RU1774228C - Способ определени реактивного давлени продуктов разрушени материалов в процессе высокотемпературного нагрева и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к высокотемпературной теплофизике и может быть исполь- зовано в исследовани х температур Сущность изобретени  состоит в том, что образцу расположенному на коромысле микровесов, сообщают колебани , перпендикул рные к коромыслу, регистрируют колебательную и квазистационарную со ставл юа1ие перемещени  образца с помощью механотронного датчика пп колебательной составл ющей датчика определ ют массу образца, а затем с учетом полученного значени  массы по квазистационарной составл ющей сигнала датчика определ ют реактивное давление прэдук- тов разрушени  материала под действием лазерного излучени  1 ил 00 с

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в исследовани х теплофизических свойств материалов при высоких температурах и в исследовани х проиессов происход щих при лазерной обработке материалов

Известны способы определени  характеристик уноса образца материала в процессе его высокотемпературного нагрева, основанные на измерении перемещени  предварительно уравновешенного образца

Известны устройства дл  определени  характеристик уноса содержащие источник нагрева, весы на коромысле которых укрепл ют образец А также механически св занный с коромыслом весов датчик перемещений

Недостатком упом нутых способов и устройств дл  их осуществлени   вл етс 

снижение точности измерений при ттен- сивном уносе массы материала в процессе высокотемпературного нагрева

Наиболее близки по технической сущности к изобретению способ, включающим в себ  облучение концентрированным лучистым потоком предварительно уравновешенного материал, регистрацию сигнала перемещени  образца и определение по величине сигнала перемещени  характеристик уноса массы материала в процессе высокотемпературного нагрева и устройство , содержащее концентрированного лучистого потока вакуумную камеру микровесы, на одном плече коромысла которых смонтирован держатель образца а к другому плечу прикреплена регулируема  г га, и датчика перемещений коромысла, который расположен г Нсзружной стороны вакуумной камеры и св зан со схемой

VJ XI

Ю Ю

со

автоматической регистрации массы образца , Расположение датчика перемещений вне вакуумной камеры позвол ет стабилизировать градуировочнуЮ) характеристику устройства за счет ликвидации зависимости его чувствительности от измерени  давлени  в вакуумной камере. Использование источника концентрированного лучистого потока позвол ет осуществл ть интенсивный нагрев образца до высоких температур. Однако происход щий при этом интенсивный унос массы материала сопровождаетс  реактивным давлением на образец со стороны уносимых продуктов разрушени  материала. Давление передаетс  на коромысло , .вызыва  существенное искажение результатов измерени  массы образца. Указанный недостаток сохран етс  и при горизонтальном расположении оси падающего на образец лучистого потока из-за совместного вли ни  неоднородности распределени  энергии, по сечению пучка, неоднородности поверхностей структуры образца (в особенности сложного компози- циоиного состава) и неточностей в юстировке механической системы.

Цель изобретени  - повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей за счет учета вли ни  реактивного давлени  уносимых продуктов разрушени  материала. ч

Дл  достижени  поставленной цели в способе дополнительно введены следующие операции:

образцу сообщают перпендикул рные к облучаемой поверхности вынужденные колебани  с частотой, составл ющей 0,8-0,9 значени  резонансной частоты колебаний образца относительно положени  равновеси ;

выдел ют колебательную и квазистационарную составл ющие сигнала перемещений образца;

по изменению амплитуды колебательной составл ющей сигнала определ ют унос массы материала во времени;

по величине квазистационарной составл ющей сигнала перемещений и измеренному значению уноса массы материала определ ют реактивное давление уносимых продуктов разрушени  материала.

Благодар  введению перечисленых операций, в том числе выделению из сигнала перемещений колебательной составл ющей , изменение амплитуды которой обусловлено уносом массы материала, предлагаемое решение приобретает новые, по сравнению с прототипом, свойства, а именно, при определении характеристики уноса массы раздел ютс  вли ние реактивного давлени  уносимых продуктов разрушени  и само значение массы материала. Выбор частот вынужденных колебаний образца основан на том, что в диапазоне значений частот, составл ющих 0,8-0,9 резонансного значени , зависимость амплитуды колебаний от частоты  вл етс  наиболее выраженной.

Предлагаемое устройство, по сравне0 нию с прототипом, дополнительно содержит регулируемый генератор вынужденных колебаний коромысла с.образцом, схему измерени  амплитуды колебательной составл ющей сигнала перемещений, схему

5 измерени  текущего значени  квазистационарной составл ющей сигнала перемещений , схему автоматической регистрации реактивного давлени  с двум  входами. При этом входы схем измерени  амппиту0 ды колебательной и текущего значени  квазистационарной составл ющих сигнала перемещений подключены параллельно к выходу датчика перемещений, вход схемы автоматической регистрации массы образ5 ца соединен с выходом схемы измерени  амплитуды колебательной составл ющей сигнала перемещений, выход ее соединен с первым входом схемы автоматической регистрации реактивного давлени , а выход

0 схемы измерени  текущего значени  квазистационарной составл ющей сигнала перемещений соединен с вторым входом схемы автоматической регистрации реактивного давлени .

5 На чертеже представлена схема одного из вариантов устройства, реализующего данный способ.

Устройство содержит источник концентрированного лучистого потока - лазер 1,

0 поворотное зеркало 2, вакуумную камеру 3, микровесы 4 с коромыслом, на одном плече которого смонтирован держатель 5 образца 6, регулируемый генератор, включающий ферритовый стержень 7, электромагнит 8 и

5 источник тока 9 регулируемой частоты, а к другому плечу прикреплены регулируема  пружинна  т га 10 и посто нный магнит 11. С наружной стороны вакуумной камеры 3 под ее дном расположен механотронный

0 датчик 12 перемещений, на штыре которого укреплен второй посто нный магнит 13, К выходу датчика 12 перемещений подключены параллельно входы схемы 14 измерени  амплитуды колебательной составл ющей

5 сигнала перемещений и схемы 15 измерени  текущего значени  квазистационарной составл ющей сигнала перемещений, ото- рые соединены соответственно с входами схемы 16 автоматической регистрации реактивного давлени , при чем схема 15 измерени  квазистационарной составл ющей сигнала перемещений напр мую, а схема 14 измерени  колебательной составл ющей сигнала перемещений -- через схему 17 регистрации массы.

Посредством данного устройства способ осуществл ют следующим образом.

Образец 6 устанавливают в держателе 5 и уравновешивают на коромысле микровесов 4 с помощью регулируемой пружинной т ги 10. Посредством регулируемого генератора 7-9 возбуждаютс  вынужденные колебани  коромысла, которые через посто нные магниты 11,13 передаютс  подвижному штырю датчика 12, обусловлива  сигнал перемещений. При изменении частоты вынужденных колебаний коромысла измен етс  и их амплитуда, достигающа  максимума на резонансной частоте. Затем устанавливают с помощью источника 9 тока частоту колебаний, составл ющую 0,8-0,9 резонансного значени . Посредством зеркала 2 направл ют лучистый поток от источника 1 на образец перпендикул рно его верхней горизонтальной поверхности. С изменением массы образца измен етс  резонансна  частота колебаний коромысла с образцом. Это приводит к изменению амплитуды колебательной составл ющей сигнала перемещений. В то же врем  изменение массы образца и давление уносимых продуктов разрушени  материала обусловливают квазистационарную составл ющую сигнала перемещений. Выделение и измерение колебательной и квазистационарной составл ющих сигнала перемещений осуществл ют с помощью схем 14 и 15. По измеренной амплитуде колебательной составл ющей сигнала с использованием градуировочной зависимости в схеме 16 автоматически определ етс  масса образца. Это значение вводитс  в схему 17, в которой по измеренному текущему значению квазистационарной составл ющей сигнала с использованиемградуировочной зависимости автоматически определ ютс  сумма реактивного давлени  и масса образца , а затем, с учетом введенного значени  массы образца, определ етс  давление отдачи уносимых продуктов разрушени  материала .

Изобретение позвол ет исключить вли ние на точность измерени  таких факторов , как неоднородность распределени  энергии по сечению пучка излучени  и неоднородность поверхностной структуры материала и скомпенсировать вызванный этими факторами рост погрешности измерени  уноса массы при интенсивном лучистом нагреве материала, который может

достигать дес тков процентов и даже превышать величину массоуноса.

Claims (2)

1. Указанные технические преимущества в конечном итоге позвол ют более точно 5 определ ть параметры технологического процесса лазерной обработки материалов и улучшить тем самым качество обработки. Формула изобретени  1. Способ определени  реактивного 10 давлени  продуктов разрушени  материалов и процессе высокотемпературного нагрева , включающий в себ  предварительное уравновешивание образца и регистрацию сигнала перемещений образца, отличаю- 15 щ и и с   тем, что, что, с целью повышени  точности измерений, образцу сообщают перпендикул рные к облучаемой поверхности вынужденные колебани  с частотой, составл ющей 0,8-0.9 значени  резонансной 0 частоты; из сигнала перемещений выдел ют колебательную и квазистационарную составл ющие , по изменению амплитуды колебательной составл ющей определ ют унос массы материала во времени и опре- 5 дел ют реактивное давление уносимых продуктов разрушени  по величине квазистационарной составл ющей с учетом измеренного уноса массы материала.
2. 2. Устройство дл  определени  реактив- 0 ного давлени  продуктов разрушени  материалов в процессе высокотемпературного нагрева, содержащее источник концентрированного лучистого потока, вакуумную камеру , микровесы, состо щие из коромысла, 5 на одном плече которого смонтирован держатель образца, а к другому плечу при- креплена регулируема  пружинна  т га, и расположенного с наружной стороны вакуумной камеры, датчика перемещений об- 0 разца, схему измерени  амплитуды квазистационарной составл ющей перемещени  образца, соединенной со схемой автоматической регистрации массы образца, отличающеес  тем, что оно дополни- 5 тельно содержит регулируемый генератор зынужденных колебаний коромысла с образцом , схему измерени  амплитуды колебательной составл ющей сигнала перемещений образца и схему автоматиче- 0 ской регистрации реактивного давлени  с двум  входами, причем входы схем измерени  амплитуды колебательной и квазистационарной составл ющих сигнала перемещений подключены параллельно к 5 выходу датчика перемещений коромысла, вход схемы автоматической регистрации массы образца соединен с выходом схемы измерени  амплитуды колебательной составл ющей сигнала перемещении, ее выход соединен с первым входом схемы

   автоматической регистрации реактивного давлени , а выход схемы измерени  текущего значени  квазистационарной составл ющей сигнала перемещений соединен с вторым входом схемы автоматической регистрации реактивного давлени .

   D

   Л

   Q jj

   3- -- - - -$о«Ь 4 4йЩ Л

   А nJTl

   5

   Ж