устройство для измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала

Формула изобретения

1. Устройство для измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала, содержащее систему нагружения, образец, источник тока, систему измерения нагрузки, механически соединенную с образцом, измерительное устройство тока и измерительное устройство напряжения, электрически соединенные с образцом, отличающееся тем, что система нагружения выполнена в виде верхнего и нижнего съемных зажимов, расположенных симметрично по отношению к плоскости контакта, причем к верхней поверхности нижнего зажима и нижней поверхности верхнего зажима жестко прикреплены упругие пластины, в которых выполнены круглые отверстия, с закрепленным в них образцом, в виде двух гранул, верхний зажим имеет возможность возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, а нижний зажим соединен с системой измерения нагрузки, причем в верхнем и нижнем зажимах по оси приложения нагрузки размещены электроды, электрически контактирующие с образцом и электрически соединенные с источником тока и измерительным устройством тока, а упругие пластины электрически соединены с измерительным устройством напряжения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нормальную нагрузку на образец задают с помощью системы вертикального перемещения тубуса микроскопа.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что система измерения нагрузки выполнена в виде тензометрического кольца.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении электросопротивления и площади контакта малых сферических металлических частиц.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала (Кончиц В.В., Мешков В.В., Мышкин Н.К. Триботехника электрических контактов. - Минск: Наука и техника, 1986. - 256 с.), содержащее систему нагружения, образец, источник тока, систему измерения нагрузки, механически соединенную с образцом, измерительное устройство тока и измерительное устройство напряжения, электрически соединенные с образцом.

Недостатками такого устройства являются:

- невозможность измерения на одном устройстве механических и электрических характеристик;

- невозможность измерения электромеханических характеристик контакта двух малых гранул;

- невозможность контролирования факторов (вида упаковки гранул, координационного числа, числа вакансий и т.д.), вносящих неоднозначность в измерение контактных характеристик.

Задачей изобретения явилось расширение функциональных возможностей измерительного устройства и повышение точности измерения.

Технический результат достигается измерением характеристик материала, ранее неизмеряемых на одном устройстве, а именно твердости частиц, электросопротивления в контакте только двух частиц, а не их системы.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для измерения контактных характеристик гранул дисперсного металлического материала, содержащем систему нагружения, образец, источник тока, систему измерения нагрузки, механически соединенную с образцом, измерительное устройство тока и измерительное устройство напряжения, электрически соединенные с образцом, согласно изобретению система нагружения выполнена в виде верхнего и нижнего съемных зажимов, расположенных симметрично по отношению к плоскости контакта, причем к верхней поверхности нижнего зажима и нижней поверхности верхнего зажима жестко прикреплены упругие пластины, в которых выполнены круглые отверстия, с закрепленным в них образцом в виде двух гранул, верхний зажим имеет возможность возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, а нижний зажим соединен с системой измерения нагрузки, причем в верхнем и нижнем зажимах по оси приложения нагрузки размещены электроды, электрически контактирующие с образцом и электрически соединенные с источником тока и измерительным устройством тока, а упругие пластины электрически соединены с измерительным устройством напряжения. Нормальную нагрузку на образец задают с помощью системы вертикального перемещения тубуса микроскопа. Система измерения нагрузки выполнена в виде тензометрического кольца.

На чертеже показано устройство для измерения контактных характеристик гранул дисперсного материала.

Исследуемый образец выполнен в виде двух гранул 1 и 2, которые закреплены в системе нагружения, выполненной в виде съемных верхнего и нижнего зажимов 3, 4, расположенных симметрично по отношению к плоскости контакта. К нижней поверхности верхнего зажима 3 жестко прикреплена упругая пластина 5. К верхней поверхности нижнего зажима 4 жестко прикреплена упругая пластина 6. В упругих пластинах 5, 6 выполнены отверстия 7, 8, в которых закреплены гранулы 1, 2. Упругие пластины 5, 6 служат одновременно потенциальными электродами, электрически соединенными с измерительным устройством напряжения в виде милливольтметра 9. В верхнем зажиме 3 и нижнем зажиме 4 по оси приложения нагрузки размещены электроды 10 и 11. Электроды 10, 11 контактируют с образцом в виде гранул 1, 2 и включены в последовательную электрическую цепь, содержащую источник тока 12 и измерительное устройство тока в виде миллиамперметра 13. Верхний зажим 3 с гранулой 1 и электродом 10 установлен в оправе 14 на тубусе микроскопа 15 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в горизонтальной плоскости. Нижний зажим 4 с гранулой 2 и электродом 11 механически соединен с системой измерения нагрузки в виде тензометрического кольца 16 посредством шарика 17 и оправки 18, которая размещена во втулке 19 с возможностью свободного вертикального перемещения. Втулка 19 жестко закреплена в столике микроскопа 20. Тензометрическое кольцо 16 через шарик 21 установлено на основании 22. На тензометрическом кольце 16 наклеены тензорезисторы, образующие тензометрический датчик 23. Тензометрический датчик 23 включен в мостовую схему тензоусилителя 24, выходной сигнал которого регистрирует цифровой вольтметр 25.

Устройство работает следующим образом. Образец в виде двух металлических гранул дисперсного материала 1, 2 закрепляют в отверстиях 7, 8 упругих пластин 5, 6 соответственно. С помощью системы вертикального перемещения тубуса микроскопа 15 прикладывают нормальную нагрузку к образцу 1, 2. По показаниям предварительно протарированного вольтметра 25 определяют величину нормальной сжимающей силы. Включают источник тока 12 и пропускают через образец 1,2 постоянный ток. Величину силы тока измеряют миллиамперметром 13, разность потенциалов на образце измеряют милливольтметром 9. По величине разности потенциалов на образце и величине силы тока определяют электрическое сопротивление образца.

С помощью системы вертикального перемещения тубуса микроскопа 15 разгружают образец. С помощью системы вертикального и горизонтального перемещения тубуса микроскопа 15 наводят оптическую систему на поверхность контакта нижней гранулы 2. С помощью оптической системы тубуса микроскопа 15 измеряют диаметр отпечатка на грануле 2. По величинам диаметра отпечатка и сжимающей силы определяют твердость материала в контакте двух гранул 1 и 2.

Данное устройство может найти применение при разработке методов лабораторного контроля сырья и полуфабрикатов для изделий порошковой металлургии. Раннее выявление брака исключает дорогостоящие операции, проводимые на бракованном сырье или полуфабрикате при изготовлении деталей методами порошковой металлургии.

С помощью этого устройства можно контролировать качество исходного сырья - гранул дисперсного материала. По величине электрического сопротивления контакта гранул можно контролировать состояние их поверхности: шероховатость, химическую чистоту, степень окисления, наличие других загрязнений. По величине твердости гранул можно контролировать их механические свойства, искажение кристаллической структуры, наличие внутренних пор и т.п.