SU911281A1

SU911281A1 - Thermoelectric device for determination of metal and alloy chemical composition and structure

Info

Publication number: SU911281A1
Application number: SU802947230A
Authority: SU
Inventors: Александр Александрович Лухвич; Николай Иванович Саванович; Владимир Иванович Шарандо
Original assignee: Институт Прикладной Физики Ан Бсср
Priority date: 1980-06-26
Filing date: 1980-06-26
Publication date: 1982-03-07

Description

Изобретение относитс к нераэрушающему контролю материалов.This invention relates to non-destructive testing of materials.

Известно устройство дл измерени толщин гальванических покрытий, содержащее нагреваемый и холодный электроды, контактирующие в процессе измерени с контролируемым покрытием, и соединенный с электродами измерительный прибор 1.A device for measuring the thickness of electroplated coatings is known, which contains heated and cold electrodes that are in contact with a controlled coating during the measurement process, and a measuring device 1 connected to the electrodes.

Однако в этом устройстве услови теплопередачи, а следовательно, и термо-ЭДС сильно завис т от состо ни поверхности, чистоты обработки , усили прижима электродов к изделию , стабильной разности температур электродов, химического состава и структуры покрыти и основы.However, in this device, the conditions of heat transfer, and hence the thermo-emf, strongly depend on the state of the surface, the purity of the treatment, the pressing force of the electrodes to the product, the stable temperature difference between the electrodes, the chemical composition and structure of the coating and the substrate.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому вл етс тер| оэлектрическое устройство дл , опЕз делени химического состава и структуры металлов и сплавов, содержащее четыре электрода из двух разных металлов, образующие две одинаковые пары, блок делени электрических сигналов и измерительный прибор . Устройство позвол ет устранить вли ние, на результат измерений качества обработки поверхности издели , ее шероховатости и т. д. Этот эффектThe closest technical solution to the proposed is ter | an electrical device for the separation of the chemical composition and structure of metals and alloys, containing four electrodes of two different metals, forming two identical pairs, a unit for dividing electrical signals and a measuring instrument. The device allows you to eliminate the effect on the measurement result of the quality of the surface treatment of the product, its roughness, etc. This effect

возможен при выполнении электродов из любых двух металлов, поэтому в большинстве случаев принимаютс во внимание лишь требовани к их прочности и износостойкости(например, в приведенном случае электроды выполнены из закаленной стали и кобальта ) 2 .possible when making electrodes of any two metals, so in most cases only the requirements for their strength and wear resistance are taken into account (for example, in the above case, the electrodes are made of hardened steel and cobalt) 2.

Однако использование указанного However, the use of the specified

10 устройства дл определени толщины .покрытий приводит к сложным зависимост м измер емой величины от искомого параметра.При этом в данном устройстве не исключаетс вли ние 10 of the device for determining the thickness of the coating leads to complex dependencies of the measured value on the desired parameter. However, this device does not exclude the effect

15 на результат измерений структуры и химического состава пары покрытие подложка .15 on the result of measurements of the structure and chemical composition of the coating substrate pair.

Целью изобретени вл етс повы20 шение точности контрол толщины провод щих покрытий на провод щей основе .The aim of the invention is to improve the accuracy of controlling the thickness of conductive coatings on a conductive base.

Поставленна цель достигаетс тем, что в термоэлектрическом уст25 ройстве дл .определени химического состава и -структуры металлов и сплавов , содержащем четыре электрода, блок делени электрических сигналов и соединенный с ним измерительный This goal is achieved by the fact that in a thermoelectric device for determining the chemical composition and structure of metals and alloys, containing four electrodes, a unit for dividing electrical signals and a measuring unit connected to it

30 прибор, одна пара электродов выполнена из материала покрыти , а друга - из материала основы. При этом электроды могут быть вы полнены в виде металлических стержней с нанесенным на них слоем диэлектрика , поверх которого нанесен на одну пару материал покрыти , а на другую - материал основы. С помощью этого устройства можно определ ть как толщину провод щих покрытий на-провод щей основе, так и структуру/ и химический состав металлов и сплавов. Согласно расчету термоэлектричес кой цепи, образованной двум электр дами и провод щим прокрытием на про вод щей основе, измер емый ток в об щем случае выражаетс формулой -LEnndTTRlfpJ .ПэЗ где Э - ток в измерительной цепи; R - сопротивление измерительно цепи; Е - термо-ЭДС пары покрытие подложка; Е - - термо-ЭДС пары покрытие электрод; Rp - сопротивление источника те мо-ЭДС ; Кщ- шунтирующее сопротивление холодных участков пары покрытие - подложка. При этом Обпэ fc- Etin - ci-nri t где температура в точке сопроти лени гор чего электрода с покрытием; tj- температура пары покрытие подложка; oL Mdt коэффициенты термо-ЭДС пар подложка - покрытие и покры тие - электрод соответстве но. Дл пары электродов, выполненно из материала пркрыти , « О, следовательно , и Ерд О, и ток в изме рительной цепи равен 3n -i--Un9(i--rb;jR-b . Дл пары электродов, выполненно из материала основы, сле довательно, величина тока в измери тельной цепи в этом случае )Ь, + t. Если разделить сигналы с этих д ПНР.электродов, получаем -.П тг-- IT -Г- t«VRlL V -l+RuilRo Полученна величина не зависит коэффициентов термо-ЭДС материалов покрыти и основы. Отношение -т и определ ютс радиусом контактной площади электрода .г и толщиной контролируемого покрыти f , Дл практически используемых материалов и температур эти отношени могут быть рассчитаны с высокой степенью точности и составл ют г. G t , , Зб - 1+ Если обозначить Gfr через k подставить выражени (6) в (5), Получим )(i + П 1 + (1 + 2г 2 гЗ- (-|- kU 3k + 4). (7) Из (7) видно, что при посто нном радиусе контактной площадки отношение ОоЮп зависит только от толщины покрыти . Здесь нет зависимости от температур t и 2. следовательно , нет зависимости от условий теплопередачи (состо ние, поверхности чистоты обработки, усили прижима электродов к изделию и т. д.). Кроме того, отношение 3o/Jn не зависит от коэффициентов термо-ЭДС otpn т.е. не зависит от структуры и химического состава покрыти и подложки. Вследствие этого возрастают стабильность показаний устройства и точность контрол толщины покрытий. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 один из электродов, разрез. Устройство содержит электрода 1-4, два из них нагреваемые (электроды 1 и 3) и два холодные (2 и 4). Нагреваемые электроды 1 и 3 помещены в нагреватель 5. Электроды 1 - 4 в зависимости от материала выполнени составл ют две пары. Одца пара электродов, например нагреваемый электрод 1 и холодный электрод 2, выполнена из материала покрыти б, друга пара - нагреваемый электрод 3 и холодный электрод 4 - выполнена из материала подложки 7. Обе пары электродов соединены с блоком 8 делени электрических сигналов, к которому подсоединен измерительный прибор 9. Электрод состоит из металлического стержн 10 с нанесенным на него слоем диэлектрика 11, поверх диэлектрика 11 нанесен материал 12, идентичный материалу покрыти 6 дл пары электродов 1 - 2 (фиг. 1) и идентичный материалу подложки 7 дл пары электродов 3-4 (фиг. 1). Устройство работает следующим образом. Включают нагреватель 5, который доводит температуру нагреваемых электродов 1 и 3 до температуры t. Холодные электроды 2 и 4 имйют при30 is a device, one pair of electrodes is made of a coating material, and the other is of a base material. In this case, the electrodes can be made in the form of metal rods with a dielectric layer applied on them, on top of which the coating material is applied on one pair, and the base material on the other. With this device, it is possible to determine the thickness of the conductive coatings on a conductive basis, the structure and the chemical composition of metals and alloys. According to the calculation of a thermoelectric circuit formed by two electrodes and conductive coating on a conductive basis, the measured current is generally expressed by the formula -LEnndTTRlfpJ. Where P is the current in the measuring circuit; R is the resistance of the measuring circuit; Е - thermo-emf of the vapor coating substrate; Е - - thermo-emf of the electrode coating; Rp is the impedance of the source of those MO-EMF; Shchto-shunt resistance of the cold areas of the coating-substrate pair. At the same time, Obpe fc- Etin is ci-nri t where the temperature is at the point of resistance of the coated hot electrode; tj is the temperature of the pair covering the substrate; oL Mdt thermo-emf coefficients of substrate – coating and coating – electrode pairs are appropriate. For a pair of electrodes, made of a material of the cover, "O, therefore, is Erd O, and the current in the measuring circuit is 3n -i - Un9 (i - rb; jR-b. For a pair of electrodes, made of base material, consequently, the current value in the measuring circuit in this case is b, + t. If we separate the signals from these diagrams of the electrodes, we get -.Tr-- IT -G- t "VRlL V -l + RuilRo. The obtained value does not depend on the thermo-emf coefficients of the coating materials and the substrate. The ratio is t and is determined by the radius of the contact area of the electrode .g and the thickness of the controlled coating f. For materials and temperatures used in practice, these ratios can be calculated with a high degree of accuracy and are g Gt,, Gb - 1+ If we denote Gfr by k substitute the expressions (6) into (5), We obtain) (i + P 1 + (1 + 2r 2 hz- (- | - kU 3k + 4). (7) From (7) it can be seen that at a constant radius the contact area, the ratio of OUx depends only on the thickness of the coating.There is no dependence on temperature t and 2. Therefore, there is no dependence on conditions heat transfer (condition, surface finish, pressing force of electrodes to the product, etc.). In addition, the ratio of 3 / Jn does not depend on the coefficients of thermo-emf otpn i.e. does not depend on the structure and chemical composition of the coating and substrate As a result, the stability of the readings of the device and the accuracy of the control of the thickness of the coatings increase. Fig. 1 shows a diagram of the proposed device; 2 one of the electrodes, the cut. The device contains electrodes 1-4, two of which are heated (electrodes 1 and 3) and two cold (2 and 4). The heated electrodes 1 and 3 are placed in the heater 5. The electrodes 1-4, depending on the material of execution, are two pairs. The pair of electrodes, for example, heated electrode 1 and cold electrode 2, is made of coating material b, the other pair — heated electrode 3 and cold electrode 4 — is made of substrate material 7. Both pairs of electrodes are connected to an electrical signal separation unit 8 to which measuring device 9. The electrode consists of a metal rod 10 with a dielectric layer 11 deposited on it, a material 12, identical to the coating material 6 for a pair of electrodes 1 - 2 (Fig. 1) and identical to the material buckle 7 for the electrode pair 3-4 (FIG. 1). The device works as follows. The heater 5 is turned on, which brings the temperature of the heated electrodes 1 and 3 to the temperature t. Cold electrodes 2 and 4 have at

этом комнатную температуру t,,. После того,как нагреваемые электроды 1 и 3 прогреютс до температуры t, все четыре электрода привод т в соприкосновение с покрытием 6. При этом образуютс две замкнутые электрические цепи, в которых под действием термо-ЭДС возникают токи, проход щие через блок 8 делени электрических сигналов. С блока 8 делени электрических сигналов на измерительный прибор 9 поступает частное от делени этих токов. Оно, как видно из формулы (7), зависит только от толщины покрыти 6. Следовательно, шкала измерительного прибора 9 градуируетс в единицах измерени толщины покрыти б.this room temperature t ,,. After the heated electrodes 1 and 3 are heated to a temperature t, all four electrodes are brought into contact with the coating 6. In this case, two closed electrical circuits are formed, in which under the action of thermo-emf there are currents passing through the electric division block 8 signals. From the unit 8 for dividing the electrical signals, the measuring device 9 receives the quotient from the division of these currents. It, as can be seen from formula (7), depends only on the thickness of the coating 6. Therefore, the scale of the measuring instrument 9 is graduated in units of measurement of the thickness of the coating b.

Claims

Claim 1. Thermoelectric device for determining the chemical composition and structure of metals and alloys, containing four electrodes, a unit for dividing electrical signals and a measuring device connected to it, characterized in that, in order to increase the accuracy of controlling the thickness of conductive coatings One pair of electrodes is made of a coating material, and the other is made of a base material.

2. A device according to claim 1, characterized in that the electrodes are made in the form of metal rods with a dielectric layer deposited on them, on top of which the coating material is applied to one pair and the base material to the other.

5 Sources of information

taken into account in the examination

1.Suvorov L.M. Thermoelectric method for measuring the thickness of electroplated coatings. -Zavodskaya laubori, 1969, no. G, pp.959-962.

2. Authors certificate of the USSR 454465, cl. G 01 N 25/30, 1973 (prototype).

Yes.