RU2517770C1 - Method to distribute density of metal melts - Google Patents

Method to distribute density of metal melts Download PDF

Info

Publication number
RU2517770C1
RU2517770C1 RU2012138230/28A RU2012138230A RU2517770C1 RU 2517770 C1 RU2517770 C1 RU 2517770C1 RU 2012138230/28 A RU2012138230/28 A RU 2012138230/28A RU 2012138230 A RU2012138230 A RU 2012138230A RU 2517770 C1 RU2517770 C1 RU 2517770C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drop
optical emitter
density
melt
switched optical
Prior art date
Application number
RU2012138230/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Викторович Вьюхин
Аркадий Моисеевич Поводатор
Владимир Степанович Цепелев
Виктор Васильевич Конашков
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет 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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2012138230/28A priority Critical patent/RU2517770C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2517770C1 publication Critical patent/RU2517770C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention relates to technical physics, namely, to define physical and chemical parameters of metal melts by measurement of density and surface tension of a melt sample drop in ellipse shape lying still on the substrate by means of photoelectronic volumetry. The melt sample in the form of a drop is put on the substrate in the vacuum chamber of the electric furnace of the horizontal type, and the melt drop silhouette is made by means of a photodetector. Upstream the vacuum chamber they place a switched optical emitter, which is put on at the moment when registration of the internal glow of the melt sample drop stops during its cooling. With the help of the emitter they light the melt drop and by the reflected optical signal of the drop silhouette they determine the volume and density of the drop until the temperature of its cooling.
EFFECT: increased temperature range of melt density measurements.
5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу материалов, в частности к определению физико-химических параметров высокотемпературных металлических расплавов методом геометрии «большой капли», т.е. путем измерения плотности и поверхностного натяжения неподвижно лежащей на подложке эллипсовидной капли образца расплава посредством фотоэлектронной объемометрии. Изобретение может быть использовано в лабораторных исследованиях, на предприятиях металлургической промышленности, при выполнении лабораторных работ в вузах.The invention relates to technical physics, namely to the analysis of materials, in particular to the determination of the physicochemical parameters of high-temperature metal melts using the “big drop” geometry, i.e. by measuring the density and surface tension of an ellipsoid droplet of a melt sample lying motionless on a substrate by photoelectron volumetry. The invention can be used in laboratory research, at the enterprises of the metallurgical industry, when performing laboratory work in universities.

В ряде случаев возникает необходимость изучения плотности металлического расплава, а после этого - плотности твердых образцов этого расплава, т.е. плотность в жидком и кристаллическом виде. При этом данные по плотности в жидком и кристаллическом состоянии необходимо получить в широком температурном интервале, вплоть до комнатной температуры. Необходимость таких исследований возникает, например, при изучении сплавов типа «Инвар 33НКУЛ», для формирования свойств которых значение имеет температурно-временной режим выплавки. Их основное служебное свойство, низкий коэффициент температурного расширения, напрямую связано с изменением плотности. Таким образом, целесообразно проводить высокотемпературные и низкотемпературные части исследования металлического сплава и определение плотности образцов в жидком и кристаллическом виде посредством одной экспериментальной установки непрерывно.In some cases, it becomes necessary to study the density of a metal melt, and after that, the density of solid samples of this melt, i.e. density in liquid and crystalline form. In this case, data on the density in the liquid and crystalline state must be obtained in a wide temperature range, up to room temperature. The need for such studies arises, for example, in the study of Invar 33NKUL alloys, for the formation of the properties of which the temperature-time regime of smelting is important. Their main service property, a low coefficient of thermal expansion, is directly related to a change in density. Thus, it is advisable to carry out high-temperature and low-temperature parts of the study of the metal alloy and determine the density of the samples in liquid and crystalline form by means of one experimental setup continuously.

Использование способов с применением устройств, предназначенных для исследований в широком диапазоне температур, при изучении плотности металлических расплавов методом «большой капли» при низких температурах связано с рядом трудностей. Главная проблема - отсутствие свечения капли расплава при относительно низких температурах, и как следствие, невозможность получить качественное фотоизображение этой капли. Применение внешнего источника освещения, работающего «на просвет», т.е. подсветка капли со стороны, противоположной фотоприемнику, связано с необходимостью внесения существенных изменений как в методику исследований, так и в конструкцию устройства, например, требуется введение дополнительных смотровых окон, изменение формы нагревателя и др. Это ведет к увеличению погрешности измерений, например, по причине искажения температурного поля нагревателя. С другой стороны, размещение источника освещения внутри установки может быть затруднено из-за возможных высоких, вплоть до +2300 К, изучаемых температур.The use of methods using devices designed for research in a wide temperature range when studying the density of metal melts by the "big drop" method at low temperatures is associated with a number of difficulties. The main problem is the absence of glow of the melt drop at relatively low temperatures, and as a result, the inability to obtain a high-quality photo image of this drop. The use of an external light source operating "in the light", i.e. illumination of the droplet from the side opposite to the photodetector is associated with the need to make significant changes both in the research methodology and in the design of the device, for example, the introduction of additional viewing windows, changing the shape of the heater, etc. are required. This leads to an increase in measurement error, for example, due to distortion of the temperature field of the heater. On the other hand, the placement of the light source inside the installation can be difficult due to the possible high, up to +2300 K, studied temperatures.

Известен способ непрямого измерения плотности образца - капли расплава с известной массой образца, равной 10…40 граммов («метод большой капли»), лежащей на горизонтальной подложке, размещенной на конце штока в вакуумной камере горизонтального типа в изотермической зоне электропечи, на основе фотометрии, которую осуществляют по геометрическим характеристикам эллипсоида капли посредством измерения параметров его контура (силуэта) и дальнейшего определения объема капли - см. Филиппов С.И. и др. «Физико-химические методы исследования металлургических процессов», М.: Металлургия, 1968 г., стр.266-267, рис.114. При этом используют два способа измерения параметров силуэта. Первый основан на фотометрии собственного свечения капли. Его применяют при температуре капли более, примерно, +800 К. Второй способ основан на освещении этой капли в режиме «на просвет», т.е. освещении капли со стороны, противоположной объективу фотоприемника. Его можно использовать, в частности, при фотометрии капли с температурой меньше +800 К, например, при охлаждении капли или при исследованиях легкоплавких сплавов.A known method for indirectly measuring the density of a sample is a melt drop with a known sample mass equal to 10 ... 40 grams (the "big drop method") lying on a horizontal substrate located on the end of the rod in a horizontal type vacuum chamber in an isothermal zone of an electric furnace, based on photometry, which is carried out according to the geometric characteristics of the drop ellipsoid by measuring the parameters of its contour (silhouette) and further determining the drop volume - see Filippov S.I. and others. "Physico-chemical methods for the study of metallurgical processes", Moscow: Metallurgy, 1968, pp. 266-267, Fig. 114. In this case, two methods of measuring silhouette parameters are used. The first is based on the photometry of the intrinsic glow of a drop. It is used at a droplet temperature of more than approximately +800 K. The second method is based on illuminating this droplet in the “clear” mode, i.e. lighting drops from the side opposite to the photodetector lens. It can be used, in particular, for photometry of a droplet with a temperature less than +800 K, for example, for cooling a droplet or in studies of low-melting alloys.

При изучении расплавов, в частности высокотемпературных, температуру в изотермической зоне электропечи варьируют от +300 К до +2300 К, поэтому используют оба вышеотмеченных способа. Осуществление второго способа требует обеспечения в измерительной установке светового потока, который вводят в высокотемпературную зону вакуумной электропечи, например, посредством кварцевой призмы, размещенной в конце вышеуказанной зоны, противоположном объективу фотоприемника. Свет на эту призму поступает через термостойкое смотровое стекло с вакуумным уплотнением от внешнего осветителя - см. Ниженко В.И., Смирнов Ю.И. «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.38- 39, рис.6 - аналог. Недостатком такого способа является уменьшение точности определения геометрических характеристик эллипсоида капли вследствие, во первых, ограничения температурного диапазона работы кварцевой призмы сверху - около +1400 К, во вторых, оседания на этой призме испаряющегося материала капли и ее загрязнение, вплоть до срыва эксперимента. Кроме того, усложняется эксплуатация установки вследствие необходимости постоянного контроля прозрачности и очистки призмы.When studying melts, in particular high-temperature melts, the temperature in the isothermal zone of an electric furnace varies from +300 K to +2300 K, therefore, both of the above methods are used. The implementation of the second method requires providing a light flux in the measuring installation, which is introduced into the high-temperature zone of the vacuum furnace, for example, by means of a quartz prism located at the end of the above zone, opposite the photodetector lens. Light comes to this prism through a heat-resistant sight glass with a vacuum seal from an external illuminator - see Nizhenko V.I., Smirnov Yu.I. "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 boundaries of the contacting phases”, Kiev: Naukova Dumka, 1977, p.38-39, Fig. 6 - analogue. The disadvantage of this method is the decrease in the accuracy of determining the geometric characteristics of the droplet ellipsoid due to, firstly, limiting the temperature range of the quartz prism from above to about +1400 K, and secondly, the evaporation of the droplet material on the prism and its contamination, up to the failure of the experiment. In addition, the operation of the installation is complicated due to the need for constant transparency control and prism cleaning.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ определения плотности металлических расплавов с использованием образца расплава известной массы, расположенного на подложке в высокотемпературной зоне вакуумной камеры электропечи горизонтального типа, при котором получают фотоспособом, посредством расположенного вне вакуумной камеры фотоприемника с объективом, силуэт эллипсовидной капли образца расплава, по которому определяют объем и плотность этой капли, причем до включения компьютеризованной измерительной установки перед вакуумной камерой электропечи временно помещают некоммутируемый оптический излучатель, соединенный с блоком питания, и отражатель, например, в виде прямоугольной зеркальной призмы, который размещают в высокотемпературной области электропечи, при помощи которых осуществляют горизонтальную регулировку положения подложки, после чего этот оптический излучатель и отражатель убирают и продолжают последующие операции способа, в частности ведут регистрацию фотоприемником собственного свечения капли образца расплава во время ее охлаждения, затем определяют объем и плотность этой капли - см. положительное решение ФИПС по з. №2010119630 «Способ определения плотности высокотемпературных металлических расплавов (варианты)».The prototype of the invention is a method for determining the density of metal melts using a melt sample of known mass located on a substrate in the high-temperature zone of a horizontal type electric furnace vacuum chamber, in which it is produced by a photographic method, by means of a photodetector with a lens located outside the vacuum chamber, the silhouette of an ellipsoidal droplet of a melt sample determine the volume and density of this drop, and before turning on the computerized measuring unit, a vacuum chamber of an electric furnace temporarily places a non-switched optical emitter connected to a power supply and a reflector, for example, in the form of a rectangular mirror prism, which is placed in the high-temperature region of the electric furnace, with which horizontal adjustment of the substrate position is carried out, after which this optical emitter and reflector are removed and The subsequent operations of the method are continued, in particular, the photodetector registers the intrinsic luminescence of a drop of a melt sample during its cooling. Ii, then determine the volume and density of this drop - see the positive decision of FIPS for s. No. 2010119630 "A method for determining the density of high-temperature metal melts (options)."

Недостатком прототипа является то, что его применяют при температуре капли выше примерно +800 К, поскольку при более низких температурах уровень сигнала фотоприемника, в соответствии с законом Стефана-Больцмана пропорциональный четвертой степени температуры, снижается настолько, что регистрация формы эллипсоида капли становится практически невозможной и, соответственно, не обеспечивается измерение плотности капли металлического расплава.The disadvantage of the prototype is that it is used at a droplet temperature above about +800 K, since at lower temperatures the signal level of the photodetector, in accordance with the Stefan-Boltzmann law proportional to the fourth power of the temperature, is reduced so much that recording the shape of the droplet ellipsoid becomes practically impossible and , accordingly, the measurement of the density of a drop of metal melt is not provided.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа определения плотности металлических расплавов, в частности, увеличение температурного диапазона измерения плотности капли расплава без прерывания эксперимента, повышение достоверности и точности полученных результатов по определению параметров силуэта, объема и, в конечном итоге, плотности исследуемого расплава.The objective of the invention is to expand the functionality of the method for determining the density of metal melts, in particular, increasing the temperature range for measuring the density of a melt drop without interrupting the experiment, increasing the reliability and accuracy of the results obtained by determining the parameters of the silhouette, volume and, ultimately, the density of the studied melt.

Поставленная задача решается с помощью способа определения плотности металлических расплавов.The problem is solved using the method for determining the density of metal melts.

Способ определения плотности металлических расплавов с использованием образца расплава известной массы, расположенного на подложке в высокотемпературной зоне вакуумной камеры электропечи горизонтального типа, при котором получают фотоспособом, посредством расположенного вне вакуумной камеры фотоприемника с объективом, силуэт эллипсовидной капли образца расплава, по которому определяют объем и плотность этой капли, причем до включения компьютеризованной измерительной установки перед вакуумной камерой электропечи временно помещают некоммутируемый оптический излучатель, соединенный с блоком питания, и отражатель, например, в виде прямоугольной зеркальной призмы, который размещают в высокотемпературной области электропечи, при помощи которых осуществляют горизонтальную регулировку положения подложки, после чего этот оптический излучатель и отражатель убирают и продолжают последующие операции способа, в частности ведут регистрацию фотоприемником собственного свечения капли образца расплава во время ее охлаждения, затем определяют объем и плотность этой капли, отличающийся тем, что перед вакуумной камерой электропечи размещают коммутируемый оптический излучатель, к блоку питания подключают управляемый коммутатор, включают управляемый коммутатор в момент прекращения регистрации фотоприемником собственного свечения капли образца расплава во время ее охлаждения, например при уменьшении ее температуры до +800 К, освещают вышеуказанную каплю посредством коммутируемого оптического излучателя, при этом по отраженному оптическому сигналу силуэта этой капли определяют объем и плотность капли, вплоть до температуры ее остывания, например, +300 К.A method for determining the density of metal melts using a sample of a melt of known mass located on a substrate in the high temperature zone of a horizontal-type electric furnace vacuum chamber, in which the method is obtained by means of a photodetector with a lens located outside the vacuum chamber, the silhouette of an ellipsoidal drop of the melt sample, which determines the volume and density this drop, and before turning on the computerized measuring unit in front of the vacuum chamber of the electric furnace, temporarily placing there is a non-switched optical emitter connected to the power supply and a reflector, for example, in the form of a rectangular mirror prism, which is placed in the high-temperature region of the electric furnace, with which horizontal adjustment of the substrate position is carried out, after which this optical emitter and reflector are removed and the subsequent operations of the method are continued in particular, a photodetector registers the intrinsic glow of a drop of a melt sample during its cooling, then the volume and density of this drop are determined and, characterized in that a switched optical emitter is placed in front of the vacuum chamber of the electric furnace, a controlled switch is connected to the power supply unit, a controlled switch is turned on at the moment the photodetector detects its own glow from a drop of the melt sample during its cooling, for example, when its temperature is reduced to +800 K, illuminate the above drop by means of a switched optical emitter, while the volume and density of the drop are determined from the reflected optical signal of the silhouette of this drop, in flesh to its cooling temperature, for example, +300 K.

Кроме того, коммутируемый оптический излучатель размещают по окружности объектива фотоприемника и осуществляют регулирование положения второго коммутируемого оптического излучателя его перемещением вдоль оси объектива фотоприемника.In addition, the switched optical emitter is placed around the circumference of the photodetector lens and the position of the second switched optical emitter is controlled by moving it along the axis of the photodetector lens.

Кроме того, в качестве коммутируемого оптического излучателя используют кластер, состоящий по меньшей мере из двух дискретных излучателей, например светодиодов, размещенных вокруг объектива фотоприемника.In addition, as a switched optical emitter use a cluster consisting of at least two discrete emitters, such as LEDs, placed around the lens of the photodetector.

Кроме того, осуществляют компьютерную коммутацию блока питания коммутируемого оптического излучателя посредством использования соединенного с блоком питания управляемого коммутатора, сигнал для управляющего входа которого поступает от компьютера.In addition, computer switching of the power supply of the switched optical emitter is carried out by using a managed switch connected to the power supply, the signal for the control input of which comes from the computer.

Кроме того, размещают коммутируемый оптический излучатель перпендикулярно оси объектива фотоприемника, между объективом и вакуумной камерой размещают полупрозрачную прямоугольную зеркальную призму, освещают вышеуказанную каплю отраженным от этой призмы светом коммутируемого оптического излучателя.In addition, a switched optical emitter is placed perpendicular to the axis of the photodetector lens, a translucent rectangular mirror prism is placed between the lens and the vacuum chamber, the above drop is illuminated by the light of the switched optical emitter reflected from this prism.

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

фиг.1 - блок-схема измерительного комплекса;figure 1 is a block diagram of a measuring complex;

фиг.2 - вариант блок-схемы измерительного комплекса;figure 2 is a variant of the block diagram of the measuring complex;

фиг.3 - фотоизображение образца алюминиевого сплава, t = 1370 К;figure 3 is a photograph of a sample of an aluminum alloy, t = 1370 K;

фиг.4 - фотоизображение образца алюминиевого сплава, t = 730 К;4 is a photograph of a sample of an aluminum alloy, t = 730 K;

фиг.5 - фотоизображение образца расплава припоя ПОС 61, t = 550 К.5 is a photograph of a sample of the melt solder PIC 61, t = 550 K.

Способ определения плотности металлических расплавов осуществляют посредством измерительного комплекса, который содержит устройство для определения плотности металлических расплавов, которое приведено на фиг.1. Устройство содержит коммутируемый оптический излучатель 1, непрозрачные тубусы 2, фотоприемник 3, соосный с размещенной в высокотемпературной зоне электропечи вакуумной камерой горизонтального типа 4, коаксиальный цилиндрический электронагреватель 5, капельный образец расплава фиксированной массы 6, расположенный на срезе цилиндрической подложки 7, закрепленной на одном из концов регулируемого штока 8, другой конец которого через вакуумный уплотнительный узел 9 соединен с узлом изменения положения подложки (на схеме не показан). Вакуумная камера 4 содержит смотровое окно 10. Коммутируемый оптический излучатель 1 и непрозрачные тубусы 2 объединены в перемещаемый кластер 11. Компьютер 12 содержит дисплей 13, на который выводят фотоизображение капельного образца расплава фиксированной массы 6 и подложки 7. Перемещаемый кластер 11 расположен на объективе 14 фотоприемника 3 по его окружности. Блок питания 15 включают посредством управляемого коммутатора 16 сигналом от компьютера 12 или вручную. Каждый отдельный n-й излучатель, где n≥2, входящий в состав кластера 11 коммутируемого оптического излучателя 1, расположен с наклоном относительно горизонтальной оптической оси с углом 17, равным α ≠ 0, кластер 11 скреплен обоймой 18.The method for determining the density of metal melts is carried out by means of a measuring complex, which contains a device for determining the density of metal melts, which is shown in figure 1. The device comprises a switched optical emitter 1, opaque tubes 2, a photodetector 3, coaxial with a horizontal type 4 vacuum chamber located in a high-temperature zone of an electric furnace, a coaxial cylindrical electric heater 5, a drip sample of a melt of fixed mass 6, located on a slice of a cylindrical substrate 7, mounted on one of the ends of the adjustable rod 8, the other end of which is connected through a vacuum sealing assembly 9 to the substrate position change assembly (not shown in the diagram). The vacuum chamber 4 contains a viewing window 10. The switched optical emitter 1 and opaque tubes 2 are combined into a movable cluster 11. Computer 12 contains a display 13, which displays a photograph of a drip sample of the melt of a fixed mass 6 and substrate 7. The movable cluster 11 is located on the lens 14 of the photodetector 3 around its circumference. The power supply 15 is turned on by means of a managed switch 16 by a signal from a computer 12 or manually. Each individual n-th emitter, where n≥2, which is part of the cluster 11 of the switched optical emitter 1, is inclined relative to the horizontal optical axis with an angle 17 equal to α ≠ 0, the cluster 11 is fastened by a ferrule 18.

Вариант исполнения устройства для определения плотности металлических расплавов приведен на фиг.2. В данном случае коммутируемый оптический излучатель 1 в тубусе 2 зафиксирован перпендикулярно оптической оси объектива 14 на некотором расстоянии от него, а между объективом 14 и вакуумной камерой 4 размещен отражатель 19.An embodiment of the device for determining the density of metal melts is shown in figure 2. In this case, the switched optical emitter 1 in the tube 2 is fixed perpendicular to the optical axis of the lens 14 at a certain distance from it, and a reflector 19 is placed between the lens 14 and the vacuum chamber 4.

Коммутируемый оптический излучатель 1 выполнен в виде кластера 11 из n (где n≥2) отдельных излучателей, расположенных в обойме 18 на объективе 14 в виде ламп накаливания либо светодиодов, например лазерных или сверхярких светодиодов L7113SEC-H фирмы Kingbright - см. каталог Kingbright, 2005 - 2006, размещенных в соответствующих непрозрачных цилиндрических тубусах и питаемых от источника питания 15, коммутируемого посредством управляемого коммутатора 16 компьютером 12. Фотоприемник выполнен в виде телекамеры, например, типа 3372Р Sanyo или цифрового фотоаппарата и соединен с компьютером посредством стандартного переходного USB-кабеля. Коаксиальный цилиндрический электронагреватель 5 выполнен из тугоплавкого немагнитного металла, например молибдена, и обеспечивает изотермическую зону. Подложка 7 выполнена в виде цилиндрического тела из высокотемпературной керамики, например бериллиевой. Регулируемый шток 8 выполнен из молибдена. Вакуумный уплотнительный узел 9 сделан из вакуумной резины. Блок питания 15 - силовая сеть 220 В, либо типовой маломощный низковольтный (2-9 В) источник питания постоянного тока, например адаптер от портативного приемника. Управляемый коммутатор 16 - управляемое оптореле PVT442S фирмы IR. Обойма 18 выполнена из легкого, например, алюминиевого сплава в виде скользящего по объективу 14 плоского кольца, в котором закреплен перемещаемый кластер 11 с отдельными излучателями коммутируемого оптического излучателя 1 и тубусами 2. Отражатель 19 выполнен в виде полупрозрачной прямоугольной призмы.The switched optical emitter 1 is made in the form of a cluster 11 of n (where n≥2) individual emitters located in the holder 18 on the lens 14 in the form of incandescent lamps or LEDs, for example, laser or superbright LEDs L7113SEC-H from Kingbright - see the Kingbright catalog, 2005 - 2006, located in the corresponding opaque cylindrical tubes and powered by a power source 15, switched by a controlled switch 16 by a computer 12. The photodetector is made in the form of a television camera, for example, type 3372Р Sanyo or a digital camera and connection Not connected to the computer using a standard USB adapter cable. The coaxial cylindrical electric heater 5 is made of a refractory non-magnetic metal, such as molybdenum, and provides an isothermal zone. The substrate 7 is made in the form of a cylindrical body made of high-temperature ceramics, such as beryllium. The adjustable rod 8 is made of molybdenum. The vacuum sealing unit 9 is made of vacuum rubber. Power supply 15 - 220 V power network, or a typical low-power low-voltage (2-9 V) DC power supply, for example, an adapter from a portable receiver. Managed Switch 16 - IR-controlled PVT442S The holder 18 is made of light, for example, aluminum alloy in the form of a flat ring sliding on the lens 14, in which a movable cluster 11 is mounted with individual emitters of a switched optical emitter 1 and tubes 2. The reflector 19 is made in the form of a translucent rectangular prism.

Способ определения плотности металлических расплавов осуществляют посредством вышеописанного устройства для определения плотности металлических расплавов следующим образом. Подготавливается изучаемый образец 6, у которого определяется масса, он помещается на подложку 7 в центр вакуумной камеры горизонтального типа 4 в высокотемпературной зоне электропечи, после чего вакуумную камеру 4 закрывают. Перед началом эксперимента, если это необходимо, регулируют горизонтальность подложки 7 по процедуре, описанной в прототипе, посредством некоммутируемого оптического излучателя, временно помещенного перед объективом фотоприемника, после чего этот излучатель убирают и начинают собственно эксперимент. В процессе эксперимента контролируют на дисплее 13 фотоизображение подложки 7 с образцом расплава 6 на ней. Выше температуры примерно +800 К капля расплава 6 изучаемого образца светится достаточно ярко, чтобы фотоизображение было пригодным для измерения параметров ее контура - см. фиг.3. При этом коммутируемый оптический излучатель 1 не используют. Соответственно, компьютер 12 не вырабатывает управляющий сигнал для управляющего входа управляемого коммутатора 16, он находится в незамкнутом положении, блок питания 15 для коммутируемого оптического излучателя 1 обесточен, питание на этом излучателе отсутствует, поэтому он не освещает через смотровое окно 10 образец расплава 6. При снижении температуры ниже +800 К изображение становится практически непригодным для измерения параметров контура вышеуказанной капли - см. фиг.4. С этого момента начинают использовать коммутируемый оптический излучатель 1 следующим образом. Компьютер 12 вырабатывает управляющий сигнал включения для управляющего входа управляемого коммутатора 16, который включает блок питания 15, коммутируемый оптический излучатель 1 освещает через смотровое окно 10 образец расплава 6. Экспериментатор продолжает осуществление способа определения плотности металлических расплавов. В случае необходимости изменения качества фотоизображения экспериментатор может изменить вручную или автоматически положение обоймы 18 кластера 11 с излучателями на объективе. При этом он визуально контролирует фотоизображение контура вышеуказанной капли посредством дисплея 13. Температура, при которой сохраняется качественное фотоизображение контура, составляет примерно +550 К - см. фиг.5.The method for determining the density of metal melts is carried out by means of the above-described device for determining the density of metal melts as follows. The studied sample 6 is prepared, from which the mass is determined, it is placed on the substrate 7 in the center of the horizontal type 4 vacuum chamber in the high-temperature zone of the electric furnace, after which the vacuum chamber 4 is closed. Before the experiment, if necessary, adjust the horizontalness of the substrate 7 according to the procedure described in the prototype, using a non-switched optical emitter temporarily placed in front of the photodetector lens, after which this emitter is removed and the experiment itself begins. During the experiment, the photo image of the substrate 7 with the melt sample 6 on it is controlled on the display 13. Above a temperature of approximately +800 K, a drop of melt 6 of the studied sample glows brightly enough so that the photo image is suitable for measuring the parameters of its contour - see Fig. 3. However, the switched optical emitter 1 is not used. Accordingly, the computer 12 does not generate a control signal for the control input of the managed switch 16, it is in the open position, the power supply 15 for the switched optical emitter 1 is de-energized, there is no power on this emitter, therefore, it does not illuminate the melt sample 6 through the viewing window 10. When lowering the temperature below +800 K, the image becomes practically unsuitable for measuring the parameters of the contour of the above drops - see figure 4. From this moment begin to use a switched optical emitter 1 as follows. The computer 12 generates a control enable signal for the control input of the managed switch 16, which includes a power supply 15, the switched optical emitter 1 illuminates the melt sample 6 through the viewing window 10. The experimenter continues the method for determining the density of metal melts. If it is necessary to change the quality of the photo image, the experimenter can manually or automatically change the position of the holder 18 of the cluster 11 with emitters on the lens. At the same time, he visually controls the photo image of the contour of the above droplets by means of the display 13. The temperature at which a high-quality photo image of the contour is maintained is approximately +550 K - see FIG.

Вариант устройства, приведенный на фиг.2, может быть использован при реализации способа в случае невозможности использования устройства, выполненного по схеме, приведенной на фиг.1, например при невозможности конструктивного размещения кластера 11 на объективе 14 фотоприемника 3. При этом все операции способа определения плотности металлических расплавов сохраняются.The embodiment of the device shown in FIG. 2 can be used when implementing the method if it is impossible to use the device made according to the scheme shown in FIG. 1, for example, when it is impossible to constructively place the cluster 11 on the lens 14 of the photodetector 3. Moreover, all operations of the determination method densities of metal melts are preserved.

Предложенный способ обеспечивает расширение функциональных возможностей способа определения плотности металлических расплавов, в частности увеличение температурного диапазона измерения плотности капли расплава без прерывания эксперимента, повышение достоверности и точности полученных результатов по определению параметров силуэта, объема и, в конечном итоге, плотности исследуемого расплава.The proposed method provides the expansion of the functionality of the method for determining the density of metal melts, in particular, increasing the temperature range for measuring the density of a melt drop without interrupting the experiment, increasing the reliability and accuracy of the results obtained by determining the silhouette parameters, volume and, ultimately, the density of the studied melt.

Технические решения, содержащие вышеуказанные совокупности отличительных признаков, а также совокупности ограничительных и отличительных признаков, не выявлены в известном уровне техники, что при достижении вышеописанного технического результата позволяет считать предложенное техническое решение имеющим изобретательский уровень.Technical solutions containing the above combination of distinctive features, as well as a combination of restrictive and distinctive features, are not identified in the prior art, which, when the above technical result is achieved, allows us to consider the proposed technical solution as inventive.

Claims (5)

1. Способ определения плотности металлических расплавов с использованием образца расплава известной массы, расположенного на подложке в высокотемпературной зоне вакуумной камеры электропечи горизонтального типа, при котором получают фотоспособом посредством расположенного вне вакуумной камеры фотоприемника с объективом, силуэт эллипсовидной капли образца расплава, по которому определяют объем и плотность этой капли, причем до включения компьютеризованной измерительной установки перед вакуумной камерой электропечи временно помещают некоммутируемый оптический излучатель, соединенный с блоком питания, и отражатель, например, в виде прямоугольной зеркальной призмы, который размещают в высокотемпературной области электропечи, при помощи которых осуществляют горизонтальную регулировку положения подложки, после чего этот оптический излучатель и отражатель убирают и продолжают последующие операции способа, в частности ведут регистрацию фотоприемником собственного свечения капли образца расплава во время ее охлаждения, затем определяют объем и плотность этой капли, отличающийся тем, что перед вакуумной камерой электропечи размещают коммутируемый оптический излучатель, к блоку питания подключают управляемый коммутатор, включают управляемый коммутатор в момент прекращения регистрации фотоприемником собственного свечения капли образца расплава во время ее охлаждения, например при уменьшении ее температуры до +800 К, освещают вышеуказанную каплю посредством коммутируемого оптического излучателя, при этом по отраженному оптическому сигналу силуэта этой капли определяют объем и плотность капли, вплоть до температуры ее остывания, например, +300 К.1. A method for determining the density of metal melts using a sample of a melt of known mass located on a substrate in the high-temperature zone of a horizontal-type electric furnace vacuum chamber, in which a photographic method is obtained by means of a photodetector with a lens located outside the vacuum chamber, the silhouette of an ellipsoidal drop of the melt sample, which determines the volume and the density of this drop, and before turning on the computerized measuring unit in front of the vacuum chamber of the electric furnace, it was temporarily placed They include a non-switched optical emitter connected to the power supply and a reflector, for example, in the form of a rectangular mirror prism, which is placed in the high-temperature region of the electric furnace, with which horizontal adjustment of the substrate position is carried out, after which this optical emitter and reflector are removed and the subsequent operations of the method are continued in particular, a photodetector registers the intrinsic glow of a drop of a melt sample during its cooling, then the volume and density of this drop are determined whether, characterized in that a switched optical emitter is placed in front of the vacuum chamber of the electric furnace, a controlled switch is connected to the power supply, the controlled switch is turned on at the moment the photodetector stops recording its own glow of a drop of the melt sample during its cooling, for example, when its temperature is reduced to +800 K, illuminate the above drop by means of a switched optical emitter, while the volume and density of the drop are determined from the reflected optical signal of the silhouette of this drop, up to its cooling temperature, for example, +300 K. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что коммутируемый оптический излучатель размещают по окружности объектива фотоприемника и осуществляют регулирование положения коммутируемого оптического излучателя его перемещением вдоль оси объектива фотоприемника.2. The method according to claim 1, characterized in that the switched optical emitter is placed around the circumference of the photodetector lens and the position of the switched optical emitter is controlled by moving it along the axis of the photodetector lens. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве коммутируемого оптического излучателя используют кластер, состоящий по меньшей мере из двух дискретных излучателей, например светодиодов.3. The method according to claim 1, characterized in that as a switched optical emitter use a cluster consisting of at least two discrete emitters, such as LEDs. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют компьютерную коммутацию блока питания коммутируемого оптического излучателя посредством использования соединенного с блоком питания управляемого коммутатора, сигнал для управляющего входа которого поступает от компьютера.4. The method according to claim 1, characterized in that the computer switching the power supply of the switched optical emitter by using a managed switch connected to the power supply, the signal for the control input of which comes from the computer. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что размещают коммутируемый оптический излучатель перпендикулярно оси объектива фотоприемника, между объективом и вакуумной камерой размещают полупрозрачную прямоугольную зеркальную призму, освещают вышеуказанную каплю отраженным от этой призмы светом коммутируемого оптического излучателя. 5. The method according to claim 1, characterized in that the switched optical emitter is placed perpendicular to the axis of the photodetector lens, a translucent rectangular mirror prism is placed between the lens and the vacuum chamber, the above drop is illuminated by the light of the switched optical emitter reflected from this prism.
RU2012138230/28A 2012-11-26 2012-11-26 Method to distribute density of metal melts RU2517770C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012138230/28A RU2517770C1 (en) 2012-11-26 2012-11-26 Method to distribute density of metal melts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012138230/28A RU2517770C1 (en) 2012-11-26 2012-11-26 Method to distribute density of metal melts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2517770C1 true RU2517770C1 (en) 2014-05-27

Family

ID=50779670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012138230/28A RU2517770C1 (en) 2012-11-26 2012-11-26 Method to distribute density of metal melts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2517770C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2570238C1 (en) * 2014-07-01 2015-12-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method and device for analysis of metal alloy specimen density and/or surface tension
RU2663321C1 (en) * 2017-06-19 2018-08-03 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) Method and device for determining surface tension and/or density of molten metals
RU2757008C1 (en) * 2020-11-12 2021-10-08 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for determining physical parameters of drop sample of metal melt and apparatus for implementation thereof
CN113776992A (en) * 2021-08-27 2021-12-10 河北光兴半导体技术有限公司 Method for testing surface tension of melt
CN117288637A (en) * 2023-10-30 2023-12-26 东莞市晟鼎精密仪器有限公司 High-temperature vacuum contact angle wetting analysis instrument

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU276509A1 (en) *
CN101308077A (en) * 2008-06-17 2008-11-19 中国科学院过程工程研究所 Apparatus and method for measuring middle and low-temperature smelt surface tension, density and wettability
RU2459194C2 (en) * 2010-05-17 2012-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method of determining density of high-temperature metallic melts (versions)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU276509A1 (en) *
CN101308077A (en) * 2008-06-17 2008-11-19 中国科学院过程工程研究所 Apparatus and method for measuring middle and low-temperature smelt surface tension, density and wettability
RU2459194C2 (en) * 2010-05-17 2012-08-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method of determining density of high-temperature metallic melts (versions)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2570238C1 (en) * 2014-07-01 2015-12-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method and device for analysis of metal alloy specimen density and/or surface tension
RU2663321C1 (en) * 2017-06-19 2018-08-03 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) Method and device for determining surface tension and/or density of molten metals
RU2757008C1 (en) * 2020-11-12 2021-10-08 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for determining physical parameters of drop sample of metal melt and apparatus for implementation thereof
CN113776992A (en) * 2021-08-27 2021-12-10 河北光兴半导体技术有限公司 Method for testing surface tension of melt
CN113776992B (en) * 2021-08-27 2024-02-23 河北光兴半导体技术有限公司 Method for testing surface tension of melt
CN117288637A (en) * 2023-10-30 2023-12-26 东莞市晟鼎精密仪器有限公司 High-temperature vacuum contact angle wetting analysis instrument
CN117288637B (en) * 2023-10-30 2024-05-31 东莞市晟鼎精密仪器有限公司 High-temperature vacuum contact angle wetting analysis instrument

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2517770C1 (en) Method to distribute density of metal melts
US10088402B2 (en) Thermo-gravimetric apparatus
US9753509B2 (en) Imaging apparatus for thermal analyzer and thermal analyzer including the same
JPS5814615B2 (en) Ekitaino Kaimendoden Isokuteihouhohououoyobi Sonosouchi
RU127924U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING DENSITY OF METAL MELTS
KR20010013012A (en) Method and apparatus for operation control of melting furnace
JP3409259B2 (en) High temperature observation device
US11460425B2 (en) Thermal analyzer
RU2663321C1 (en) Method and device for determining surface tension and/or density of molten metals
RU131180U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING DENSITY OF METAL MELTS
US3571476A (en) Heating element and electric furnace equipped with such an element
Edwards et al. A High Temperature X‐Ray Diffraction Camera
JP2011037640A (en) Apparatus and method for growing single crystal
RU2561313C1 (en) Method and device of surface tension and/or density of metal melts determination
CN208594301U (en) Digital pcr detector
RU178676U1 (en) A device for studying the physical properties of drop-like samples of metal melts
US10823650B2 (en) Direct thermal injection thermal analysis
RU2806360C1 (en) Device for measuring density and surface tension of metal melts
RU151874U1 (en) MEASURING COMPLEX FOR REGISTRATION OF SPECTRAL MELT CHARACTERISTICS
RU2709436C1 (en) Device for determining smoke formation in a laboratory electric furnace
RU162207U1 (en) DEVICE FOR FASTENING REFRIGERABLE MATERIALS INSIDE THE HIGH PRESSURE CAMERA FOR EXPERIMENTS WITH LASER HEATING
Comstock Jr et al. A radiation technique for measuring the freezing points of refractory oxides
RU2202747C2 (en) Laboratory furnace for optical investigations
SU1718077A1 (en) Installation for measuring linear expansion coefficients of solid
US3218925A (en) Microscope furnace stage

Legal Events

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

Effective date: 20141127