RU2229703C1

RU2229703C1 - Thermoelectric method testing inhomogeneity of metals and alloys

Info

Publication number: RU2229703C1
Application number: RU2002127868/28A
Authority: RU
Inventors: С.Ф. Корндорф (RU); С.Ф. Корндорф; Т.И. Ногачева (RU); Т.И. Ногачева; Е.Е. Мельник (RU); Е.Е. Мельник
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-27

Abstract

FIELD: nondestructive inspection of metals and alloys. SUBSTANCE: one electrode of standard thermocouple is used as sensing electrode, additional source of heat, for instance, heating element, is entered into point of examined surface to ensure constancy of temperature with specified error and temperature control is carried out by standard thermocouple. EFFECT: enhanced accuracy of temperature test in point of examined surface, decreased error of testing of surface inhomogeneity of bodies of complex geometrical form. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области неразрушающего контроля металлов и сплавов, а именно к термоэлектрическим способам определения химического состава и структуроскопии, контроля качества химико-термической обработки и может быть использовано в металлургической, металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности для контроля качества продукции.The invention relates to the field of non-destructive testing of metals and alloys, and in particular to thermoelectric methods for determining the chemical composition and structuroscopy, quality control of chemical-heat treatment and can be used in the metallurgical, metalworking and engineering industries to control product quality.

Известен способ контроля неоднородности поверхностного слоя металлов и сплавов по его термоэлектрической чувствительности, сущность которого состоит в том, что на разные точки исследуемой поверхности опускается горячий электрод, образующий с контролируемым материалом термопару. При однородной поверхности и одинаковой температуре ее нагрева во всех исследуемых точках термоЭДС должна быть одинаковой. Однако, учитывая сложность обеспечения постоянства температуры во всех исследуемых точках, на окончании горячего электрода устанавливается стандартная термопара (например, хромель-копелевая), с помощью которой поддерживается постоянной температура самого горячего электрода. В этом случае контроль неоднородности проводится по значениям термоэлектрической чувствительности, которая определяется по отношению термоЭДС, генерируемой исследуемой поверхностью - горячим электродом, к разности температур горячего электрода и холодных концов стандартной термопары [1].A known method of controlling the heterogeneity of the surface layer of metals and alloys by its thermoelectric sensitivity, the essence of which is that a hot electrode is lowered at different points on the surface under study, forming a thermocouple with the material being controlled. With a homogeneous surface and the same temperature of its heating at all studied points of thermopower should be the same. However, given the difficulty of ensuring a constant temperature at all points under study, a standard thermocouple is installed at the end of the hot electrode (for example, chromel-kopel), with which the temperature of the hottest electrode is kept constant. In this case, the inhomogeneity is controlled by the values of thermoelectric sensitivity, which is determined by the ratio of thermoelectric power generated by the investigated surface - a hot electrode, to the temperature difference between the hot electrode and the cold ends of a standard thermocouple [1].

Недостатком указанного способа является значительная погрешность измерений исследуемой поверхности в разных точках на изделиях со сложной геометрической формой, а также различия температур в точке исследуемой поверхности и точке контроля температуры горячего электрода стандартной термопарой. Это объясняется тем, что характеристика преобразования как стандартной термопары, так и тем более образующейся термопары (исследуемая поверхность - горячий электрод) не являются линейными и поэтому их чувствительность зависит от температуры нагрева точки исследуемой поверхности, а спай стандартной термопары расположен на некотором расстоянии от этой точки.The disadvantage of this method is the significant measurement error of the test surface at different points on products with complex geometric shapes, as well as temperature differences at the point of the test surface and the temperature control point of the hot electrode with a standard thermocouple. This is explained by the fact that the conversion characteristic of both a standard thermocouple and, especially, a formed thermocouple (the investigated surface is a hot electrode) are not linear and therefore their sensitivity depends on the heating temperature of the point of the studied surface, and the junction of the standard thermocouple is located at some distance from this point .

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в увеличении точности контроля температуры в точке исследуемой поверхности и уменьшении погрешности при контроле поверхностной неоднородности тел со сложной геометрической формой.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of temperature control at a point of the surface under study and to reduce errors in the control of surface heterogeneity of bodies with complex geometric shapes.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе контроля поверхностной неоднородности, заключающемся в определении термоэлектрической чувствительности исследуемой поверхности по отношению термоЭДС, генерируемыми термопарой контролируемая поверхность - горячий электрод и стандартной термопарой, в отличие от прототипа для устранения различия температуры в точке исследуемой поверхности и точке контроля температуры горячего электрода стандартной термопарой в качестве горячего электрода используют один из электродов стандартной термопары, в точках исследуемой поверхности обеспечивают постоянство температуры с заданной погрешностью путем введения в их область дополнительного количества тепла, например, нагревательным элементом, расположенным вблизи точки исследуемой поверхности, а контроль температуры в этом случае осуществляют стандартной термопарой.This is achieved by the fact that in the proposed method for controlling surface heterogeneity, which consists in determining the thermoelectric sensitivity of the investigated surface in relation to the thermopower generated by the thermocouple, the controlled surface is a hot electrode and a standard thermocouple, in contrast to the prototype for eliminating the temperature difference at the point of the studied surface and the temperature control point a hot electrode with a standard thermocouple, one of the electrodes of a standard ter is used as a hot electrode mopars at the points of the surface under study provide a constant temperature with a given error by introducing additional heat into their area, for example, by a heating element located near the point of the surface under study, and in this case the temperature is controlled by a standard thermocouple.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена схема осуществления способа.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the implementation of the method.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

Горячий электрод приводят последовательно в соприкосновение с точками исследуемой поверхности, имеющей температуру окружающей среды, например, с режущей кромкой напайной твердосплавной пластины токарного резца, начиная от вершины, где температура будет наибольшей, вследствие наименьшего телесного угла, под которым тепло передается в контролируемый объект, и по показаниям стандартной термопары регистрируют температуру, до которой производился нагрев точки исследуемой поверхности для измерения ее термоэлектрической чувствительности. Далее перемещают горячий электрод в следующую точку режущей кромки, и из-за увеличения теплоотдачи в контролируемый объект дополнительно вводят в область точки исследуемой поверхности посредством вспомогательного электрода необходимое количество тепла до достижения в ней с заданной погрешностью температуры, равной температуре в предыдущей точке, и определяют термоэлектрическую чувствительность.The hot electrode is subsequently brought into contact with the points of the surface under study having an ambient temperature, for example, with the cutting edge of the brazed carbide plate of the turning tool, starting from the top where the temperature will be the highest, due to the smallest solid angle at which heat is transferred to the controlled object, and according to the testimony of a standard thermocouple, the temperature is recorded to which the point of the test surface was heated to measure its thermoelectric sensitivity and. Next, the hot electrode is moved to the next point of the cutting edge, and due to an increase in heat transfer, the required amount of heat is additionally introduced into the area of the point of the test surface by means of an auxiliary electrode until the temperature in it reaches a predetermined error equal to the temperature at the previous point, and the thermoelectric sensitivity.

Для пояснения сущности способа рассмотрим систему, состоящую из стандартной термопары 1-2, конец ее горячего электрода 1 нагрет до температуры θ₁ нагревательным элементом 3, температура нагрева которого регулируется переменным резистором 4 по показаниям прибора 5, а другой конец горячего электрода имеет температуру окружающей среды θ₀, резца 6 с исследуемой напайной твердосплавной пластиной 7, вспомогательного электрода 8, нагретого до температуры θ₂ (θ₁ < θ₂), и вольтметров V1 и V2, регистрирующих термоЭДС, генерируемые термопарой твердосплавная пластина - горячий электрод и стандартной термопарой соответственно. До момента соприкосновения горячего электрода 1 с режущей кромкой твердосплавной пластины 7 она имеет температуру окружающей среды θ₀. С момента соприкосновения горячего электрода 1 с вершиной твердосплавной пластины 7 в ней начинает распространяться тепло. При достижении необходимой температуры θ₃ в контролируемой точке, величину которой регистрируют по показаниям вольтметра V2, определяют ее термоэлектрическую чувствительность по показаниям вольтметра V1. Затем перемещают горячий электрод 1 в следующую точку режущей кромки твердосплавной пластины 7, и вследствие увеличения телесного угла в исследуемой точке увеличивается теплоотдача в тело резца 6, поэтому в контролируемую область вводят горячий электрод 8, которым сообщают необходимое количество тепла до достижения в ней с заданной погрешностью температуры, равной температуре в предыдущей точке θ₃.To clarify the essence of the method, consider a system consisting of a standard thermocouple 1-2, the end of its hot electrode 1 is heated to a temperature θ _{1 by a} heating element 3, the heating temperature of which is regulated by a variable resistor 4 according to the readings of the device 5, and the other end of the hot electrode has an ambient temperature θ ₀ , cutter 6 with the investigated hard-alloy carbide plate 7, auxiliary electrode 8 heated to the temperature θ ₂ (θ ₁ <θ ₂ ), and voltmeters V1 and V2 that record the thermopower generated by the carbide thermocouple the main plate is a hot electrode and standard thermocouple, respectively. Until the contact of the hot electrode 1 with the cutting edge of the carbide insert 7, it has an ambient temperature θ ₀ . From the moment the hot electrode 1 contacts the top of the carbide plate 7, heat begins to spread in it. When the required temperature θ ₃ is reached at a controlled point, the value of which is recorded according to the readings of the voltmeter V2, its thermoelectric sensitivity is determined from the readings of the voltmeter V1. Then the hot electrode 1 is moved to the next point of the cutting edge of the carbide insert 7, and due to an increase in the solid angle at the studied point, the heat transfer to the body of the cutter 6 increases, therefore, a hot electrode 8 is introduced into the controlled area, which tells the necessary amount of heat until it reaches the specified error temperature equal to the temperature at the previous point θ ₃ .

Для сравнения, при использовании известного способа определяют отношение V1 к V2, чтобы исключить влияние температуры, однако измеряемая температура горячего электрода не соответствует температуре в исследуемой точке поверхности и не учитывается характеристика преобразования образующейся термопары (исследуемая поверхность - горячий электрод), которая не является линейной и поэтому чувствительность зависит от температуры нагрева исследуемой точки поверхности. Соответственно измерение температуры в исследуемой точке поверхности, а не на горячем электроде и равенство температур при определении термоэлектрической чувствительности в исследуемых точках контролируемого объекта со сложной геометрической формой по сравнению с прототипом уменьшает погрешность от различия температуры в точке исследуемой поверхности и точке контроля температуры горячего электрода стандартной термопарой и нелинейности характеристики преобразования образующейся термопары (исследуемая поверхность - горячий электрод).For comparison, when using the known method, the ratio of V1 to V2 is determined in order to exclude the influence of temperature, however, the measured temperature of the hot electrode does not correspond to the temperature at the studied surface point and does not take into account the conversion characteristic of the formed thermocouple (the studied surface is a hot electrode), which is not linear and therefore, the sensitivity depends on the heating temperature of the studied surface point. Accordingly, measuring the temperature at the studied point of the surface, and not on the hot electrode and the equality of temperatures when determining the thermoelectric sensitivity at the studied points of the controlled object with a complex geometric shape in comparison with the prototype, reduces the error from the difference in temperature at the point of the studied surface and the temperature control point of the hot electrode with a standard thermocouple and non-linearities of the conversion characteristics of the resulting thermocouple (the investigated surface is hot elec trod).

Данный способ позволяет контролировать неоднородность поверхностного слоя электропроводящего материала по его термоэлектрической чувствительности с увеличением точности контроля температуры нагрева точки исследуемой поверхности и уменьшением погрешности при контроле поверхностной неоднородности тел со сложной геометрической формой.This method allows you to control the heterogeneity of the surface layer of an electrically conductive material by its thermoelectric sensitivity with an increase in the accuracy of control of the heating temperature of the point of the surface under study and a decrease in the error in the control of surface inhomogeneity of bodies with complex geometric shapes.

Claims

A thermoelectric method for controlling the surface heterogeneity of electrically conductive materials, which consists in determining the thermoelectric sensitivity of the investigated surface with respect to the thermoEMF generated by the thermocouple hot electrode - a controlled surface, to the thermoEMF generated by a standard thermocouple, characterized in that one of the electrodes of a standard thermocouple is used as a hot electrode, an additional heat source is introduced into the area of the controlled point, providing heating of all counter liruemyh points to the same temperature with a predetermined accuracy, and temperature control is performed by a standard thermocouple.