Устройство для крепления электронагревателя в электропечи

Авторы патента:

Вьюхин Владимир Викторович (RU)

Конашков Виктор Васильевич (RU)

Цепелев Владимир Степанович (RU)

Поводатор Аркадий Моисеевич (RU)

G01N27/14 - электрически нагреваемого тела в зависимости от изменения температуры

Владельцы патента RU 2531066:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)

Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу материалов путем определения вязкости и электрического сопротивления и плотности высокотемпературных металлических расплавов. Предлагается устройство для крепления электронагревателя в электропечи, содержащее, по крайней мере, два соединительных элемента электронагревателя, являющиеся и токоподводами, нижний фланец электропечи, имеющий, по крайней мере, два фланцевых узла крепления, также являющихся токоподводами, и, по крайней мере, два болтовых соединения. При этом в каждом из фланцевых узлов крепления выполнено клиновидное углубление, в клиновидном углублении каждого из фланцевых узлов крепления размещен, по крайней мере, один соединительный элемент электронагревателя, кроме того, в устройство введены, по крайней мере, два клиновидных элемента фиксации крепления, по крайней мере, один из которых размещен в клиновидном углублении каждого из фланцевых узлов крепления, а болтовые соединения осуществляют функцию зажатия клиновидных элементов фиксации крепления соединительных элементов электронагревателя во фланцевых узлах крепления. Технический результат - ускорение и упрощение замены электронагревателя, упрощение и удешевление экспериментов. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к технической физике, а именно - к анализу материалов путем бесконтактного фотометрического определения кинематической вязкости и удельного электрического сопротивления нагреваемого тела в зависимости от температуры, в частности, к определению кинематической вязкости, относительной электропроводности и плотности высокотемпературных металлических расплавов.

Многопараметрическое бесконтактное фотометрическое определение физико-химических параметров высокотемпературных (t_пл=1000…2000°C) металлических жидкостей и расплавов, прежде всего вискозиметрия - определение кинематической вязкости в образце, помещенном в тигель объемом несколько кубических сантиметров, который подвешен на упругой проволоке внутри вакуумной электропечи, а также бесконтактное определение электропроводности (электросопротивления) образца способом вращающегося магнитного поля, позволяют проводить анализ материалов и давать рекомендации для получения сплавов с заданными характеристиками на предприятиях, в частности, корректировать технологические режимы. В основе анализа термозависимостей многокомпонентных промышленных расплавов лежат сведения о температурных зависимостях физических характеристик металлов, причем определяемые параметры связаны между собой соотношениями, количественно совпадающими с экспериментами. Анализ двух структурно чувствительных термозависимых параметров - вязкости и удельного электросопротивления, позволяет выделять особые температурные точки, в частности, температуру начала гистерезиса t_г, критическую t_кр и температуру аномального изменения свойств расплава t_ан, а также гистерезисные характеристики цикла «нагрев - охлаждение». Экспериментальное определение термозависимостей каждого из вышеуказанных параметров, в том числе гистерезиса (ветвления термозависимостей) и его особенностей, осуществляет высококвалифицированный персонал в процессе сложного многочасового эксперимента, характеризуемого большим энергопотреблением и многочасовыми подготовительными работами, в том числе связанными с подготовкой, установкой или заменой электронагревателя вакуумной электропечи.

Известно устройство крепления электронагревателя электропечи, используемое при определении параметров расплавов в образце, помещенном в тигель, который подвешен на упругой проволоке внутри цилиндрического тонкостенного - меньше 0,6 мм молибденового электронагревателя вакуумной электропечи, состоящего из двух полуцилиндров, соединенных в верхней части, или при аналогичном бесконтактном определении электропроводности образца способом вращающегося магнитного поля - см. пат. РФ №2454656 - аналог. Также известно устройство для определения методом объемометрии геометрии так называемой «большой капли», т.е. измерения поверхностного натяжения и плотности лежащей на подложке внутри цилиндрического молибденового электронагревателя эллипсовидной капли образца расплава - см. пат. РФ №2459194 - аналог.

Известно устройство для крепления электронагревателя в электропечи, содержащее водоохлаждаемые полые токоподводы - стержни, по крайней мере, два электронагревательных элемента крепления, являющиеся и токоподводами, нижний фланец электропечи, имеющий, по крайней мере, два фланцевых элемента крепления, также являющихся токоподводами, и, по крайней мере, два болтовых соединения, причем положение этого устройства фиксируют по отношению к токоподводам на нижнем фланце вакуумной электропечи, в частности, посредством болтовых соединений - см. П.П. Арсентьев и др. «Физико-химические методы исследования металлургических процессов», Металлургия, 1988, с.56,57, рис.1.18 - прототип. В изотермической зоне электронагревателя помещен тигель с изучаемым расплавом, подвешенный на упругой проволоке внутри этого электронагревателя. В процессе экспериментов вследствие повышенной плотности электротока в области болтовых соединений электронагревательных элементов крепления происходит их перегрев. Образуются дефекты в электронагревателе, которые увеличивают его электрическое сопротивление, например, в виде трещин или отверстий, с частичным испарением материала электронагревателя. Кроме того, из-за вышеотмеченной высокой плотности электротока происходит неконтролируемое изменение магнитного поля электронагревателя и, соответственно, неконтролируемое изменение магнитного поля в исследуемом образце. Это ухудшает результаты экспериментов, в частности, в случае вышеотмеченного бесконтактного определения электропроводности образца способом вращающегося магнитного поля. В дальнейшем, как следствие, ускоряется перегорание электронагревателя. Кроме того, при прогорании электронагревателя, обычно молибденового, пары молибдена оседают внутри электропечи где угодно, в том числе в образце исследуемого расплава и могут изменить его характеристики. Конструктивно электронагреватель содержит дополнительные крепежные элементы, содержащие отверстия болтовых соединений в элементах крепления электронагревателя к нижнему фланцу и токоподводам. Подобная конструкция сложная, обладает невысокой надежностью и, кроме того, создает дополнительные термомеханические напряжения, особенно нежелательные при высокотемпературных экспериментах. Отсюда возможны замедление, усложнение и удорожание экспериментов и их непредсказуемый срыв.

Поэтому возникает необходимость оперативной замены электронагревателя, в том числе не только в процессе подготовки эксперимента, но и непосредственно во время собственно эксперимента, который длится несколько часов. При этом простота процедуры и скорость замены электронагревателя приобретают первостепенное значение.

Недостатками аналогов и прототипа являются наличие у электронагревателя специальных крепежных элементов в виде отогнутых элементов с отверстиями в электронагревателе, необходимость подготовки и совмещения отверстий крепежных элементов электронагревателя со стержневыми фланцевыми элементами крепления. Это повышает сложность изготовления электронагревателя и сборки, увеличивает время, требуемое для замены электронагревателя, составляющее по меньшей мере 0,5÷1 час. Кроме того, непредсказуемо возрастает плотность электротока в области болтовых соединений электронагревательных элементов крепления и изменяется конфигурация магнитных полей в электропечи. Следствием этого является замедление, усложнение и удорожание, а также уменьшение надежности экспериментов.

Кроме того, в прототипе ограничена площадь контакта отогнутых элементов электронагревателя с элементами крепления, что ухудшает теплоотвод от электронагревателя и перегревает его, уменьшают длительность работы электропечи, что в конечном счете снижает надежность работы электропечи.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение и ускорение замены электронагревателя, упрощение и удешевление экспериментов, а также улучшение теплоотвода электронагревателя, устранение его перегрева и повышение длительности работы и надежности работы устройства.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство для крепления электронагревателя в электропечи.

Устройство для крепления электронагревателя в электропечи, содержащее, по крайней мере, два соединительных элемента электронагревателя, являющиеся и токоподводами, нижний фланец электропечи, имеющий, по крайней мере, два фланцевых узла крепления, также являющихся токоподводами, и, по крайней мере, два болтовых соединения, отличающееся тем, что в каждом из фланцевых узлов крепления выполнено клиновидное углубление, в клиновидном углублении каждого из фланцевых узлов крепления размещен по крайней мере один соединительный элемент электронагревателя, кроме того, в устройство введены, по крайней мере, два клиновидных элемента фиксации крепления, по крайней мере, один из которых размещен в клиновидном углублении каждого из фланцевых узлов крепления, а болтовые соединения осуществляют функцию зажатия клиновидных элементов фиксации крепления соединительных элементов электронагревателя во фланцевых узлах крепления.

Совокупность отличительных признаков предложенного технического решения обеспечивает возможность упрощения и ускорения замены электронагревателя, упрощение и удешевление экспериментов, а также улучшение теплоотвода электронагревателя, устранение его перегрева и повышение длительности работы и надежности работы устройства.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:

фиг.1 - блок-схема устройства для крепления электронагревателя в электропечи в сборе;

фиг.2 - деталировка устройства для крепления электронагревателя в электропечи;

фиг.3 - известный по прототипу (а) и предлагаемый (б) электронагреватели.

Блок-схема устройства для крепления электронагревателя в электропечи в сборе приведена на фиг.1, деталировка устройства для крепления электронагревателя в электропечи приведена на фиг.2. На фиг.3 приведены варианты конструкций электронагревателей известного (а) по прототипу и предлагаемого (б). Высокотемпературная вакуумная камера электропечи (на схеме не показано) содержит соединительные элементы электронагревателя 1, тигель с изучаемым расплавом (на схеме не показано), водоохлаждаемые токоподводы 2, основание фланцевого узла крепления 3, подпятник фланцевого узла крепления 4, подвижный клиновидный элемент фиксации крепления 5.

Соединительные элементы электронагревателя 1 выполнены из молибденовых 1÷3-слойных тонкостенных полуцилиндров диаметром 30 мм с толщиной стенки 0,2÷0,8 мм, причем его нижняя часть не содержит крепежных элементов. Контейнер представляет собой керамический цилиндрический сосуд, подвешенный на упругой проволочной подвеске в изотермической зоне соединительных элементов электронагревателя 1. Керамический тигель с исследуемым расплавом, объемом до нескольких десятков см³ находится в контейнере (на схеме не показаны) внутри соединительных элементов электронагревателя 1. Медные стержневые полые водоохлаждаемые токоподводы 2, рассчитанные на ток около 1 кА, жестко соединены, например, пайкой, с медным основанием фланцевого узла крепления 3. Стальной подпятник фланцевого узла крепления 4, содержащий отверстия для болтовых соединений, жестко зафиксирован, например, болтовыми соединениями, на основании фланцевого узла крепления 3. Подвижный клиновидный элемент фиксации крепления 5 выполнен из меди и содержит соосные отверстия для болтовых соединений (на схеме не показано) с подпятником фланцевого узла крепления 4. Нижний фланец электропечи и водоохлаждаемая вакуумная камера (на схеме не показаны) выполнены из нержавеющей стали.

Внешний вид предлагаемого соединительного элемента электронагревателя 1 приведен на фиг.3(б), для сравнения на фиг.3(а) показан аналогичный элемент, выполненный по прототипу.

Крепление соединительного элемента электронагревателя 1 электропечи осуществляют следующим образом. Ослабляют болтовые соединения (на схеме не показано), посредством которых соосно соединены подпятник фланцевого узла крепления и подвижный клиновидный элемент фиксации крепления 5, который выдвигают вверх и в сторону. Таким образом расширяют углубление между основанием фланцевого узла крепления 3 и подвижным клиновидным элементом фиксации крепления 5, из этого углубления вынимают соединительный элемент электронагревателя 1. При его установке порядок действий обратный: в углубление вставляют соединительный элемент электронагревателя 1, затем подвижный клиновидный элемент фиксации крепления 5 вдвигают в углубление и болтовыми соединениями (на схеме не показано), находящимися в соосных отверстиях подвижного клиновидного элемента фиксации крепления 5 и подпятника фланцевого узла крепления 4, притягивают его к упомянутому подпятнику, при этом соединительный элемент электронагревателя 1 жестко фиксируют, а углубление уменьшают практически до нуля. Вся процедура занимает примерно 5 минут, что в 5÷10 раз быстрее по сравнению с прототипом. При этом не требуется наличие крепежных элементов у соединительного элемента электронагревателя 1, что удешевляет и упрощает его конструкцию, а также устраняет неравномерность плотности протекающего через него тока и соответствующие изменения конфигурации магнитного поля.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает возможность упрощения и ускорения замены электронагревателя, упрощение и удешевление экспериментов, а также улучшение теплоотвода электронагревателя, устранение его перегрева и повышение длительности работы и надежности работы устройства.

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.

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой способ и устройство для бесконтактного измерения удельного электрического сопротивления металлического сплава методом вращающегося магнитного поля и может использоваться для анализа материалов, в частности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии, путём бесконтактного определения электрического сопротивления нагреваемого тела в зависимости от температуры.

Датчик водорода // 2525643

Изобретение относится к анализу материалов, в частности, для определения содержания водорода и может быть использовано при изготовлении газоанализаторов водорода в космической технике, автомобильной промышленности, химической промышленности и т.д.

Способ измерения концентрации метана и устройство для осуществления этого способа // 2510499

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля концентрации метана в атмосфере горных выработок и шахт. Предлагаемый способ измерения концентрации метана основан на использовании термокаталитического сенсора с рабочим и сравнительным элементами, размещенными в реакционной камере с диффузионным доступом анализируемой среды.

Полупроводниковый газовый сенсор // 2509303

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях для контроля довзрывных концентраций взрыво-пожароопасных газов и газовых смесей.

Способ определения аномалий на политермах свойств высокотемпературных металлических расплавов (варианты) // 2477852

Изобретение относится к технической физике, а именно к способам контроля и измерения свойств веществ, и предназначено для определения аномалий на политермах свойств высокотемпературных металлических расплавов.

Способ неразрушающего теплового контроля состояния арматуры в протяженных железобетонных изделиях // 2473892

Изобретение относится к неразрушающему тепловому контролю и может быть использовано для контроля состояния протяженных железобетонных изделий, имеющих основную металлическую продольную несущую арматуру (например: опоры линий электропередач, балки, сваи, трубы и т.п.), применяемых в различных отраслях хозяйства в процессе производства, строительства и эксплуатации.

Способ определения газочувствительных характеристик и электрофизических свойств газочувствительного элемента в частотной области // 2439547

Изобретение относится к области измерения электрических характеристик наноразмерных газочувствительных материалов, в частности к измерению комплексной проводимости газочувствительных материалов, и может быть использовано в производстве сенсоров газа, основанных на полупроводниковых неорганических материалах сложного состава, а также для синтеза структур пленки эквивалентной схемой.

Газоанализатор водорода // 2371710

Изобретение относится к области измерения концентраций водорода и может быть использовано для контроля газовой атмосферы в помещениях промышленных предприятий с опасными условиями производства, в частности для обеспечения водородной взрывобезопасности под защитной оболочкой АЭС и взрывозащитных камер.

Способ определения концентрации водорода в присутствии газообразных примесей // 2371709

Изобретение относится к измерительным средствам для исследования и анализа газов при помощи электрических средств, в частности полупроводниковых сенсорных датчиков, и может быть использовано в системах пожарной сигнализации, сигнализаторах опасных газов и газоанализаторах.

Способ определения концентрации примеси газа в воздухе // 2279066

Изобретение относится к области аналитической химии, в частности к области анализа газовых смесей, и может быть использовано для определения типов различных газов и их количественного содержания в воздухе.

Способ определения удельного электросопротивления расплавов и устройство для его осуществления // 2535525

Группа изобретений относится к технической физике, а именно - к анализу материалов путем бесконтактного определения методом вращающегося магнитного поля электросопротивления образца в зависимости от температуры, в частности - к определению относительной электропроводности металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии. Способ определения удельного электросопротивления расплавов, при котором тигель с расплавом подвешивают коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец упругой проволоки закреплен в узле фиксации. При этом перед исследованием расплава изменяют длину рабочей части упругой проволоки путем обеспечения неподвижности верхнего конца рабочей части упругой проволоки относительно узла фиксации. Устройство для определения удельного электросопротивления расплавов содержит тигель с расплавом, подвешенный коаксиально в цилиндрической электропечи на нижнем конце рабочей части упругой проволоки, верхний конец которой закреплен в узле фиксации. При этом в него введены струбцина и штифт, закрепленный некоаксиально в узле фиксации, струбцина закреплена на штифте с возможностью ее перемещения вдоль штифта и имеет средство для закрепления в струбцине верхнего конца рабочей части упругой проволоки. Технический результат - обеспечение сокращения времени экспериментов и их упрощение при определении электросопротивления различных сплавов в случае их смены. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для измерения температурных параметров сверхпроводников // 2556273

Изобретение относится к устройствам для исследования сверхпроводников с помощью электрических и магнитных средств и позволяет обеспечить высокую точность измерения температурных параметров сверхпроводников. В корпусе устройства установлены две катушки индуктивности. Оси катушек ориентированы параллельно друг другу и поверхности образца, расположенного между катушками. Для уменьшения поля рассеяния первичной катушки и увеличения величины спада сигнала при переходе в сверхпроводящее состояние катушки индуктивности выполнены с прямоугольным поперечным сечением и установлены меньшей стороной прямоугольника параллельно поверхности образца. Механизм регулировки и фиксации расстояния между образцом и поверхностью криоагента обеспечивает исключение влияния конвекционных паров вблизи поверхности криоагента. Корпус устройства выполнен из двух половин. Образец сверхпроводника установлен в плоскости разъема корпуса для обеспечения точности фиксации положения сверхпроводника относительно катушек индуктивности и поверхности криоагента. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Полупроводниковый газовый сенсор // 2557435

Изобретение может быть использовано в газоанализаторах, газосигнализаторах и газовых пожарных извещателях. Полупроводниковый газовый сенсор содержит корпус 1 реакционной камеры 2, выполненный из коррозионно-стойкой стали. Корпус 1, с торца закрытый сеткой 3 из проволоки диаметром 0,03…0,05 мм шагом 0,05…0,07 мм из нержавеющей стали. В корпусе 1 по центру реакционной камеры 2 на контактных проводниках 4 установлен шарообразный полупроводниковый газочувствительный элемент 5 при помощи проводов нагревателя 6 и измерительного проводника 7. Внутри полупроводникового газочувствительного элемента 5 размещен нагреватель 6 в виде цилиндрический пружины, внутри которой по ее оси и по диаметру шарообразного полупроводникового элемента 5 расположен прямой измерительный проводник 7. Нагреватель 6 и измерительный проводник 7 газочувствительного элемента выполнены из платиновой проволоки диаметром 0,015…0,03 мм, при этом нагреватель выполнен 2…8 витками этой проволоки с диаметром витков 0,3…0,6 мм. Пространство вокруг прямого измерительного проводника 7 и внутри цилиндрический пружины нагревателя 6 заполнено газочувствительным составом SnO2, вокруг которого (и нагревателя 6) расположен шарообразный пористый и газочувствительный слой 5 из In2O3; внешний диаметр которого составляет 0,8…0,9 мм. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности, а также существенное улучшение механической прочности, долговременной стабильности, быстродействия и устойчивости к воздействию внешних факторов. 8 ил., 4 табл.

Способ анализа состава газовой среды // 2586446

Изобретение относится к области газового анализа, а именно к способам распознавания состава многокомпонентных газовых смесей. Задачей изобретения является разработка способа анализа состава газовой среды путем измерения полного сопротивления (импеданса) газочувствительного полупроводникового слоя, сегментированного набором компланарных электродов в составе мультисенсорного чипа, при воздействии различных газовых сред, позволяющего проводить их качественное распознавание. Техническим результатом является увеличение точности анализа состава газовой среды с помощью мультисенсорного чипа согласно принципам работы прибора вида «электронный нос» за счет увеличения количества характеристик, используемых для построения векторного отклика, чувствительного к виду газовой среды, путем определения набора параметров, изменяющихся при воздействии газов, по измерениям спектра (или частотной зависимости) импеданса отдельных сенсорных сегментов чипа. Важной особенностью способа является применение низких частот (10-2-102 Гц), в котором изменение импеданса, обусловленное адсорбцией газов, учитывает медленные процессы токопереноса в газочувствительном полупроводниковом материале, что определяет соответствующее изменение элементов эквивалентной электрической цепи, используемое в данном способе для решения задачи анализа газового состава. При этом измерение бòльшего количества сенсорных сегментов чипа позволяет увеличить размерность анализируемого векторного сигнала и повысить точность идентификации газа. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ электрометрического измерения производной химического потенциала по температуре и устройство для его осуществления // 2617149

Изобретение относится к области электрометрического анализа химического потенциала μ c помощью модуляции температуры T и может быть использовано для исследования характеристик имеющихся и для конструирования новых элементов наноэлектроники. Предложен способ измерения ∂μ/∂T, который позволяет измерить ∂S/∂n в двумерных системах с изменяемой концентрацией n. В изобретении используется модуляция температуры структуры, изготовленной на поверхности исследуемого образца, и электрически эквивалентной плоскому конденсатору, одной из обкладок которого является исследуемое вещество, и последующее измерение возникающего тока перезарядки структуры. При этом структура (образец) размещается в экранирующем внешние электрические поля и теплопроводящем контейнере, обеспечивающем однородность температуры по площади образца. В случае если исследуемое вещество является двумерной системой с перестраиваемой концентрацией носителей заряда, то дополнительным результатом измерений является определение энтропии системы. Технический результат – повышение точности и достоверности измерения химического потенциала и энтропии. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство для определения параметров ленточных сверхпроводников // 2628452

Использование: для определения физических свойств сверхпроводников. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для определения параметров ленточных сверхпроводников включает генератор, частотозадающий элемент генератора, соединенную с генератором катушку индуктивности, приемник, частотозадающий элемент приемника и соединенную с приемником катушку индуктивности, катушки индуктивности генератора и приемника расположены с зазором, обеспечивающим возможность размещения между катушками индуктивности ленточного сверхпроводника, а полосы пропускания частот частотозадающих элементов генератора и приемника совпадают не менее чем на половине ширины полосы частот частотозадающего элемента, имеющего меньшую ширину пропускания. Технический результат: обеспечение возможности высокой точности и воспроизводимости результатов измерений. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.