - см. Г.Штелинг, А.Байссе «Электрические микромашины», М., Энергоатомиздат, 1991, с.190, рис.7.1, с.202, 203, рис.7.13…7.15; исполнительное устройство 11 - шаговый двигатель - регулятор холостого хода автомобиля ВАЗ 2112-1148300-01(03), дозирующий узел 12 выполнен в виде металлического корпуса с вакуумным уплотнением, трубка 13 выполнена тонкостенной, из 0,2 мм нержавеющей стали, как и воронка 14, проволочное коромысло 15 выполнено из 1 - мм проволоки из нержавеющей стали, полый шток 16 выполнен из высокотемпературной бериллиевой керамики, крышка 17 выполнена из молибдена и соединена с тиглем 1, внутри которого находятся порция легирующей добавки 18 и собственно расплав 19 определенной массы. Дозирующий узел 12 выполнен в виде барабана 20, ось которого механически соединена зубчатой (червячной) передачей с исполнительным устройством 11, а по окружности симметрично просверлены n дозирующих отверстий 21, в каждом из которых находится порция легирующей добавки 18. Верхний фланец подвесной системы 5 и барабанный дозирующий узел 12 расположены таким образом, чтобы одно из n дозирующих отверстий 21 соосно совмещалось со сквозным отверстием верхнего фланца подвесной системы 5. Внутренний диаметр трубки 13 и штока 16 в 1.5…2 раза больше максимального поперечного размера легирующей добавки 18, а внутренний диаметр верхней - входной части воронки 14 больше наружного диаметра трубки 13.The device is made on the following elements: crucible 1 is made of high-temperature ceramics, a molybdenum cylindrical electric heater 3 is made of a sheet with a thickness of tenths of a millimeter, an elastic wire thread 4 is nichrome, a length of about 650 mm and a diameter of several tenths of a millimeter, the mount of the suspension system 5 is made in the form of a brass flange containing at least one through non-coaxial hole, the light source 7 is a superbright LED L7113SEC-H from Kingbright - see Kingbright catalog, 2005-2006; photodetector 8 contains: TSOS TSL250 integrated photosensors - see ELFA catalog - 55, 2007, p. 812, which are fixed at the center-to-center distance (measuring base) L = 6 mm, symmetrical to the center of the scale, and the KR293KP2A optorelay - see catalog Platan firms, 2004, p. 202; computer 9 - with a clock frequency above 100 MHz; buffer control unit 10 - switch based on transistor switches or relays - see G. Shteling, A. Baysse “Electric micromachines”, M., Energoatomizdat, 1991, p. 190, fig. 7.1, p. 202, 203, fig. 7.13 ... 7.15; the actuator 11 is a stepper motor - the idle regulator of the car VAZ 2112-1148300-01 (03), the metering unit 12 is made in the form of a metal housing with vacuum seal, the tube 13 is made of thin-walled, 0.2 mm stainless steel, as well as a funnel 14 , the wire beam 15 is made of 1 mm stainless steel wire, the hollow rod 16 is made of high-temperature beryllium ceramics, the cover 17 is made of molybdenum and connected to the crucible 1, inside which there is a portion of the dopant 18 and the actual melt 19 is defined hydrochloric mass. The metering unit 12 is made in the form of a drum 20, the axis of which is mechanically connected by a gear (worm) gear with an actuator 11, and n metering holes 21 are symmetrically drilled around, each of which contains a portion of the dopant 18. The upper flange of the suspension system 5 and the drum the metering unit 12 is arranged so that one of the n metering holes 21 is aligned coaxially with the through hole of the upper flange of the suspension system 5. The inner diameter of the tube 13 and rod 16 is 1.5 ... 2 times the maximum Nogo transverse dimension of the dopant 18 and the inner diameter of the upper - of the funnel inlet 14 larger than the outer diameter of the tube 13.
Полезная модель устройства для измерения кинематической вязкости расплавов работает следующим образом.A useful model of a device for measuring the kinematic viscosity of melts is as follows.
Тигель 1 с образцом массой 30…50 грамм помещают в центр высокотемпературной зоны печи 2, нагревают электронагревателем 3 до требуемой температуры, после чего кратковременным включением блока поворота подвесной системы (на схеме не показано) создают свободно затухающие крутильные колебания тигля 1. Траекторию этих колебаний отслеживают с помощью зеркала 6, расположенного на полом штоке 16 с внутренним диаметром 8…10 мм, при этом световой луч от источника света 7, отражаясь от зеркала 6, воспроизводит траекторию (на схеме не показано) затухающих крутильных колебаний с периодом Т. В какой - то момент времени отраженный световой луч попадает на один из фотосенсоров фотоприемного устройства 8, на его выходе появляется сигнал U1, который вводится в компьютер 9. U1 является стартовым для компьютерной программы вычисления траектории светового луча (ее амплитудно-временных параметров) и дальнейшего вычисления логарифмического декремента затухания δ по известным формулам. Через некоторое время отраженный от зеркала 6 световой луч, повернувшийся на угол: φ=(φ++φ-) засвечивает другой фотосенсор фотоприемного устройства 8, сигнал которого U1 попадает в компьютер 9 и является стоповым для вычисления траектории светового луча. Устройство обеспечивает измерение временных интервалов колебательной траектории, минимальная типовая величина которых - десятки миллисекунд. Тактовая частота компьютера превышает эти параметры на 5…7 порядков, что обеспечивает заполнение тактовыми импульсами, количество которых подсчитывается компьютером 9, временных интервалов для выполнения расчетов с необходимой точностью.A crucible 1 with a sample weighing 30 ... 50 grams is placed in the center of the high-temperature zone of the furnace 2, heated by an electric heater 3 to the required temperature, and then, by briefly turning on the suspension unit turning unit (not shown in the diagram), freely damping torsional vibrations of the crucible 1 are created. The trajectory of these vibrations is monitored using a mirror 6 located on the hollow rod 16 with an inner diameter of 8 ... 10 mm, while the light beam from the light source 7, reflected from the mirror 6, reproduces the trajectory (not shown) of the damped rutile oscillations with a period of T. At a - the time the reflected light beam falls on one of the photosensors photodetector 8, the signal U appears at the output 1 which is input to the computer 9. U 1 is a computer program for starting calculation of the trajectory of the light beam ( its amplitude-time parameters) and further calculation of the logarithmic damping decrement δ according to well-known formulas. After some time, the light beam reflected from the mirror 6, rotated through an angle: φ = (φ + + φ - ) illuminates another photosensor of the photodetector 8, the signal of which U 1 enters computer 9 and is a stop signal for calculating the trajectory of the light beam. The device provides measurement of time intervals of the oscillatory trajectory, the minimum typical value of which is tens of milliseconds. The computer’s clock frequency exceeds these parameters by 5 ... 7 orders of magnitude, which ensures filling in the clock intervals, the number of which is counted by the computer 9, to perform calculations with the necessary accuracy.
Траектория отраженного от зеркала 6 светового луча, соответствующая вращательным колебаниям тигля 1 с расплавом, представляет собой затухающие колебания с периодом, например, Т=4 сек.. При оптимальном расположении фотосенсоров фотоприемного устройства 8 - симметрично относительно нулевой точки его шкалы - реальной или виртуальной, вычисленной компьютером 9, вычисление δ по вышеуказанной формуле [1] будет достоверным и точным, вследствие симметрии траектории отраженного от зеркала светового луча. В этом случае угловые параметры φ+ и φ-, или эквивалентные этим углам амплитуды А+ и А- равны и равноудалены от нулевой линии и считаются оптимальными. Соответственно, временные параметры также равны, что обеспечивает совпадение количества тактовых импульсов компьютера 9, заполняющих соответствующие временные интервалы.The trajectory of the light ray reflected from the mirror 6, corresponding to the rotational vibrations of the crucible 1 with the melt, represents damped oscillations with a period, for example, T = 4 sec. With the optimal arrangement of the photosensors of the photodetector 8, it is symmetrical about the zero point of its scale - real or virtual, calculated by computer 9, the calculation of δ by the above formula [1] will be reliable and accurate, due to the symmetry of the trajectory of the light ray reflected from the mirror. In this case, the angular parameters φ + and φ - , or the amplitudes A + and A equivalent to these angles , are equal and equidistant from the zero line and are considered optimal. Accordingly, the time parameters are also equal, which ensures the coincidence of the number of clock pulses of the computer 9, filling the corresponding time intervals.
После окончания измерения параметров δ собственно расплава 19 компьютер 9 выдает сигнал U2 включения буферного блока управления 10, на выходе которого появляется соответствующий импульсный сигнал U3, который приводит в действие управляющее устройство 11 (шаговый двигатель), а он посредством зубчатой (червячной) передачи поворачивает барабан 20 дозирующего узла 12 до первого совпадения одного из n дозирущих отверстий 19, в котором находится порция легирующей добавки 18, со входным отверстием верхнего фланца подвесной системы 5. В момент совпадения отверстий порция легирующей добавки 18 падает через трубку 13, шток 16, воронку 14 в тигель 1 и попадает в собственно расплав 19. Компьютер 9 выключает (обнуляет) сигналы U2 и U3, после чего снова кратковременным включением блока поворота подвесной системы (на схеме не показано) создают свободно затухающие крутильные колебания тигля 1 и заново выполняют все вышеуказанные операции по измерению и вычислению параметров нового расплава 19. Эту операцию повторяют посредством вышеописанного устройства n раз, т.е. столько, сколько порций легирующей добавки 18 имеется в дозирующих отверстиях 21 барабана 20 дозирующего узла 12. Эксперимент идет в непрерывном режиме, с измерением δ при каждом переходном процессе, а затем и в каждом установившемся режиме параметров расплава 19 в ходе усвоения конкретной легирующей добавки 18 при непрерывном пошаговом (причем с любым, в том числе - малым шагом) изменении концентрации в расплаве 19 конкретной легирующей добавки 18 в процессе легирования. Это приближает эксперимент к производственным условиям, где часто осуществляют непрерывное легирование расплава.After the measurement of the parameters δ of the actual melt 19 is completed, the computer 9 issues a turn-on signal U 2 of the buffer control unit 10, the output of which shows the corresponding pulse signal U 3 , which drives the control device 11 (stepper motor), and it is transmitted via a gear (worm) rotates the drum 20 of the metering unit 12 until the first coincidence of one of the n metering holes 19, in which there is a portion of the dopant 18, with the inlet of the upper flange of the suspension system 5. At the moment coincides I holes dopant portion 18 falls through the tube 13, the plunger 16, the funnel 14 into the crucible 1 and misses the proper melt 19. The computer 9 off (zeroes) signals U 2 and U 3, then turning again briefly turning unit suspension system (on the diagram is not shown) create freely damping torsional vibrations of the crucible 1 and re-perform all the above operations for measuring and calculating the parameters of the new melt 19. This operation is repeated using the above device n times, i.e. as many portions of the dopant 18 are present in the metering holes 21 of the drum 20 of the metering unit 12. The experiment is conducted in a continuous mode, with a measurement of δ at each transient, and then in each steady state mode of the melt 19 during the assimilation of a particular dopant 18 at continuous step-by-step (and with any, including a small step) concentration change in melt 19 of a particular dopant 18 in the process of doping. This brings the experiment closer to production conditions, where continuous alloying of the melt is often carried out.
Применение предлагаемой полезной модели подтверждено при исследовании в режиме непрерывного легирования расплавов на основе железа (при температуре 1600°С) с малым шагом (0,05%) изменения концентрации второго компонента и низкой случайной погрешностью измерений - меньше +/-2% (см. Игошин Н.Н. и др. «Влияние 3d переходных металлов на кинематическую вязкость жидкого железа», В кн. «Экспериментальные исследования жидких и авморфных металлов, ч.2», изд. АН СССР, Свердловск, 1986, с.303-304).The application of the proposed utility model was confirmed in a study of the continuous alloying of iron-based melts (at a temperature of 1600 ° C) with a small step (0.05%) of the change in the concentration of the second component and a low random measurement error of less than +/- 2% (see Igoshin NN et al. “The effect of 3d transition metals on the kinematic viscosity of liquid iron”, in the book “Experimental studies of liquid and amorphous metals, part 2”, published by the USSR Academy of Sciences, Sverdlovsk, 1986, p.303-304 )
Техническим результатом предлагаемого решения является упрощение и ускорение экспериментов, повышение достоверности и точности определения затухания крутильных колебаний тигля с расплавом при измерении кинематической вязкости металлических расплавов посредством предлагаемой полезной модели. При этом обеспечивают расширение сферы применения за счет возможности исследования переходных и установившихся процессов изменения свойств высокотемпературных расплавов в ходе пошагового усвоения легирующих добавок при непрерывном легировании, что приближает эксперимент к производственным условиям, где осуществляют процедуру непрерывного легирования расплава. Кроме того, обеспечивается снижение напряженности труда исследователя, что позволяет уменьшить квалификационные требования к персоналу.The technical result of the proposed solution is to simplify and accelerate experiments, increase the reliability and accuracy of determining the attenuation of torsional vibrations of a crucible with a melt when measuring the kinematic viscosity of metal melts using the proposed utility model. At the same time, they expand the scope of application due to the possibility of studying transient and steady-state processes of changing the properties of high-temperature melts during the step-by-step assimilation of dopants during continuous alloying, which brings the experiment closer to production conditions where the procedure of continuous alloying of the melt is carried out. In addition, a decrease in the researcher’s labor intensity is ensured, which reduces the qualification requirements for personnel.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010134185/28U RU101192U1 (en) | 2010-08-16 | 2010-08-16 | DEVICE FOR MEASURING KINEMATIC MELT VISCOSITY |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010134185/28U RU101192U1 (en) | 2010-08-16 | 2010-08-16 | DEVICE FOR MEASURING KINEMATIC MELT VISCOSITY |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU101192U1 true RU101192U1 (en) | 2011-01-10 |
Family
ID=44055098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010134185/28U RU101192U1 (en) | 2010-08-16 | 2010-08-16 | DEVICE FOR MEASURING KINEMATIC MELT VISCOSITY |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU101192U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2471168C1 (en) * | 2011-07-11 | 2012-12-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Device for determining viscosity and electric resistance of molten metals |
| RU2661455C1 (en) * | 2017-11-28 | 2018-07-16 | Юрий Владимирович Мышкин | Method for determining the viscoelastic properties of liquid and solid media and the device for its implementation |
| RU188056U1 (en) * | 2018-11-20 | 2019-03-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Suspension Fixing Assembly |
| RU2763925C1 (en) * | 2020-09-10 | 2022-01-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Crucible apparatus |
-
2010
- 2010-08-16 RU RU2010134185/28U patent/RU101192U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2471168C1 (en) * | 2011-07-11 | 2012-12-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Device for determining viscosity and electric resistance of molten metals |
| RU2661455C1 (en) * | 2017-11-28 | 2018-07-16 | Юрий Владимирович Мышкин | Method for determining the viscoelastic properties of liquid and solid media and the device for its implementation |
| RU188056U1 (en) * | 2018-11-20 | 2019-03-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Suspension Fixing Assembly |
| RU2763925C1 (en) * | 2020-09-10 | 2022-01-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Crucible apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU101192U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING KINEMATIC MELT VISCOSITY | |
| EP0144437B1 (en) | Rheometer | |
| CN202442935U (en) | Integrated measuring device for physical property of high temperature melting body | |
| CN102830043B (en) | Equipment for detecting viscosity of lubricating oil and content of iron filings in lubricating oil | |
| CN103234662A (en) | Compensation method for automatic temperature detection and automatic temperature detection system | |
| CN105716997A (en) | High-temperature melt physical property measuring device | |
| Bel’tyukov et al. | An automated setup for determining the kinematic viscosity of metal melts | |
| CN201225989Y (en) | Automatization measuring instrument for thermal expansion coefficient | |
| CN103528925A (en) | Rotational viscometer with blade-shape motor, and method of measuring particle fluid viscosity by the rotational viscometer | |
| CN205301120U (en) | Density testing device of high temperature glass liquid | |
| US3201970A (en) | Pour point determination | |
| RU2447421C2 (en) | Method and device for measuring melt kinematic viscosity | |
| CN203455295U (en) | Phase-transition temperature tester | |
| US20150323437A1 (en) | Apparatus and method to measure durometer hardness at, above, and below room temperature | |
| Simas et al. | High-temperature mechanical spectrometer for internal friction measurements | |
| RU96660U1 (en) | DEVICE FOR STUDYING KINEMATIC MELT VISCOSITY | |
| CN103364430B (en) | Phase transition temperature tester and method of work thereof | |
| RU2454656C1 (en) | Method of measuring kinematic viscosity and electrical resistance of molten metal (versions) | |
| RU2457473C2 (en) | Method of measuring electrical resistance of molten metal through rotating magnetic field method | |
| RU2362152C2 (en) | Research method for structure trasformation processes in liquids | |
| RU2308016C2 (en) | Device for measuring elasticity modulus of construction materials at high temperatures | |
| RU2434222C2 (en) | Apparatus for investigating kinematic viscosity of melts | |
| RU113583U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING VISCOSITY AND ELECTRIC RESISTANCE OF METAL MELTS | |
| RU2504757C2 (en) | Method for investigation of thermophysical properties of liquids and device for its implementation | |
| RU147292U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING VISCOSITY AND LIQUID DENSITY |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20110817 |