УПРУГАЯ ПОДВЕСКА ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

Полезная модель относится к технической физике, а именно - к анализу материалов, в частности, путем изучения зависимости параметров вязкости и относительной электропроводности образцов металлов и сплавов, находящихся в тигле в жидком и/или твердом состоянии, от температуры.
Основой использования упругой подвески для изучения зависимости параметров от температуры является линейная связь угла закручивания этой подвески φ≤10÷15 градусов с параметрами изучаемых образцов металлов и сплавов, находящихся в тигле, коаксиально подвешенным на конце этой подвески в электропечи.
i
i
Известно устройство для бесконтактного оптического измерения удельного электросопротивления металлов и сплавов в жидком и/или твердом состоянии методом вращающегося магнитного поля и устройство для его реализации - см. Г.В. Тягунов и др. - Измерение удельного электросопротивления методом вращающегося магнитного поля. - Заводская лаборатория. Диагностика материалов. Москва, 2003, №2, том 69, 35-37, - аналог. Тигель с измеряемым образцом или эталоном подвешивается на упругой подвеске в виде тонкой проволочной нити внутри вертикальной электропечи во вращающемся магнитном поле, создаваемом тремя парами катушек, питающихся от трехфазной силовой сети, при этом индукционные токи в образце создают магнитный момент. Образец взаимодействует с внешним магнитным полем, создается вращательный момент, которому противодействует упругость проволочной нити. При фиксированном значении параметров магнитного поля и упругой проволочной нити, а также геометрии, массы и плотности эталонного и изучаемого образца, электросопротивление однозначно связано с длиной L, диаметром D и упругостью нити, отражаемыми углом отклонения φ≤10÷15 градусов при закручивании упругой подвески как в случае эталона, так и образца, который определяют по отклонению отраженного светового луча на шкале.
i
i
Прототипом полезной модели является устройство для измерения электросопротивления металлического расплава методом вращающегося магнитного поля - см. пат. РФ №2457473, включающее упругую подвеску для вертикальной электропечи, выполненную в виде металлической нити длиной L и диаметром D, на нижнем конце которой подвешен коаксиально тигель с изучаемым сплавом.
i
i
Как аналог, так и прототип предназначены для изучения высокотемпературных сплавов, например на основе Fe, Co, Ni. При этом для данной установки, описанной в прототипе или аналоге длина L металлической нити составляет, например, 650 мм, а ее диаметр D равен 0,08 мм.
i
i
i
i
i
Недостатком как аналога, так и прототипа является то, что они не обеспечивают точность измерений при использования одной и той же исследовательской установки для изучения сплавов с существенно отличающимися свойствами, например, на основе Al, т.е. более низкотемпературных или наоборот, если установка предназначена для изучения низкотемпературных сплавов, но возникла потребность в исследовании высокотемпературных сплавов. Для сохранения точности необходим угол отклонения φ≤10÷15 градусов, соответствующий значению +/-80% от всей измерительной шкалы. Однако при изучении сплавов с существенно отличающимися свойствами возникает ситуация, когда вместо этих +/-80% регистрируют, например, +/-10% либо выходят за края измерительной шкалы. Различные сплавы вызывают либо увеличение амплитуды упругих колебаний и соответствующего колебания светового луча, вплоть до его выхода за пределы шкалы, или наоборот, уменьшение в виде сжатия этих колебаний до узкой области вблизи нулевых значений. В этих случаях снижается точность измерений. Такая ситуация возникает, например при первоначальном изучении сплавов на основе Fe, применения проволочной нити определенной длины L и диаметра D, а при последующем измерении, например сплавов на основе Al, применения нити с другой длиной L или диаметром D, т.е. замены одной упругой подвески на другую. Может оказаться, что при каком-то определенном размере установки в ней недостаточно высоты, требуемой для упругой подвески с длиной L, необходимой для изучения других сплавов. При этом усложняется подбор параметров упругой подвески и, в конечном итоге, затрудняется изучение на одной и той же установке сплавов с существенно отличающимися свойствами, например, вышеуказанных высокотемпературных и низкотемпературных, с минимальным влиянием различий, обусловленных прежде всего упругой подвеской, являющейся одним из основных элементов измерительной установки. Кроме того, отсутствует возможность сравнить результаты экспериментов с вышеотмеченными сплавами, полученные на одной и той же установке.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей исследовательской установки, в том числе обеспечение точности измерений на одной и той же установке сплавов с существенно отличающимися свойствами, например, высокотемпературных и низкотемпературных, а также обеспечение возможности сравнения результатов экспериментов с различными сплавами, полученных на этой установке.
Для решения поставленной задачи предлагается полезная модель упругой подвески для вертикальной электропечи.
i
i
i
i
i
i
i
i
i
Упругая подвеска для вертикальной электропечи, выполненная в виде металлической нити длиной L и диаметром D на нижнем конце которой подвешен коаксиально тигель с изучаемым сплавом, отличающаяся тем, что в ней используются преимущественно различные нихромовые нити, длина L которых находится в пределах 250÷649 мм, диаметр D находится в пределах 0,09÷0,16 мм, отношение длины L и диаметра D равное K=(L/D), находится в пределах 1560÷7211.
Кроме того, нить выполнена многожильной.
Кроме того, нить имеет круговое сечение.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечивают расширение функциональных возможностей исследовательской установки, в том числе обеспечение точности измерений при изучении на одной и той же установке сплавов с существенно отличающимися свойствами, например, высокотемпературных и низкотемпературных, путем обеспечения величины закручивания упругой подвески на угол φ=10÷15 градусов и колебания светового отраженного луча, соответствующие измеряемому углу φ в пределах +/-80% от всей измерительной шкалы, а также возможности сравнения результатов экспериментов с различными сплавами, полученных на этой установке.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом блок-схемы исследовательской установки, приведенной на фиг. 1.
Исследовательская установка содержит вертикальную электропечь 1, тигель с расплавом 2, упругую подвеску 3, узел фиксации 4.
3
В качестве вертикальной электропечи 1, тигля с расплавом 2, упругой подвески 3. используют узлы, описанные выше в прототипе - см. пат. РФ №2457473, и аналоге - см. Г.В. Тягунов и др., которые предназначены преимущественно для изучения высокотемпературных сплавов, например на основе Fe, Co, Ni.. Объем исследуемого образца расплава в тигле составляет 0,5 см. Узел фиксации 4 представляет собой съемный диск, например, металлический. Упругая подвеска выполнена в виде проволочной нити, например, из нихрома, и имеет длину L=650 мм при диаметре D=0,08 мм. При изучении посредством этой же исследовательской установки сплавов, например, на основе чистого Al, упругая подвеска, которая также выполнена в виде проволочной нити из нихрома, должна иметь длину L=550 мм при диаметре D=0,08 мм, что обеспечивает величину закручивания упругой подвески на угол φ=10÷15 градусов и колебания светового отраженного луча, соответствующие измеряемому углу φ в пределах +/-80% от всей измерительной шкалы. В данном случае обеспечена стандартная процедура эксперимента без увеличения сортамента упругой подвески в виде
проволочной нити. Применение для упругой подвески материала, имеющего другие параметры, например, модуль упругости, или сечение подвески, представляющее собой не круг, а например, квадрат или многоугольник, усложняет эксперименты, поскольку требуются новые калибровочные процедуры.
4
Известно, что угол закручивания φ для упругой подвески с круговым сечением пропорционален ее длине L и обратно пропорционален четвертой степени значения диаметра D при прочих равных условиях - см. Зиновьев В.А. и др. «Краткий технический справочник», ч. 1, Гос. изд. технико-теоретической, литературы, М., - Л., 1949, с. 310-311:
4
φ~(L/D)
i
i
i
Очевидно, что наибольшее влияние на величину определения угла закручивания φ упругой подвески имеет ее диаметр D. Поэтому выбор длины L и диаметра D упругой подвески, а также их соотношения осуществляют эмпирически в зависимости от габаритов и конструкции электропечи, а также имеющегося сортамента проволочной нити. По экспериментальным данным авторов предлагаемой полезной модели, для изучения как низкотемпературных сплавов, таких как оловянно-свинцовые припои, так и высокотемпературных сплавов, на основе Fe, Co, Ni, на одной и той же измерительной установке, оптимальными являются: длина L, находящаяся в пределах 250÷649 мм, диаметр D, находящийся в пределах 0,09÷0,16 мм, отношение длины L и диаметра D равное K=(L/D), находится в пределах 1560÷7211. Кроме того, при повышенных требованиях к коаксиальности положения тигля в электропечи может быть использована упругая подвеска, выполненная в виде многожильной проволоки, например двух- или четырехжильной.
i
i
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является обеспечение расширения функциональных возможностей измерительной установки путем использования упругой подвески с длиной L и диаметром D находящимися в предлагаемом диапазоне значений. Это в конечном итоге обеспечивает возможность сохранения точности измерений при изучении на одной и той же установке сплавов с существенно отличающимися свойствами, например, высокотемпературных и низкотемпературных, поскольку обеспечивает величину закручивания упругой подвески на угол φ=10÷15 градусов и колебания светового отраженного луча, соответствующие измеряемому углу φ в пределах +/-80% от всей измерительной шкалы. Это также обеспечивает возможность сравнения результатов экспериментов с различными сплавами, полученных на этой установке.