RU2434222C2 - Apparatus for investigating kinematic viscosity of melts - Google Patents

Apparatus for investigating kinematic viscosity of melts Download PDF

Info

Publication number
RU2434222C2
RU2434222C2 RU2009144866/28A RU2009144866A RU2434222C2 RU 2434222 C2 RU2434222 C2 RU 2434222C2 RU 2009144866/28 A RU2009144866/28 A RU 2009144866/28A RU 2009144866 A RU2009144866 A RU 2009144866A RU 2434222 C2 RU2434222 C2 RU 2434222C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
visual
computer
unit
melts
crucible
Prior art date
Application number
RU2009144866/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009144866A (en
Inventor
Аркадий Моисеевич Поводатор (RU)
Аркадий Моисеевич Поводатор
Виктор Васильевич Конашков (RU)
Виктор Васильевич Конашков
Владимир Викторович Вьюхин (RU)
Владимир Викторович Вьюхин
Владимир Степанович Цепелев (RU)
Владимир Степанович Цепелев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный технический университет - УПИ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2009144866/28A priority Critical patent/RU2434222C2/en
Publication of RU2009144866A publication Critical patent/RU2009144866A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2434222C2 publication Critical patent/RU2434222C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: apparatus for investigating kinematic viscosity of melts has a viscosimetric module in an evacuated or water-cooled chamber, along the axis of which a suspension system with a crucible is placed in the heating zone of an electric heater. The apparatus also has a suspension system accelerating unit, an accelerating unit switch, a mirror, a light source, a photodetector and a computer. The device also includes a visual and audio signalling unit, having at least one visual and one audio signalling device, a counter with a display. The input bus of the visual and audio signalling unit is connected to one of the computer ports. The input of the counter with a display and the computer are connected to the output bus of the visual and audio signalling unit, and the acceleration unit switch is also connected to one of the computer ports.
EFFECT: simplification and optimisation of the procedure of measuring viscosity, while cutting the measurement time and reducing wastes from melt components while maintaining reliability and accuracy of determining amplitude-time parameters of damping torsional vibrations of the crucible with the melt.
3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к физике и металлургии, а именно - к устройствам, используемым в исследовательских и лабораторных работах, и применяется для сигнализации и измерения физических параметров расплавов; оно предназначено 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 invention relates to physics and metallurgy, and in particular to devices used in research and laboratory work, and is used for signaling and measuring the physical parameters of melts; it is intended for non-contact measurement of the kinematic viscosity of metal melts, in particular high-temperature, by a 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 физико-химических параметров металлических жидкостей, расплавов и шлаков, в частности вискозиметрия - определение вязкости v высокотемпературных расплавов, в объеме нескольких см3, позволяет наглядно демонстрировать структурно-чувствительные характеристики жидкости, проводить прогностический анализ материалов и давать рекомендации для получения сплавов с заданными характеристиками на промышленных 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 методы измерения вязкости ν и соответственно устройства для их реализации используют на практике. В частности, известно устройство, предназначенное для выполнения студентами вуза лабораторных работ, в котором используют нестационарный бесконтактный фотометрический (на базе измерения траектории светового «зайчика») метод определения кинематической вязкости ν на основе предварительного вычисления логарифмического декремента затухания δ. Определение δ производят путем измерения амплитуд экспоненциально затухающих свободных колебаний Ai, периодов Ti, временных значений t1, длительностей временных отрезков τi, числа ni крутильных колебаний тигля с расплавом:Measurement of the physicochemical parameters of metallic liquids, melts and slags, in particular viscometry — determining the viscosity v of high-temperature melts in a volume of several cm 3 , allows you to clearly demonstrate the structure-sensitive characteristics of a liquid, conduct prognostic analysis of materials, and make recommendations for producing alloys with specified characteristics at industrial enterprises; in particular, polytherms of viscosity ν (versus temperature) make it possible to distinguish critical temperature points and hysteretic characteristics of heating-cooling. However, for high-temperature studies of metal melts, only a few methods for measuring the viscosity ν and, accordingly, devices for their implementation are used in practice. In particular, a device is known that is intended for university students to perform laboratory work, which uses a non-stationary non-contact photometric (based on measuring the trajectory of the light "bunny") method for determining the kinematic viscosity ν based on preliminary calculation of the logarithmic attenuation decrement δ. The determination of δ is made by measuring the amplitudes of exponentially decaying free vibrations A i , periods T i , time values t 1 , durations of time segments τ i , number n i of torsional vibrations of a crucible with a melt:

Figure 00000001
Figure 00000001

При этом используют произвольное, пригодное для конкретной установки, число ni амплитуд Ai затухающих колебаний для определения δ путем измерения амплитудно-временных параметров затухания крутильных колебаний тигля с расплавом, подвешенного на упругой нити в зоне нагрева вакуумной печи - см. Вьюхин В.В. и др. - «Изучение кинематической вязкости расплавов» - методические указания к лабораторной работе по физике, Екатеринбург, ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ, 2006 г., с.5 - аналог.In this case, use an arbitrary, suitable for a particular installation, number n i of amplitudes A i of damped oscillations to determine δ by measuring the amplitude-time parameters of the damping of torsional vibrations of a crucible with a melt suspended on an elastic thread in the heating zone of a vacuum furnace - see V. Vyukhin. . et al. - “Study of the kinematic viscosity of melts” - guidelines for laboratory work in physics, Ekaterinburg, GOU VPO Ural State Technical University - UPI, 2006, p.5 - analogue.

Недостатком устройства является сложность каждого эксперимента вследствие зависимости процедуры от параметров конкретного оборудования, произвольности и субъективности выбора параметров затухающих колебаний для определения δ: например, ni принимают равным от 4…5 до 8…11 по рекомендациям разных экспериментаторов - см. С.И.Филиппов и др. «Физико-химические методы исследования металлургических процессов», М.: Металлургия, 1968, с.246. При этом произвольно и субъективно выбранная последняя измеренная амплитуда Ani может быть любой величины и изменяться как от опыта к опыту с одним расплавом, так и для разных расплавов. Поэтому приходится проводить длительные, иногда многовариантные измерения с дополнительной статистической обработкой результатов. Устройство не обеспечивает типовой процедуры измерения параметров затухания, что затрудняет сравнение результатов различных экспериментов. В устройстве отсутствует автоматическое выделение параметров крутильных колебаний тигля с расплавом в характерных важных моментах процедуры измерения, а также выделение и индикация этих моментов. Отсюда - субъективная временная динамика экспериментов: выключение исследователем вручную разгона, т.е. принудительного закручивания упругой нити, начала свободных затухающих крутильных колебаний и выбор исследователем начального момента измерения параметров (to=0, Ai=Ao), окончание измерения параметров, начала нового цикла измерений, т.е. начала нового принудительного закручивания упругой нити. Даже для квалифицированного исследователя с опытом работы требуется непрерывный контроль и коррекция хода экспериментов. Для малоквалифицированного персонала, например студентов, выполняющих данную работу как лабораторную, отсутствие однозначной индикации вышеотмеченных моментов чревато, во-первых, частичным или полным отсутствием понимания динамики процедуры вискозиметрии расплавов; во-вторых, опасностью неверных действий и возникновением нештатных ситуаций, вплоть до срыва исследования; в-третьих, получением ложного или недостоверного конечного результата исследования. Автоматизированная установка в этом случае непригодна - см. вышеуказанное - Вьюхин В.В. и др.…, с.13, но и полуавтоматический режим не гарантирует от ошибок и грубых промахов в эксперименте.The disadvantage of this device is the complexity of each experiment due to the dependence of the procedure on the parameters of a particular equipment, the randomness and subjectivity of the choice of parameters of damped oscillations for determining δ: for example, n i is taken equal from 4 ... 5 to 8 ... 11 according to the recommendations of different experimenters - see S.I. Filippov et al. “Physico-chemical methods for the study of metallurgical processes”, Moscow: Metallurgy, 1968, p. 246. In this case, the arbitrarily and subjectively selected last measured amplitude A ni can be of any value and vary from experience to experience with one melt, and for different melts. Therefore, it is necessary to carry out lengthy, sometimes multivariate measurements with additional statistical processing of the results. The device does not provide a typical procedure for measuring attenuation parameters, which makes it difficult to compare the results of various experiments. The device does not automatically select the parameters of the torsional vibrations of the crucible with the melt at characteristic important points of the measurement procedure, as well as the allocation and indication of these moments. Hence the subjective temporal dynamics of the experiments: the researcher manually shuts down acceleration, i.e. forced twisting of the elastic thread, the beginning of free damped torsional vibrations and the researcher's choice of the initial moment of measurement of parameters (t o = 0, A i = A o ), the end of the measurement of parameters, the beginning of a new measurement cycle, i.e. the beginning of a new forced twisting of the elastic thread. Even for a qualified researcher with experience, continuous monitoring and correction of the course of experiments is required. For unskilled personnel, for example, students performing this work as a laboratory, the lack of an unambiguous indication of the above points is fraught, firstly, with a partial or complete lack of understanding of the dynamics of the melt viscometry procedure; secondly, the danger of incorrect actions and the occurrence of emergency situations, up to the failure of the study; thirdly, the receipt of a false or unreliable final result of the study. An automated installation in this case is unsuitable - see above - Vyuhin V.V. and others ..., p.13, but the semi-automatic mode does not guarantee against errors and gross blunders in the experiment.

Известно устройство для бесконтактного измерения вязкости высокотемпературных металлических расплавов - см. патент на полезную модель РФ №69249, G01/N 11/16, публ. 10.12.2007, бюл. №34 - прототип, содержащее вискозиметрический модуль в вакуумируемой и водоохлаждаемой цилиндрической камере, вдоль оси которой, в зоне нагрева электронагревателя, размещена подвесная система с тиглем, блок разгона подвесной системы на заданный угол для запуска крутильных колебаний, выключатель блока разгона, зеркало, источник света, фотоприемное устройство, компьютер-прототип.A device is known for non-contact viscosity measurement of high-temperature metal melts - see patent for utility model of the Russian Federation No. 69249, G01 / N 11/16, publ. 12/10/2007, bull. No. 34 - a prototype containing a viscometric module in a vacuum and water-cooled cylindrical chamber, along the axis of which, in the heating zone of the electric heater, a suspension system with a crucible, a suspension system acceleration unit at a predetermined angle to start torsional vibrations, an acceleration unit switch, a mirror, a light source , photodetector, prototype computer.

Недостатком этого устройства, как и приведенного выше, является то, что имеется субъективная и отсутствует объективная и однозначная для исследователя индикация и оценка ряда моментов в процедуре экспериментов, т.к. отсутствует автоматическое выделение параметров крутильных колебаний тигля с расплавом в характерных важных моментах процедуры измерения, например, выключения разгона - принудительного закручивания упругой нити, старта свободных крутильных колебаний, начала измерения параметров затухающих колебаний, окончания измерения этих параметров, начала нового цикла измерений. Вышеуказанное не позволяет упростить и, в ряде случаев, ускорить эксперимент, требует повышенного внимания непрерывно в процессе исследования и не позволяет осуществить самостоятельное проведение экспериментов персоналом невысокой квалификации, например студентами.The disadvantage of this device, as above, is that there is a subjective and there is no objective and unambiguous for the researcher indication and evaluation of a number of points in the experiment procedure, because there is no automatic selection of the parameters of torsional vibrations of a crucible with a melt at characteristic important points of the measurement procedure, for example, turning off acceleration - forcibly twisting an elastic thread, starting free torsional vibrations, starting measuring the parameters of damped vibrations, finishing measuring these parameters, and starting a new measurement cycle. The above does not allow to simplify and, in some cases, accelerate the experiment, requires increased attention continuously in the research process and does not allow independent experiments to be carried out by unskilled personnel, for example, students.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение процедуры определения кинематической вязкости высокотемпературных металлических расплавов посредством предлагаемого устройства изучения кинематической вязкости расплавов, обеспечение возможности работы с устройством малоквалифицированному персоналу, например студентам, сокращение времени измерений и уменьшение угара компонентов расплавов в большинстве экспериментов, а также обеспечение достоверности и сравнимости процедуры и результатов экспериментов.The objective of the invention is to simplify the procedure for determining the kinematic viscosity of high-temperature metal melts by means of the proposed device for studying the kinematic viscosity of melts, to enable unskilled personnel, such as students, to reduce the measurement time and reduce the fumes of the components of the melts in most experiments, as well as to ensure the reliability and comparability of the procedure and experimental results.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство изучения кинематической вязкости расплавов.To solve this problem, a device for studying the kinematic viscosity of melts is proposed.

В устройство для изучения кинематической вязкости расплавов, содержащее вискозиметрический модуль в вакуумируемой и водоохлаждаемой камере, вдоль оси которой, в зоне нагрева электронагревателя, размещена подвесная система с тиглем, блок разгона подвесной системы, выключатель блока разгона, зеркало, источник света, фотоприемное устройство, компьютер, введены: блок визуальной и звуковой сигнализации, содержащий, по меньшей мере, один визуальный и один звуковой сигнализаторы; счетчик с индикатором, со следующими соединениями: входная шина блока визуальной и звуковой сигнализации соединена с одним из портов компьютера, вход счетчика с индикатором и компьютер соединены с выходной шиной блока визуальной и звуковой сигнализации, выключатель блока разгона соединен с одним из портов компьютера.A device for studying the kinematic viscosity of melts containing a viscometric module in a vacuum and water-cooled chamber, along the axis of which, in the heating zone of the electric heater, a suspension system with a crucible, an acceleration unit of the suspension system, an acceleration unit switch, a mirror, a light source, a photodetector, a computer , introduced: a visual and audible alarm unit comprising at least one visual and one audible signaling devices; a counter with an indicator, with the following connections: the input bus of the visual and audible alarm unit is connected to one of the computer ports, the input of the counter with an indicator and a computer are connected to the output bus of the visual and audible alarm unit, the acceleration unit switch is connected to one of the computer ports.

Кроме того, блок визуальной и звуковой сигнализации выполнен в виде, по меньшей мере, двухдиапазонного оптического и двухчастотного звукового сигнализатора с регулируемыми параметрами, например, временем сигнализации.In addition, the visual and audible signaling unit is made in the form of at least a dual-band optical and dual-frequency audible signaling device with adjustable parameters, for example, an alarm time.

Кроме того, выключатель блока разгона выполнен в виде электронного ключа.In addition, the acceleration block switch is made in the form of an electronic key.

Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечивают упрощение процедуры определения кинематической вязкости высокотемпературных металлических расплавов посредством предлагаемого устройства изучения кинематической вязкости расплавов, обеспечение возможности работы с устройством малоквалифицированному персоналу, например студентам, сокращение времени измерений и уменьшение угара компонентов расплавов в большинстве экспериментов, а также обеспечение достоверности и сравнимости процедуры и результатов экспериментов.Distinctive features of the proposed technical solution provide a simplification of the procedure for determining the kinematic viscosity of high-temperature metal melts by means of the proposed device for studying the kinematic viscosity of melts, providing the opportunity for unskilled personnel, for example, students, to reduce the measurement time and reduce the fumes of the components of the melts in most experiments, as well as ensuring the reliability and comparability of the procedure and the results of the expert rimentov.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

фиг.1. Блок-схема измерительного комплекса;figure 1. Block diagram of a measuring complex;

фиг.2. Осциллограмма траектории отраженного светового луча, соответствующей крутильным колебаниям тигля с расплавом;figure 2. Oscillogram of the trajectory of the reflected light beam corresponding to torsional vibrations of the crucible with the melt;

фиг.3. Экспериментальные данные затухающих крутильных колебаний и погрешности измерений в виде стандартных отклонений σ2: а - чистая электротехническая медь, t°=1150°C; б - высоколегированный чугун, t°=1350°C;figure 3. Experimental data of damped torsional vibrations and measurement errors in the form of standard deviations σ 2 : a - pure electrical copper, t ° = 1150 ° C; b - high alloy cast iron, t ° = 1350 ° C;

фиг.4. Экспериментальные данные затухающих крутильных колебаний и погрешности измерений в виде коэффициентов вариации Cv; а - чистая электротехническая медь, t°=1150°C; б - высоколегированный чугун, t°=1350°C;figure 4. Experimental data of damped torsional vibrations and measurement errors in the form of coefficient of variation C v ; a - pure electrical copper, t ° = 1150 ° C; b - high alloy cast iron, t ° = 1350 ° C;

фиг.5. Алгоритм управления процедурой измерения и сигнализации.figure 5. Algorithm for controlling the measurement procedure and signaling.

Устройство для изучения кинематической вязкости расплавов содержит: тигель 1 с шихтой, помещенный в центр высокотемпературной зоны печи 2 с молибденовым цилиндрическим электронагревателем 3 и подвешенный на упругой нити 4, блок разгона 5, осуществляющий поворот подвесной системы на заданный угол для запуска крутильных колебаний, зеркало 6, источник света 7, фотоприемное устройство 8, компьютер 9, выключатель 10 блока разгона 5, блок визуальной и звуковой сигнализации 11, счетчик с индикатором 12, блок визуальной и звуковой сигнализации 11 содержит, по меньшей мере, один визуальный 13 и один звуковой 14 сигнализаторы, управляющую шину 15 выключателя 10 блока разгона 5, входную шину 16 блока визуальной и звуковой сигнализации 11.A device for studying the kinematic viscosity of melts contains: a crucible 1 with a charge placed in the center of the high-temperature zone of the furnace 2 with a molybdenum cylindrical electric heater 3 and suspended on an elastic thread 4, an acceleration unit 5 that rotates the suspension system at a given angle to start torsional vibrations, mirror 6 , light source 7, photodetector 8, computer 9, switch 10 of the acceleration unit 5, visual and audible alarm unit 11, counter with indicator 12, visual and audible alarm unit 11 t, at least one visual 13 and one sound 14 signaling devices, the control bus 15 of the switch 10 of the acceleration unit 5, the input bus 16 of the block visual and audible alarm 11.

Устройство выполнено на следующих элементах: тигель 1 изготовлен из высокотемпературной бериллиевой керамики, молибденовый цилиндрический электронагреватель 3 выполнен из листа толщиной в десятые доли мм, упругая нить 4 - нихромовая, длиной около 650 и диаметром 0,08 мм, блок разгона 5 выполнен в виде электродвигателя постоянного тока (на схеме не показано) с потребляемой мощностью, примерно, 70 мВт, соединенного с низковольтным блоком питания (на схеме не показано), зеркало 6 имеет площадь 1 см2, источник света 7 - сверхъяркий светодиод L7113SEC-H фирмы Kingbright - см. каталог Kingbright, 2005-2006, фотоприемное устройство 8 содержит интегральные микросхемы - оптосенсоры TSL250 фирмы TAOS (или их аналоги ОРТ101, S4810 других фирм) - см. каталог ELFA - 55, 2007, р.812, расположенные на фиксированном расстоянии +/- L друг от друга симметрично относительно центра двусторонней оптической шкалы в положении равновесия и твердотельные оптореле PVG612 фирмы IR, персональный компьютер 9 - PC уровня не хуже Р-2, выключатель блока разгона 10 собран на ключевой КМОП ИМС КТ561КТ3, параллельно которой включен управляемый вручную аварийный тумблер - выключатель (на схеме не показан), блок визуальной и звуковой сигнализации 11 содержит: ключи КМОП ИМС КТ561КТ3, одновибратор на основе КМОП ИМС КТ561ЛЕ5, визуальный 13 сигнализатор - светодиоды разных оптических диапазонов (цветов) серии АЛ307, звуковой 14 сигнализатор-стандартные автогенераторы-мультивибраторы на транзисторах КТ315, нагруженные на маломощную динамическую головку, например, 0,25ГД; вариант - визуальный 13 и звуковой 14 сигнализаторы блока визуальной и звуковой сигнализации 11 могут быть выполнены в виде одного многочастотного звукового генератора и одного многоцветного - например, двухцветного светодиода; счетчик с индикатором 12 - серийный частотомер Ф5035.The device is made on the following elements: crucible 1 is made of high-temperature beryllium ceramics, a molybdenum cylindrical electric heater 3 is made of a sheet with a thickness of a few tenths of a millimeter, an elastic filament 4 is nichrome, a length of about 650 and a diameter of 0.08 mm, the acceleration unit 5 is made in the form of an electric motor direct current (not shown in the diagram) with a power consumption of approximately 70 mW connected to a low-voltage power supply (not shown in the diagram), mirror 6 has an area of 1 cm 2 , light source 7 is an ultra-bright LED L7113SEC-H of firms Kingbright s - see catalog Kingbright, 2005-2006, photodetector 8 contains integrated circuits - optosensors TSL250 manufactured by TAOS (or their analogues ORT101, S4810 from other companies) - see catalog ELFA - 55, 2007, p. 812, located on a fixed distance +/- L from each other symmetrically with respect to the center of the double-sided optical scale in the equilibrium position and IR solid state PVG612 opto-couplers, personal computer 9 - PC level no worse than Р-2, acceleration block 10 switch assembled on the key CMOS IC КТ561КТ3, in parallel with which it is turned on manually operated emergency toggle switch - a switch (not shown in the diagram), a visual and audible alarm unit 11 contains: CMOS IC KT561KT3 keys, a single vibrator based on CMOS IC KT561LE5, visual 13 signaling devices — LEDs of different optical ranges (colors) of the AL307 series, audio signaling device 14 — standard autogenerators — multivibrators on transistors KT315, loaded on a low-power dynamic head, for example, 0.25GD; option - visual 13 and sound 14 signaling devices of the visual and sound signaling unit 11 can be made in the form of one multi-frequency sound generator and one multi-color - for example, a two-color LED; counter with indicator 12 - serial frequency meter Ф5035.

Устройство для изучения кинематической вязкости расплавов работает следующим образом.A device for studying the kinematic viscosity of melts works as follows.

Тигель 1, содержащий объем исследуемого металлического расплава около 3 см3 и подвешенный на упругой нити 4, помещают в центр высокотемпературной зоны печи 2, нагревают до требуемой температуры коаксиальным цилиндрическим молибденовым электронагревателем 3, обеспечивающим изотермическую зону и включенным постоянно в течение всего эксперимента, после чего от блока электропитания (на схеме не показан), посредством выключателя 10, подают напряжение питания на блок разгона 5, создающий крутильные колебания 17. Коммутацию выключателя 10 осуществляют путем подачи по управляющей шине 15 сигнала от компьютера 9. Сигналом к выключению процедуры разгона и соответственно к началу цикла измерения служит достижение максимальной установившейся, для данной установки и данного эксперимента, амплитуды крутильных колебаний Ao и минимального временного интервала τi. Одновременно, по управляющей шине 15 этот же сигнал от компьютера 9 через соответствующие ключевые каскады включает соответствующие визуальный 13 и звуковой 14 сигнализаторы блока визуальной и звуковой сигнализации 11. Сигнализаторы 13 и 14 могут быть модулированы, например с помощью одновибратора (ОВ) с длительностью импульса, например, 1 секунда. Такой непродолжительный звуковой сигнал мультивибраторного сигнализатора 14 с частотой F1=400…600 Гц и одновременное свечение, например, в зеленом диапазоне, светодиодного сигнализатора 13, длительностью, например, 1 с, служат сигналом экспериментатору о начале процедуры измерения. Траекторию колебаний 17 отслеживают с помощью зеркала 6, зафиксированного на упругой нити 4 подвесной системы с тиглем 1, при этом траектория светового луча от источника света 7, отражаясь от зеркала 6, воспроизводит кривую крутильных колебаний 17. В какой-то момент времени t1 отраженный луч попадает на один из фотосенсоров фотоприемного устройства 8, на выходе фотоприемного устройства 8 появляется соответствующий сигнал U1, который через выходную шину фотоприемного устройства 8 вводят в компьютер 9 как стартовый для выполнения одного из фрагментов компьютерной программы - расчета временных интервалов τi необходимого для дальнейшего вычисления параметров логарифмического декремента затухания δ по известным формулам. Через некоторое время в момент t2 отраженный от зеркала 6 световой луч засвечивает другой фотосенсор фотоприемного устройства 8, на выходе фотоприемного устройства 8 появляется соответствующий сигнал U2, который, аналогично первому сигналу U1, вводят в компьютер 9 как стоповый сигнал данного фрагмента компьютерной программы - вычисления временных интервалов τi.The crucible 1, containing a volume of the investigated metal melt of about 3 cm 3 and suspended on an elastic filament 4, is placed in the center of the high-temperature zone of the furnace 2, heated to the required temperature by a coaxial cylindrical molybdenum electric heater 3, providing an isothermal zone and turned on continuously throughout the experiment, after which from the power supply unit (not shown in the diagram), by means of the switch 10, the supply voltage is applied to the acceleration unit 5, which creates torsional vibrations 17. The switch 10 is switched on lyayut by feeding on the control bus 15 signals from a computer 9. The signal for shut down procedures and acceleration, respectively, to the top of the measurement cycle is established to achieve the maximum, for a given installation and this experiment, the amplitude of torsional vibrations of A o and the minimum time interval τ i. At the same time, via the control bus 15, the same signal from the computer 9 through the corresponding key stages includes the corresponding visual 13 and sound 14 signaling devices of the visual and sound signaling unit 11. The signaling devices 13 and 14 can be modulated, for example, using a single vibrator (S) with a pulse duration, for example, 1 second. Such a short sound signal of a multivibrator detector 14 with a frequency of F 1 = 400 ... 600 Hz and the simultaneous glow, for example, in the green range, of the LED detector 13, for a duration of, for example, 1 s, serve as a signal to the experimenter about the beginning of the measurement procedure. The oscillation path 17 is monitored using a mirror 6 fixed on the elastic thread 4 of the suspension system with the crucible 1, while the path of the light beam from the light source 7, reflected from the mirror 6, reproduces the torsional vibration curve 17. At some point in time t 1 reflected beam falls on one of the photosensors of the photodetector unit 8, the output photodetector 8 appears a corresponding signal U 1, which through the output line photodetecting device 8 is introduced in the computer 9 as a starter for performing one of fragm ntov computer program - calculating τ i time slots required for further calculation of parameters logarithmic decrement δ of known formulas. After some time at time t 2, the light beam reflected from the mirror 6 illuminates another photosensor of the photodetector 8, the corresponding signal U 2 appears at the output of the photodetector 8, which, like the first signal U 1 , is entered into the computer 9 as a stop signal of this fragment of a computer program - calculation of time intervals τ i .

Отметим, что период колебаний, например, Т=4,2 с однозначно связан с числом колебаний ni для каждого конкретного эксперимента на данной установке, при времени полного затухания колебаний до нескольких десятков минут для каждой температурной точки измерения. На колебательной траектории 17 на фиг.2 отмечены амплитудные экстремумы, начиная с Ao до Аi, моменты времени t1, t2 прохождения линейного участка ΔА колебательной траектории 17 отраженным световым лучом через фотосенсор фотоприемного устройства 8.Note that the oscillation period, for example, T = 4.2 s, is unambiguously associated with the number of oscillations n i for each particular experiment in this installation, with a time of complete attenuation of the oscillations up to several tens of minutes for each temperature measurement point. On the oscillatory trajectory 17 in FIG. 2, amplitude extrema are noted, starting from A o to A i , the times t 1 , t 2 of the passage of the linear portion ΔA of the oscillatory trajectory 17 by the reflected light beam through the photosensor of the photodetector 8.

Начиная с момента выключения блока разгона 5, сопровождаемой вышеописанной процедурой визуальной и звуковой сигнализации, осуществленной блоком визуальной и звуковой сигнализации 11, начинается цикл измерения амплитудно-временных параметров затухающих крутильных колебаний (to=0, Ai=Ao). Передний фронт сигнала U1 запускает компьютерную программу расчета δ по временным интервалам τi в соответствии с формулой [1]. В процессе измерений выделяют характерный важный момент процедуры измерения, когда текущая амплитуда колебания уменьшается в е раз: Ai0/е=Ае, соответственно, текущий временной интервал возрастает в е раз: τi=е×τ0е, а количество колебаний становится равным ni=ne. При этом формула [1] упрощается, в вычислениях становится достаточно использовать только число колебаний ne. Компьютерная программа вычисления δ в момент окончания временного интервала τ1е, когда появляется соответствующий сигнал U2e, задний фронт которого для компьютера 9 является стоповым сигналом фрагмента компьютерной программы - вычисления временных интервалов τi, включает блок визуальной и звуковой сигнализации 11, подавая на его входную шину 16 соответствующий сигнал. Этот сигнал включает через другие ключевые каскады другие визуальный 13 и звуковой 14 сигнализаторы блока визуальной и звуковой сигнализации 11, которые отличаются частотой звука, например, F2=2…3 кГц≠F1, и цветом свечения, например, красным. Как вариант, визуальный 13 и звуковой 14 сигнализаторы блока визуальной и звуковой сигнализации 11 могут быть выполнены в виде одного многочастотного звукового генератора и одного двухцветного светодиода.Starting from the moment the acceleration unit 5 is turned off, which is accompanied by the above-described visual and audible signaling procedure carried out by the visual and audible signaling unit 11, a cycle of measuring the amplitude-time parameters of damped torsional vibrations (t o = 0, A i = A o ) begins. The leading edge of the signal U 1 launches a computer program for calculating δ at time intervals τ i in accordance with the formula [1]. In the process of measurement, a characteristic important moment of the measurement procedure is distinguished, when the current amplitude of the oscillation decreases e times: A i = A 0 / e = A e , respectively, the current time interval increases e times: τ i = e × τ 0 = τ e , and the number of oscillations becomes equal to n i = n e . Moreover, the formula [1] is simplified, in the calculations it becomes enough to use only the number of oscillations n e . A computer program for calculating δ at the end of the time interval τ 1 = τ e , when the corresponding signal U 2e appears, the trailing edge of which for computer 9 is a stop signal of a fragment of a computer program - calculating time intervals τ i , includes a visual and audible alarm unit 11, feeding on its input bus 16, the corresponding signal. This signal includes, through other key stages, other visual 13 and sound 14 signaling devices of the visual and sound signaling unit 11, which differ in sound frequency, for example, F 2 = 2 ... 3 kHz ≠ F 1 , and the glow color, for example, red. Alternatively, visual 13 and sound 14 signaling devices of the visual and sound signaling unit 11 can be made in the form of one multi-frequency sound generator and one two-color LED.

Сигналы с визуального сигнализатора 13 блока визуальной и звуковой сигнализации 11 через диодные разделительные цепочки (на схеме не показано) подаются как стартовый (с одного светодиода) и стоповый (с другого светодиода) сигналы в компьютер 9 и на вход счетчика с индикатором 12, который индицирует число ni=ne. Такая индикация количества колебаний, совместно со звуковой и визуальной сигнализацией, наглядно отражает ход эксперимента и его основные критические моменты, упрощает и облегчает как понимание хода исследования, так и принятие решений экспериментатором в случае необходимости.Signals from the visual signaling device 13 of the visual and audible signaling unit 11 through diode dividing chains (not shown in the diagram) are fed as start (from one LED) and stop (from another LED) signals to computer 9 and to the counter input with indicator 12, which indicates number n i = n e . Such an indication of the number of vibrations, together with an audible and visual alarm, visually reflects the course of the experiment and its main critical points, simplifies and facilitates both understanding the course of the study and making decisions by the experimenter, if necessary.

Блок визуальной и звуковой сигнализации 11, а также счетчик с индикатором 12, могут быть реализованы в виртуальном виде посредством компьютера 9, при этом дисплей компьютера 9 служит, кроме всего прочего, визуальным сигнализатором 13 и индикатором виртуального счетчика 12, а звуковая сигнализация воспроизводится акустическими излучателями компьютера или монитора.The visual and audible alarm unit 11, as well as the counter with indicator 12, can be implemented in virtual form by means of computer 9, while the display of computer 9 serves, among other things, as a visual signaling device 13 and indicator of virtual counter 12, and the sound signal is reproduced by acoustic emitters computer or monitor.

При реализации в виртуальном виде блока визуальной и звуковой сигнализации 11, а также счетчика с индикатором 12, в компьютере 9, получены экспериментальные данные затухающих крутильных колебаний тигля 1 с расплавами, приведенные на фиг.3: а - чистая электротехническая медь, t°=1150°C; б - высоколегированный чугун, t°=1350°C.When implementing in virtual form the visual and audible alarm unit 11, as well as the counter with indicator 12, in computer 9, the experimental data of the damped torsional vibrations of the crucible 1 with melts are obtained, shown in FIG. 3: a - pure electrical copper, t ° = 1150 ° C; b - high alloy cast iron, t ° = 1350 ° C.

Вычислены соответствующие уравнения экспонент затухающих крутильных колебаний 18 для времени t и числа n колебаний, стандартные отклонения σ2 19, отмечена точка амплитуды Ai=Ao/е=Ае 20 и σ2 21 для нее. Условная амплитуда Yi, определяемая по времени прохождения светового луча на линейном участке ΔА колебательной траектории 17 через оптосенсоры фотоприемного устройства 8: Yi~1/Δt=1/(t1-t2), однозначно связана с амплитудами Ai. Время Δt измеряется пропорционально количеству тактов центрального процессора компьютера 9, имеющего, например, тактовую частоту f=166 МГц. Аналогичные данные приведены на фиг.4 и отличаются тем, что вместо стандартного отклонения σ2 19 приведен коэффициент вариации Cv=(√σ/Асредн)100% 22, т.е. относительная ошибка в %, учитывающая стандартное отклонение σ2 19, в том числе и для Ае 23. Данные фиг.3, 4 демонстрируют, что, с одной стороны, использование первых 5…10 амплитуд Ai в качестве An вызывает значительные ошибки (разброс как σ2 19, так и Cv 22), что соответствует данным некоторых исследователей (см. вышеуказанное С.И.Филиппов и др. «Физико-химические методы исследования металлургических процессов», М.: Металлургия, 1968, с.246). С другой стороны, использование «хвоста» экспоненты требует неоправданно больших временных затрат, при которых неизбежен угар компонентов расплава, а точность растет незначительно. К тому же, есть опасность захода в нелинейную область амплитуд, где линейный отрезок ΔА косинусоиды 17 (см. фиг.2) вырождается в собственно косинусоиду, после чего невозможно оценить достоверность и точность результатов. Поэтому сигнализация в важной точке Ае 20, индицирующая конец измерений (второй сигнал), является оптимальным решением для измерения необходимого и достаточного числа колебаний n=ne, позволяющим получить обоснованный, достоверный и точный результат (Cv 23 равно 0,5…0,7%) вместо субъективного, длительного, сложного и не всегда обоснованного измерения разного количества амплитуд Ai 18. Применение сигнализации в данной точке позволяет обоснованно автоматизировать, по меньшей мере, цикл измерения амплитудно-временных параметров затухающих крутильных колебаний, начиная с момента выключения блока разгона 5 (первый сигнал).The corresponding equations of the exponentials of damped torsional vibrations 18 for time t and the number n of vibrations, standard deviations σ 2 19 are calculated, the amplitude point A i = A o / e = A e 20 and σ 2 21 for it are marked. The conditional amplitude Y i , determined by the time the light beam travels on the linear portion ΔA of the oscillatory path 17 through the optosensors of the photodetector 8: Y i ~ 1 / Δt = 1 / (t 1 -t 2 ), is uniquely associated with the amplitudes A i . The time Δt is measured in proportion to the number of clock cycles of the central processor of computer 9, having, for example, a clock frequency f = 166 MHz. Similar data are shown in Fig. 4 and differ in that, instead of the standard deviation σ 2 19, the coefficient of variation C v = (√σ / A average ) 100% 22, i.e. relative error in%, taking into account the standard deviation σ 2 19, including for A e 23. The data of Figs. 3, 4 demonstrate that, on the one hand, the use of the first 5 ... 10 amplitudes A i as A n causes significant errors (scatter of both σ 2 19 and C v 22), which corresponds to the data of some researchers (see the above S. I. Filippov et al. “Physicochemical methods for studying metallurgical processes”, M .: Metallurgy, 1968, p. 246). On the other hand, the use of the “tail” of an exponent requires unreasonably large time expenditures, at which burnout of the melt components is inevitable, and the accuracy increases slightly. In addition, there is a danger of entering the nonlinear region of amplitudes, where the linear segment ΔА of the cosine wave 17 (see Fig. 2) degenerates into the cosine wave itself, after which it is impossible to evaluate the reliability and accuracy of the results. Therefore, the alarm at an important point A e 20, indicating the end of the measurements (second signal), is the optimal solution for measuring the necessary and sufficient number of oscillations n = n e , allowing to obtain a reasonable, reliable and accurate result (C v 23 is 0.5 ... 0 , 7%) instead of the subjective long, complex and not always reasonable measure different amounts of amplitudes a i 18. The use of signaling at a given point can reasonably be automated, at least measuring cycle time and amplitude parameters cool damped nyh oscillation from the time of acceleration OFF unit 5 (first signal).

Алгоритм управления процедурой измерения и сигнализации приведен на фиг.5.The control algorithm of the measurement procedure and alarm is shown in figure 5.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение уровня автоматизации, упрощение и, в большинстве случаев, ускорение экспериментов с одновременным уменьшением угара расплава, при сохранении достоверности определения амплитудно-временных параметров затухания крутильных колебаний тигля с расплавом при измерении кинематической вязкости металлических расплавов посредством предлагаемого устройства. Обеспечивается снижение напряженности труда исследователя, расширение сферы применения устройства, в частности возможность работы с устройством малоквалифицированному персоналу, например студентам.The technical result of the proposed technical solution is to increase the level of automation, simplify and, in most cases, accelerate experiments while reducing the melt burn, while maintaining the reliability of determining the amplitude-time attenuation parameters of the torsional vibrations of the crucible with the melt when measuring the kinematic viscosity of metal melts using the proposed device. EFFECT: reduction of the researcher's labor intensity, expansion of the scope of the device, in particular, the ability to work with the device to unskilled personnel, such as students.

Claims (3)

1. Устройство для изучения кинематической вязкости расплавов, содержащее вискозиметрический модуль в вакуумируемой и водоохлаждаемой камере, вдоль оси которой, в зоне нагрева электронагревателя, размещена подвесная система с тиглем, блок разгона подвесной системы, выключатель блока разгона, зеркало, источник света, фотоприемное устройство, компьютер, отличающееся тем, что в него введены блок визуальной и звуковой сигнализации, содержащий, по меньшей мере, один визуальный и один звуковой сигнализаторы, счетчик с индикатором, входная шина блока визуальной и звуковой сигнализации соединена с одним из портов компьютера, вход счетчика с индикатором и компьютер соединены с выходной шиной блока визуальной и звуковой сигнализации, а выключатель блока разгона соединен также с одним из портов компьютера.1. A device for studying the kinematic viscosity of melts, containing a viscometer module in a vacuum and water-cooled chamber, along the axis of which, in the heating zone of the electric heater, a suspension system with a crucible, an acceleration unit of the suspension system, an acceleration unit switch, a mirror, a light source, a photodetector, a computer, characterized in that a visual and audible alarm unit is introduced into it, comprising at least one visual and one audible alarms, a counter with an indicator, an input bus the visual and audible alarm unit is connected to one of the computer ports, the counter input with an indicator and the computer are connected to the output bus of the visual and audible alarm unit, and the acceleration unit circuit breaker is also connected to one of the computer ports. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок визуальной и звуковой сигнализации выполнен в виде, по меньшей мере, двухдиапазонного оптического и двухчастотного звукового сигнализатора с регулируемыми параметрами, например временем сигнализации.2. The device according to claim 1, characterized in that the visual and audible signaling unit is made in the form of at least a dual-band optical and dual-frequency sound signaling device with adjustable parameters, for example, signaling time. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выключатель блока разгона выполнен в виде электронного ключа. 3. The device according to claim 1, characterized in that the accelerator block switch is made in the form of an electronic key.
RU2009144866/28A 2009-12-02 2009-12-02 Apparatus for investigating kinematic viscosity of melts RU2434222C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144866/28A RU2434222C2 (en) 2009-12-02 2009-12-02 Apparatus for investigating kinematic viscosity of melts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144866/28A RU2434222C2 (en) 2009-12-02 2009-12-02 Apparatus for investigating kinematic viscosity of melts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009144866A RU2009144866A (en) 2011-06-10
RU2434222C2 true RU2434222C2 (en) 2011-11-20

Family

ID=44736374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009144866/28A RU2434222C2 (en) 2009-12-02 2009-12-02 Apparatus for investigating kinematic viscosity of melts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2434222C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU169451U1 (en) * 2016-04-08 2017-03-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for photometric study of the properties of metal melts
RU2629699C1 (en) * 2016-03-16 2017-08-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for photometric determination of specific electrical resistivity of molten metals
RU2780762C1 (en) * 2021-12-09 2022-09-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for phase transition indication

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Заводская лаборатория" (Г.В.Тягунов-Установка для измерения кинематической вязкости металлических расплавов, с.919-920, №10, 1980). *
Вьюхин В.В. и др. "Изучение кинематической вязкости расплавов" методические указания к лабораторной работе по физике. - Екатеринбург, ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ, с.5, 2006 г. *
Филиппов С.И. и др. Физико-химические методы исследования металлургических процессов. - М.: Металлургия, 1968, с.246. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2629699C1 (en) * 2016-03-16 2017-08-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for photometric determination of specific electrical resistivity of molten metals
RU169451U1 (en) * 2016-04-08 2017-03-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for photometric study of the properties of metal melts
RU2780762C1 (en) * 2021-12-09 2022-09-30 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Device for phase transition indication

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009144866A (en) 2011-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100573133C (en) Improve the method and the detecting instrument of milk quality ultrasonic detection precision
US5156974A (en) Method for determining the fibrinogen level of a blood sample
CN105102988A (en) Automatic analysis device and analysis method
RU96660U1 (en) DEVICE FOR STUDYING KINEMATIC MELT VISCOSITY
RU2434222C2 (en) Apparatus for investigating kinematic viscosity of melts
RU101192U1 (en) DEVICE FOR MEASURING KINEMATIC MELT VISCOSITY
EP0072105B1 (en) Assessment of life of duct
CN203224468U (en) Automatic lubricating grease wide temperature range dropping point measuring equipment
CN104111232A (en) Device and method for carrying out threshold value adjustable pH value detection and alarm on basis of acid-base indicator absorption spectrum
CN203535132U (en) Electromagnetic cooker energy efficiency automatic testing device
RU2307345C1 (en) Device for measuring inhomogeneities of surface layer of metals and alloys
JPH0334592B2 (en)
US3978322A (en) Measurement system for timer
CN103605010A (en) Automatic detecting device for energy efficiency of microwave cooker
KR100555880B1 (en) The frequency counter using double edge time interval and the oscillator test device using the counter
JPS6170429A (en) Forecasting method of heat balance temperature
CN108693074A (en) A kind of activation blood coagulation bio-detector
CN205922886U (en) Nicotine concentration control type electron cigarette
US4197450A (en) Analog signal analyzer
JPH0259418B2 (en)
RU121587U1 (en) DEVICE FOR EXPRESS DIAGNOSTICS OF HOMOGENEITY OF HIGH-TEMPERATURE METAL MELTS
RU2447421C2 (en) Method and device for measuring melt kinematic viscosity
RU2125258C1 (en) Method and device for identification of complex of thermophysical properties of solid materials
CN208621463U (en) A kind of activation blood coagulation bio-detector
Sharma et al. Design of Embedded Sing-around System for Ultrasonic Velocity Measurement in Liquids

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131203