способ определения чувствительности термобиметалла

Классы МПК:G01N25/16 путем определения коэффициента теплового расширения 
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Янышев Павел Клименьтьевич,
Горьков Николай Николаевич
Приоритеты:
подача заявки:
1991-11-21
публикация патента:

Использование: измерительная техника, может найти применение при разработке чувствительных к изменению температуры элементов, выполняющих измерительные, регулирующие и защитные функции. Сущность изобретения: вместо традиционной оценки чувствительности термобиметалла по деформации использовано температурное напряжение, созданное активным (Eспособ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281)а пассивным (Eспособ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281)п слоями. В результате стабилизации термобиметалла, которая полностью снимает пластические релаксирующие напряжения, получают линейную систему, в которой чувствительность не зависит от температуры в пределах упругих деформаций и определяется как отношение разности температурных напряжений, созданных активным и пассивным слоями, к их сумме, с учетом доли толщины активной и пассивной составляющих. 1 табл.
Рисунок 1

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТЕРМОБИМЕТАЛЛА, заключающийся в измерении приращения дефформации образца путем определения температурного коэффициента линейного расширения на каждой составляющей термобиметалла, отличающийся тем, что используют два образца, изготовленных обработкой резаньем в чистовом режиме, обеспечивающем взаимную компенсацию дефектов структуры поверхностного слоя от теплового и силового воздействий, один из которых выполнен из активной, а другой из пассивной составляющих термобиметалла с заданной нагартовкой, затем стабилизируют образцы и контролируют их состояние до полного удаления пластических внутренних напряжений, измеряют модуль упругости и температурный коэффициент линейного расширения на каждом образце при одинаковой температуре в пределах от характеристической температуры, определяющей излом на кривой температурной зависимости теплоемкости, до максимальной температуры, при которой металл сохраняет упругие свойства, после чего определяют чувствительность термобиметалла способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281o по формуле

способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281

где способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281а, способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281п температурный коэффициент линейного расширения активной и пассивной составляющих;

mа, mп толщина соответственно активной и пассивной составляющих термобиметалла;

Eа, Eп модуль активной и пассивной составляющих.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при разработке конструкции и технологии производства элементов, чувствительных к изменению температуры, характеристической до максимальной, при которой материал сохраняет упругие свойства.

В общем случае оно также может быть использовано для измерения совместимости соединения разнородных материалов.

Термобиметалл может состоять из двух или нескольких слоев металлов или других материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения (ТКЛР) и модулями упругости, соединенных между собой по всей плоскости соприкосновения. Слой материала (составляющая) с большим ТКЛР называется активным слоем, составляющая с меньшим ТКЛР пассивным слоем.

Известен способ определения чувствительности термобиметалла (ЧТБ) [1] основанный на измерения температурной деформации, характеризуемой условной величиной удельного изгиба (А, град-1), или коэффициента чувствительности (Мспособ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281106 град-1).

Основным недостатком его является наличие двух параметров, которые не согласуются между собой, и большое рассеивание их (20-30%).

Известен также способ определения ЧТБ [2] который устанавливает, что на удельный изгиб влияют разность ТКЛР, соотношение толщин слоев и модулей упругости компонентов. Однако практически использовать эти параметры не удалось из-за отсутствия совершенной технологии стабилизации материала и элементов. Пластические внутренние напряжения (ВН) обуславливают нелинейность температурной зависимости ТКЛР, модуля упругости и чувствительности термобиметалла в упругой области, а также необратимые процессы во времени. При этом погрешность не подчиняется вероятностным связям, накопленные в течение более 25 лет данные не позволили внести ясность. Это также вызвано тем, что в используемых опытных формулах для определения чувствительности не учитывается влияние модулей упругости и ТКЛР слоев.

Целью настоящего изобретения является повышение точности и уменьшение трудоемкости определения ЧТБ.

Поставленная цель достигается тем, что изготовляют два образца из активной и пассивной составляющих контролируемого термобиметалла с определенной нагартовкой, обработкой резанием в чистовом режиме, обеспечивающем взаимную компенсацию дефектов структуры поверхностного слоя от теплового и силового воздействий, стабилизируют их до полного удаления пластических ВН, контролируют стабильность образцов по линейной зависимости отклика от воздействия, измеряют на каждом образце ТКЛР и модуль упругости при одинаковой температуре, определяют чувствительность термобиметалла способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281o пределах от характеристической температуры (ХТ) до максимальной температуры, при которой тело сохраняет упругие свойства, по напряжению из уравнения

способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281o способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281

(1) где способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281 Е, m ТКЛР, модуль упругости и толщина соответственно активного и пассивного слоев термобиметалла.

Обработка резанием сопровождается образованием дефектов структуры и соответственно ВН. Опыт показывает, что тепловое и силовое воздействия можно взаимно скомпенсировать, т. е. удалить измененный поверхностный слой и ВН, которые вызывают рассеивание свойств, а также изменение их во времени вследствие релаксации пластических ВН.

Режим такой чистовой обработки подбирают опытным путем, например, чтобы исключить или максимально ограничить приращение частоты продольных собственных колебаний стержня

f способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281 (2) где l длина стержня;

Е модуль упругости;

способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281- плотность материала.

Стабилизацию активной и пассивной составляющих заготовок, а также термобиметалла осуществляют, например, отжигом. Режим отжига определяют опытным путем.

Берут несколько заготовок и измеряют на каждой контрольный параметр, например частоту продольных собственных колебаний стержня. Затем отжигают каждую заготовку при постоянном, например, времени выдержки 2 ч и переменной температуре нагрева. Повторно измеряют воспроизводимую частоту продольных собственных колебаний стержня при комнатной температуре. Вычисляют приращение частоты для каждого стержня (образца) и строят зависимость приращения частоты от температуры нагрева. Определяют максимальное приращение частоты при минимальной температуре, которое характеризует искомые параметры режима стабилизации. При этом пластические ВН в теле удаляют полностью, т.е. получают линейную систему. Стабильность размеров и физических свойств такого тела сохраняется 20-30 лет и более, при этом повышается надежность конструкций. Аналогично определяют время выдержки при стабилизации материала, т.е. задаются температурой нагрева.

В зависимости от выполняемой функции в приборе элемент из термобиметалла может развивать определенные перемещения или развивать только усилие, а в общем случае может сочетать определенное усилие и перемещение. Поэтому чувствительность основное свойство термобиметалла, которое ранее характеризовалось деформацией, является приближенной величиной.

Нами используется удельное напряжение для оценки чувствительности или относительное напряжение. Удельная ЧТБ

способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281y=способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281aспособ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281Eaспособ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281ma-способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281пспособ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281Eпспособ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281mп(3) Относительная ЧТБ

способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281o способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281

(4)

ЧТБ в пределах от максимальной температуры, при которой материал сохраняет упругие свойства (Тм), до ХТ постоянная величина, т.е. константа. Ниже ХТ температурная зависимость способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281, Е и соответственно способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281изменяет угол наклона к оси абсцисс. Выше Тм характеристика нелинейная, т.е. в контролируемом материале образуются пластические релаксируемые ВН. Отсюда следует, что эффективный температурный интервал использования термобиметалла находится в пределах от ХТ до Тм.

Контроль стабильности материала осуществлен по линейности зависимости частоты собственных колебаний от температуры при выдержке до полного выравнивания ее по всему объему образца. Время выдержки определено по прекращению приращения частоты и составило 72 мин.

Модуль упругости термобиметалла определен известным способом по частоте собственных колебаний.

ТКЛР определен известным способом, например с помощью кварцевого дифференциального дилатометра.

П р и м е р Использованы активные и пассивные составляющие термобиметалла ТБ0921 с нагартовкой 50% Для удаления измененного поверхностного слоя образцы обработаны чистовым резанием при V 46 м/мин, t 0,12 мм/ст, S 0,09 мм/об без охлаждения. Резец из сплава Т15К6. Затем на образцах определены параметры режима стабилизирующей обработки для полного удаления пластических релаксируемых ВН. Задаваясь временем выдержки 3 ч 30 мин, определили температуру нагрева Тн560оС. По этим данным стабилизированы образцы. Измерены их ТКЛР и модули упругости составляющих термобиметалла ТБ0921. Результаты сведены в таблицу, где приведены также другие марки термобиметаллов, по справочным данным, а способ определения чувствительности термобиметалла, патент № 2034281 определена по уравнению (1).

Предлагаемый способ определения ЧТБ по сравнению с известными имеет следующие преимущества:

1. Повышение точности определения ЧТБ, что достигнуто введением в расчетную формулу ТКЛР, модулей упругости и толщин активной и пассивной составляющих, а также удаление пластических релаксируемых ВН. ЧТБ-постоянная величина в пределах от характеристической до максимальной температуры, при которой материал сохраняет упругие свойства. Замена контролируемого параметра деформации на напряжение также повышает точность определения ЧТБ.

2. Уменьшение трудоемкости определения ЧТБ в результате стабилизации, превращающей контролируемое тело в линейную систему. Объем испытаний резко уменьшается, стабильность параметров сохраняется 20-30 лет и более, что ликвидирует повторные испытания во времени. Имеется возможность определить заданную ЧТБ расчетным путем без дополнительных испытаний.

3. Регулирование ЧТБ не только за счет использования новых материалов, но и за счет элементов конструкции толщин слоя, а также изменения свойств в широких пределах, например модуля упругости ТКЛР.

Класс G01N25/16 путем определения коэффициента теплового расширения 

способ определения коэффициента теплового объемного расширения жидкости -  патент 2529455 (27.09.2014)
устройство для определения температурного расширения материала образца -  патент 2473891 (27.01.2013)
способ измерения коэффициента термического расширения пленочных образцов -  патент 2392611 (20.06.2010)
способ и устройство для непрерывного контроля качества проволоки из сплава с памятью формы -  патент 2372612 (10.11.2009)
подложка к оптическому дилатометру для измерения анизотропии термического расширения, определения термического коэффициента линейного расширения металлических фольг и малоупругих пленок -  патент 2343464 (10.01.2009)
дилатометрический способ определения морозостойкости бетона -  патент 2340887 (10.12.2008)
способ дифференциального дилатометрического экспресс-анализа образцов исследуемых материалов в контрастных структурных состояниях -  патент 2300758 (10.06.2007)
микроскоп с термолинзой -  патент 2299456 (20.05.2007)
способ определения неоднородности температурного коэффициента линейного расширения оптической заготовки -  патент 2254567 (20.06.2005)
анализатор -  патент 2195653 (27.12.2002)
Наверх