УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ И/ИЛИ ПЛОТНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ

Полезная модель относится к технической физике, а именно к анализу материалов, в частности, к определению физико-химических параметров высокотемпературных металлических расплавов методом геометрии так называемой «большой капли», т.е. путем измерения параметров силуэта лежащей на подложке эллипсовидной капли образца расплава посредством фотометрии. Полезная модель может быть использована в лабораторных исследованиях, на металлургических предприятиях, в вузах.
Известно устройство с использованием одного капельного образца расплава известной массы, помещенного на подложке в высокотемпературной зоне нагрева электропечи горизонтального типа, при котором осуществляют получение фотоспособом, посредством расположенного вне электропечи фотоприемника с объективом, силуэта поперечного сечения эллипсовидной капли, по которому определяют поверхностное натяжение и/или плотность капли - см. пат. РФ №2459194 - аналог.
Известно устройство для определения поверхностных свойств и плотности расплавов с полуавтоматической подачей нескольких образцов в зону нагрева электропечи - 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. 33-40, рис. 6 - аналог. При этом в горизонтальную электропечь загружают несколько образцов, размещают их на вращающейся обойме, выполненной на основе сервомотора и редуктора, и механический толкатель в виде штока последовательно по одному загружает образцы в высокотемпературную зону нагрева и наблюдений. Образец исследуют с помощью метода фотометрии. После изучения образца, посредством этого же штока его выталкивают из зоны нагрева, загружают следующий образец и проводят новое исследование.
Прототипом предлагаемой полезной модели является устройство определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов, содержащее электропечь горизонтального типа с зоной нагрева исследуемых твердых образцов, приспособление, расположенное вне зоны нагрева, предназначенное для одновременного размещения в нем нескольких исследуемых твердых образцов и шток для последовательного перемещения каждого из исследуемых твердых образцов в зону нагрева - см. вышеуказанное Ниженко В.И., Смирнов Ю.И. …, рис. 2. Приспособление представляет собой набор подложек - полочек, расположенных вертикально друг над другом в виде этажерки-кассеты, на каждой из полочек которой размещен один исследуемый образец. Ось горизонтального штока совпадает с горизонтальной осью капельного расплава исследуемого образца, находящегося в зоне нагрева электропечи. Вне электропечи расположены объектив и фотоприемник, который соединен с компьютером Изображение силуэта исследуемого образца, полученное в фотоприемнике, отображается на дисплее компьютера.
Недостатком аналогов и прототипа является последовательное использование во время каждого из исследований единственного образца, после чего данный образец заменяют следующим и исследуют его. Это ограничивает производительность исследований, не обеспечивает одновременное получение параметров изучаемых образцов при одинаковой для образцов температуре, а также не позволяет уменьшить время экспериментов и энергопотребление.
Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение производительности исследований, расширение функциональных возможностей устройства определения параметров поверхностного натяжения и/или плотности, получение изображения и последующего сравнения его параметров по меньшей мере двух изучаемых образцов при одинаковой для этих образцов температуре, а также уменьшение времени экспериментов и энергопотребления.
Поставленная задача решается с помощью предлагаемой полезной модели устройства определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов.
Устройство определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов, содержащее электропечь горизонтального типа с зоной нагрева исследуемых твердых образцов, фотоприемник с объективом, расположенный вне электропечи и соединенный с компьютером, приспособление, предназначенное для размещения в нем исследуемых твердых образцов и шток для последовательного перемещения этих образцов в зону нагрева, отличающееся тем, что шток выполнен с возможностью перемещения в зону нагрева вышеуказанного приспособления, предназначенного для одновременного размещения в нем нескольких вышеуказанных образцов, приспособление выполнено с возможностью его размещения в зоне нагрева вышеуказанной электропечи и возможностью осуществления одновременной видимости в фотоприемнике исследуемых твердых образцов.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1. Блок-схема устройства определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов;
фиг. 2. Схема зоны нагрева электропечи;
фиг. 3. Фотография штока с подложками и образцами;
фиг. 4. Фотоизображение исследуемых образцов на подложках.
Устройство определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов содержит электропечь 1, зону нагрева 2, фотоприемник 3, соосный с размещенной в зоне нагрева электропечи 1 вакуумной камерой горизонтального типа 4, цилиндрический электронагреватель 5, образцы фиксированной массы 6, каждый из них расположен на срезе одной из цилиндрических подложек 7, закрепленных на одном из концов регулируемого штока 8, другой конец которого через вакуумный уплотнительный узел 9 соединен с узлом изменения положения подложки 10, который соединен с блоком сигнализации и управления 11, соединенным с одним из портов компьютера 12, на дисплей 13 которого выводят изображение образцов фиксированной массы 6 на подложках 7.
Электропечь 1 мощностью 20 кВА выполнена в виде оригинальной конструкции, питающейся от силовой сети. Фотоприемник 3 выполнен в виде телекамеры, например, 3372Р Sanyo, или цифрового фотоаппарата с разрешением более 1 Мпиксел и соединен с компьютером посредством USB-кабеля. Цилиндрический электронагреватель 5 выполнен из тугоплавкого немагнитного металла, например Мо, и обеспечивает изотермическую зону нагрева 2. Каждая 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. Узел изменения положения подложки 10 выполнен в виде исполнительного устройства с зубчатыми передачами, например, с применением двух шаговых двигателей - регуляторов холостого хода автомобиля ВАЗ 2112-1148300-01 (03), причем каждый из двигателей производит регулировку штока 8 по одной оси. К одному из портов компьютера 12 подключен блок сигнализации и управления 11, выполненный например, в виде коммутатора на основе транзисторных ключей или реле, он дополнительно содержит типовую схему пороговой сигнализации, например звуковой, в виде автоколебательного мультивибратора частотой 1 кГц на транзисторах КТ315 с нагрузкой в виде динамической маломощной - 0,1 Вт головки.
Используют вышеописанное устройство следующим образом. Подготавливают, например, два изучаемых образца 6, у каждого из которых определяют массу, после чего каждый из них помещают на одну из подложек 7, эти подложки 7 размещают, например, последовательно или в шахматном порядке, на одном из концов штока 8 (см. фиг. 3) в центре вакуумной камеры горизонтального типа 4 в зоне нагрева 2 электропечи 1, после чего вакуумную камеру 4 закрывают. Включают вакуумный насос (на схеме не показано) и электропечь 1, осуществляют начальную стадию эксперимента, при которой регулируют горизонтальность подложек 7, после чего начинают основную стадию эксперимента и наблюдают на дисплее 13 все этапы эксперимента. Изображение на дисплее 13 образцов расплава 6, лежащих на горизонтальных подложках 7, полученное во время одного из экспериментов и приведенное на фиг.
4, подтверждает возможность и целесообразность анализа изображения, получаемого одновременно для нескольких фотометрируемых образцов 6. Например, анализировать можно путем сравнения конечных результатов в виде поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов после компьютерного последовательного расчета каждого из изображений изучаемых образцов 6, или поточечного сравнения, например, разностного, каждого соответствующего пиксела изображений образцов 6 программным способом.
Предложенное техническое решение обеспечивает увеличение производительности исследований, расширение функциональных возможностей определения параметров поверхностного натяжения и/или плотности путем получения изображения и последующего сравнения его параметров по меньшей мере двух изучаемых образцов, а также уменьшение времени экспериментов и энергопотребления. При этом один из изучаемых образцов может быть использован в качестве эталонного.