Термоэлектрическое устройство для контроля толщины проводящих покрытий на проводящей основе

Термоэлектрическое устройство для контроля толщины проводящих покрытий на проводящей основе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ НА ПРОВОДЯЩЕЙ ОСНОВЕ, со ,держащее электроды, нагреваемые и холодный, подключенный к электродам блок делений сигналов и соединенный с ним изг4ерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, элек-. троды выполнены из материала основы, на рабочее окончание одного из на1грепаезлт электродов нанесен материал пок{%ггия, а блок деления сигналов подключен к электродам так, что между холодным и каждым из нагреваемых электродов образованы термоэлектричткие цепи.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК gG01N25 3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Н llSTOPCNOMV СВИДВТЮВСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (23.) 3392295/18-25 ! (22) 15.02.82 ! (46) 23 ° 11 ° 83 ° Бюл. М 43 (72) A.А.Лухвич, Н.И.Саванович и В.И.Шарандо (71) Институт прикладной фиэики

AH .Белорусской ССР (53) 539 ° 219.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР ,М 454465, кл. G 01 N 25/30, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

911251, кл ° 6 01 И 25/32, 1980 (G PO TOT H II ) ° (54) (57) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ VCTPOA CTBO ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПРОВОДЯЦИХ

„.Я0„„10 7 А ПОКРЫТИЙ HA ПРОВОДЯЩЕЙ ОСНОВЕ, со,держацее электроды, нагреваемые и холодный, подключенный к электродам блок деления сигналов и соединенный с ним измерительный прибор, о т л ич а ю ц е е с я тем, что, с целью расширения области применения, элек-. троды выполнены иэ материала основы, на рабочее окончание одного иэ нагреваемых электродов нанесен материал покрытия,.а блок деления сигналов подключен к электродам так, что между холодным и каждым из нагревавмых электродов образованы термоэлектрич -.кие цепи.

1056017

Изобретение относится к термоэлектрическому контролю промышленных изделий.

Известно устройство для термоэлектрического контроля изделий, содержащее четыре электрода иэ двух разных 5 металлов, образующие две одинаковые пары, блок деления электрических сигналов и измерительный прибор 1 3.

Недостатками устройства являются невысокие точность и чувствительность 10 измерений вследствие того, что злектроды выполнены из любых двух металлов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является термо- 15 электрическое устройство для контроля толщины проводящих покрытий на проводящей основе, содержащее четыре электрода, образующие две пары, причем одна пара выполнена из материала покрытия, а другая — из материала основы,,блок делейия электрических сигналов и измерительный прибор (2).

Недостатком данного устройства является ограниченная область применения, так как во многих случаях выполнить электроды из материала покрытия экономически нецелесообразно (покрытия из благородных металлов ), а для ряда материалов вообще технологически невозможно. Область применения устройства также сужается из-за наличия большого количества электродов, так как при этом требуется большая площадка на поверхности контролируемого изделия для их размещения при измерениях.

Цель изобретения — расширение

)области применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в термоэлектрическом устройстве 40 для контроля толщины проводящих покрытий на проводящей основе,содержащем электроды, нагреваемые и холодный, подключенный к электродам блок деления сигналов и сое- 4 диненный с ним измерительный прибор, электроды выполнены из .материала основы, на рабочее окончание одного из нагреваемых электродов нанесен материал покрытия, а блох деления сигналов подключен к электродам так, что между холодным и каждым из нагреваемых электродов образованы термоэлектрические цепи.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства (электроды и основа с нанесенным на нее покрытием показаны в разрезе ).

Устройство содержит электроды

1.-3, выполненные из материала основы 4. На рабочее окончание электро- 60 да 1 нанесен слой 5 из материала покрытия 6. Электроды 1 и 2 помещены в .нагреватель 7. Электроды соединены. проводами с входами блока 8 деления сигналов таким образом, что электроТо

Т8

tH-6 н к ды 1,3 и 2,3 в замкнутой цепи с кон тролируемым изделием образуют термоэлектрические цепи и осуществляется деление сигналов в этих цепях. Выход блока 8 деления сигналов. соединен с иэмерительным прибором 9.

Работа устройства основана на использовании распределения температур в системе контактирующих тел, имеющей постоянный подвод и отвод тепла. В отличие от известных технических решений, в которых использовалось лишь распределение температур в контролируемом иэделии { т.е. в системе покрытие — основа), предлагаемое устройство позволяет испольэовать также распределение температур в электроде сравнения..

Устройство работает следующим образом.

Включают нагреватель 7, который доводит температуру электродов 1 и 2 до величины 1и . При этом холодный электрод сохраняет температуру комнаты и контролируемого иэделия

Соединения электродов 1-3 с проводами для предотвращения появления паразитных электродвижущих сил, искажающих результат измерения, поддерживаются при одинаковой температуре

1 (как частный случай, она может быть равна 4K ). Электроды 1-3 приводят в соприкосновение с покрытием б.

Вследствие отвода тепла из электродов

1 и 2 в контролируемое иэделие по сечению электродов и иэделия устанавливается градиент температуры. Известно, что соотношения, определякщие характер температурного поля системы в условиях теплопереноса, в самой общей форме имеет вид

Т -Т

О " . (1) т,-т, - где T — температура в заданной точке, температура теплоотдающего тела, - температура тепловосприни- мающего тела, - функция координат и времени.

В данном случае Т соотве ствуО ет температуре нагревателя 4z, ТВ j

:температуре контролируемого изделия и комнаты к, Т - б, - t - темпе- - ратуре в рассматриваемой точке. F здесь зависит от формы участвующих в контакте тел, толщин нанесенных . слоев, коэффициентов теплопроводности и теплопередачи и т.п., т.е. от геометрических и теплофизических характеристик системы.

Таким образом, выражение (1) име- ет вид

j056017 или

З } С =C 1+ —, (Sl

3 < 2г+3а !

15 g1 если радиус электрода равен радиусу контактной площадки Ф т.е. электрод представляет собой ци. . линдр с плоским основанием, то

20 Э 414+в / (93 о где f -. длина электрода от нагре- вателя до контакта с изделием. д Подставляя выражение (7 }, (8 ) и (9 ) в (4 ) и (5 ) и произведя деление имеем

ЗУ!

+ 2 +З („о) 3 сФ

2r +М

Зд"

2г+ 3d 2 г+ Зд"

3d

2г+ Зд

Зо- Ф

2v З

Е 3d"

T.

2r+ ЗФ

2m+ Зо

Оба выражения связаны с толщиной

40 контролируемого покрытия d и нанесенного слоя д . Поскольку толцину нанесенного слоя можно задать постоянной или сделать больше некоторой величины, после которой ее влияние

45 на отношение термо-ЭДС практически ,постоянно (например, прн d l)t- име. .! 3 ВФ ет место — ь1, — — 1)выражеt 2г+Эс ния (10 ) и (11) зависят только от эО одной переменной величины, и оба могут быть записаны в виде

А 2r "-= + = )фА 1+ — I< (б) э Зг(I

2r+ Зд" где А — некоторая константа, связанная с конструкцией электродове

Таким образом, измерительный прибор 9 предлагаемого устройства изме60 ряет величину, пропорциональную величине контролируемого покрытия б, и может быть проградуирован в соответствующих единицах.

По сравнению с базовым вариантом

6g (ïðèáoð ПИОН, предназначенный для

;где Г - радиус контактной площад-, ки электрода, d — - толщина покрытия б на контролируемом изделии.

Значение температуры ФЭ в зави-, симости от конфигурации электрода

t=t„-(е„- „)i (э)

Рассматривая имеющиеся две термоэлектрические цепи, получаем значения термо-ЭДС для пары с электродом

2 без нанесенного слоя и для пары с электродом 1, имеющим нанесенный слой соответственно

E - +îë (1 й)

Ер Мор (eç Ф4) (И

- где а(рп - коэффициент термо-ЭДС пары материал основы-материал покрытия, ф - температура в контакте с иэделием электрода 2 без нанесенного слоя, Ф2 - температура границы Покрытия б - основа 4 под этим электродом, 43 - температура в контакте с изделием электрода 1 с нанесенным слоем, 44 — температура границы покрытия б — основа 4 под электродом

1 с нанесенным слоем.

Вклад термо-ЭДС, возникающих в контактах электродов 1-3 с соединительными проводами, взаимно компенсируется, так как в обеих парах использованы электроды из одного. материала и .температура соединений одинакова. Термо-ЭДС в контакте холодного электрода 3 с покрытием б и на границе покрйтия б — основа 4 под ним также компенсируют друг друга иэ-эа.равенства соответствующих-температур температуре комнаты Фк .

Производя деление (5} на (4) и учитывая (3 ), получаем

E P -F. ц 3. 4

Х 1 2

Исключается влияние на результат . измерений разности температур и хим. состава покрытия и основы контролируемого йзделия. . Для реальных толщин покрытий на реальных основах выражение (6 ) может быть представлено в более наглядном виде. Дяя толщин покрытий d"<0,1мм и радиусов контактной плоцадки влек трода .а «4 1 мм влиянием теплопровод ности покрытия на температуру в мес,тах контактов разнородных материалов можно пренебречь. Считая температуру в контакте обоих электродов 1 и 2 с контролируемым изделием одинаковой и равной Ф1, имеем

/ Эб"

2 зу \ 3 )

1+

2г лежит между двумя крайними выражениями:

1 ) если радиус электрода много больше радиуса контактной площадки, то выражение для Фэ аналогично выражению для распределения температуры Ф в контролируемом изделии (7 } за исключением тога, что вместо .разности мы имеем сумму и вместо .толщины покрытия d" толцину нане1О сенного слоя d"

1056017

Составитель С. Беловодчзнко

Редактор Н.Лазаренко Техред Т, Фанта Корректор А. Ильин,Заказ 9290/34 THpcUK 873 .ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП " Патент", r.ужгород, ул.Проектная, 4 контроля содержания примесей в сталях по величине отношения термо-ЭДС, который можно испольэовать также для контроля толщин токопроводяцих покрытий на проводящей основе ), устройство позволяет повысить точность изме-. рений толщин покрытий эа счет исклю- чения влияния на результат измерений химсостава и структуры пары покрытие - основа. Оно также может быть использовано, как и базовый при,бор, для контроля примесей в сталях,, причем точность контроля примесей не ниже, чем у базового прибора.