Устройство для определения локальной температуры плавления
Владельцы патента RU 2246720:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" (RU)
Изобретение относится к теплофизике и предназначено для определения температуры плавления или размягчения твердых веществ. Устройство содержит нагреватель, подвижный теплопроводный стержень, группу контактов, один из которых прикреплен к стержню, а другой способен перемещаться вдоль оси стержня, датчик температуры и регистрирующий прибор. При этом стержень соединен с корпусом нагревателя пружиной, допускающей регулировку усилия. Рабочий конец стержня заточен в виде конуса. Датчик температуры прикреплен к заточенному концу стержня. Между нагревателем и поверхностью образца расположен теплоизолирующий стакан. Контактная группа расположена близко к рабочему концу стержня. Изобретение обеспечивает измерение локальной температуры плавления или размягчения твердых тел без подготовки специальных образцов, при наличии наклона и кривизны поверхностей, а также снижение трудоемкости измерений. 1 ил.
Изобретение относится к теплофизике, в частности к устройствам для определения температуры плавления или размягчения твердых веществ.
Известно устройство для определения температуры плавления твердых тел, содержащее нагреватель, датчик температуры, регистрирующий прибор, две симметрично расположенные подложки, между которыми расположен исследуемый образец, причем верхняя подложка подвижна и снабжена гибким контактом, соединенным с регистрирующим прибором [1].
В этом устройстве, при плавлении образца, верхняя подложка перемещается вниз, контакт размыкает электрическую цепь, и регистрирующий прибор фиксирует максимальную температуру.
Устройство имеет следующие недостатки. При нагреве происходит температурное расширение подложек, гибкий контакт сжимается и размыкание контакта происходит не в начальный момент размягчения образца, а с некоторым запаздыванием. По этой же причине образец должен иметь толщину, достаточную для срабатывания контакта. Образец для исследования должен быть специально подготовлен, то есть устройство нельзя использовать как средство неразрушающего контроля.
Известно устройство для определения температуры плавления, содержащее нагреватель, датчик температуры, регистрирующий прибор, две осесимметрично расположенные подложки в виде трубчатых стержней, между которыми расположен исследуемый образец, причем верхняя подложка подвижна и снабжена подвижной группой контактов, расположенной на конце стержня, удаленном от образца, причем один из контактов соединен с подвижной подложкой (стержнем), а другой может перемещаться только вверх, контакты соединены с регистрирующим прибором [2].
По сравнению с предыдущим аналогом контакты выполнены подвижными. При нагревании, вследствие расширения, оба контакта поднимаются, а при плавлении образца стержень опускается и происходит размыкание контактов. То есть подвижные контакты обеспечивают компенсацию температурного расширения. Однако контакты расположены на конце стержня. При работе устройства в момент начала плавления конец стержня продолжает подниматься из-за нагревания и опускается вследствие плавления образца. То есть температурное расширение компенсируется не полностью и при малой толщине образца устройство может не сработать. Устройство также не предназначено для неразрушающего контроля. Движение верхнего стержня вниз происходит вследствие силы тяжести, и устройство нельзя использовать при большом наклоне. В рассмотренных выше устройствах после проведения измерений необходимо очищать подложки от остатков расплавленного материала, что повышает трудоемкость измерений.
Задачей изобретения является обеспечение измерения локальной температуры плавления или размягчения твердых тел, включая различные покрытия, без подготовки специальных образцов и без нанесения крупных повреждений, в том числе при наличии наклона и кривизны поверхностей, а также снижение трудоемкости измерений.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для определения температуры плавления, содержащем нагреватель, подвижный теплопроводный стержень, подвижную группу контактов, один из которых прикреплен к стержню, а другой способен перемещаться вдоль оси стержня, датчик температуры и регистрирующий прибор, подключенный через подвижную группу контактов, согласно изобретения, стержень соединен с корпусом нагревателя пружиной, допускающей регулировку усилия, рабочий конец стержня заточен в виде конуса, датчик температуры прикреплен к заточенному концу стержня, между нагревателем и поверхностью образца расположен теплоизолирующий стакан, контактная группа расположена близко к рабочему концу стержня, и подвижный контакт выполнен в виде упругого элемента, способного удерживаться в стакане за счет сил трения.
То, что стержень соединен с корпусом обогревателя пружиной, допускающей регулировку усилия, позволяет обеспечить регулирование усилий в зоне контакта с исследуемым образцом и обеспечивает работоспособность устройства при работе в наклонном положении. То, что стержень заточен в виде конуса и датчик температуры прикреплен к заточенному концу стержня, позволяет точнее локализовать зону нагрева и обеспечивает измерение температуры в зоне нагрева. Кроме того, заточенный конец стержня легко очистить от остатков расплавленного материала. Теплоизолирующий стакан позволяет повысить температуру образца вблизи точки измерения, что снижает градиент температуры и повышает точность измерения. То, что контактная группа расположена близко к рабочему концу стержня, и подвижный контакт выполнен в виде упругого элемента, способного удерживаться в стакане за счет сил трения, обеспечивает подвижность контактов, что позволяет компенсировать влияние температурного расширения и кривизны поверхности образцов.
На чертеже изображено устройство для определения локальной температуры плавления.
Устройство для определения локальной температуры плавления, изображенное на чертеже, содержит нагреватель 1, подвижный теплопроводный стержень 2, подвижную группу контактов 3 и 4, причем контакт 3 прикреплен к стержню 2, датчик температуры 5 и регистрирующий прибор 6, подключенный через подвижную группу контактов 3 и 4. Конец стержня 2 выполнен с резьбой и соединен с корпусом нагревателя пружиной 7 с помощью гайки 8 и рамки 9. Для регулировки усилия имеется шкала 10. Рабочий конец стержня 2 заточен в виде конуса, датчик температуры 5 прикреплен к заточенному концу стержня 2. Между нагревателем 1 и поверхностью образца 11 расположен теплоизолирующий стакан 12. Контакты 3 и 4 расположены близко к рабочему концу стержня, подвижный контакт 4 выполнен упругим и контактирует со стенками стакана 12. Для удобства перемещения и установки подвижного контакта к стержню 2 прикреплено кольцо 13.
Устройство для определения локальной температуры плавления работает следующим образом. Перед началом работы стержень 2 выдвинут и кольцо 13 сдвигает подвижный контакт 4 вниз. При установке устройства на образец стержень 2 перемещается внутрь, контакты 3 и 4 вступают в контакт и контакт 4 устанавливается внутри стакана 12 в некоторое начальное положение. Пружина 7 растягивается, а гайка 8, рамка 9 и шкала 10 позволяют отрегулировать усилие. Нагреватель 1 нагревает теплопроводящий стержень 2 и тепло передается в зону контакта стержня 2 и образца 11. Датчик температуры 5 подает сигнал на регистрирующий прибор 6. Вследствие температурного расширения стержня 2 подвижные контакты 3 и 4 смещаются внутри стакана 12. В момент начала плавления образца 11 стержень 2 смещается в сторону образца, контакты 3 и 4 размыкаются и регистрирующий прибор 6 фиксирует максимальную температуру.
В момент начала плавления образца 11 продолжается температурное расширение стержня 2 и начинается движение стержня 2 в сторону образца 11. Но контакты 3 и 4 расположены близко к рабочему концу стержня 2 и влияние температурного расширения мало. Поэтому контакты 3 и 4 размыкаются при малых перемещениях стержня 2. Это позволяет определять локальную температуру плавления при малых повреждениях образца 11 и определять температуру плавления сравнительно тонких образцов и покрытий. Устройство работоспособно при наличии наклона и кривизны поверхности образца 11. Для проведения измерений не требуется специальная подготовка образца 11. После проведения измерения заостренный конец стержня 2 легко очистить от остатков расплавленного материала. Отсутствие необходимости подготовки образцов и простота чистки снижают трудоемкость измерений.
Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает достижение указанного технического результата, а именно обеспечение измерения локальной температуры плавления или размягчения твердых тел, включая различные покрытия, без подготовки специальных образцов, в том числе при наличии наклона и кривизны поверхностей, а также снижение трудоемкости измерений. Кроме того, устройство может быть изготовлено малогабаритным, что позволяет производить измерения в труднодоступных местах.
Устройство для измерения локальной температуры плавления может быть использовано в научных исследованиях и для неразрушающего контроля свойств различных материалов и покрытий, например покрытий трубопроводов, резервуаров и аппаратов в химической промышленности.
Источники информации:
1. Патент США №3289460, 1960 г.
2. А.с. СССР №842527. “Устройство для определения температуры плавления”. Опубл. Бюл. №24 1981 г.
Устройство для определения локальной температуры плавления, содержащее нагреватель, подвижный теплопроводный стержень, подвижную группу контактов, один из которых прикреплен к стержню, а другой способен перемещаться вдоль оси стержня, датчик температуры и регистрирующий прибор, подключенный через подвижную группу контактов, отличающееся тем, что стержень соединен с корпусом нагревателя пружиной, допускающей регулировку усилия, рабочий конец стержня заточен в виде конуса, датчик температуры прикреплен к заточенному концу стержня между нагревателем и поверхностью образца расположен теплоизолирующий стакан, контактная группа расположена близко к рабочему концу стержня и подвижный контакт выполнен в виде упругого элемента, способного удерживаться в стакане за счет сил трения.
