Линчевский Б.В. Техника металлургического эксперимента

Подождите немного. Документ загружается.

ре3 уплотнения

та'к' что мо)к1]о произв'одить враща'гель-

нь|е

и поступательнь1е

движет!ия

деталей

индуктора. |]оле

инду|ктора

возбу>кдает в кольце вихревь1е

токи, вследст_

вие

чего

о,н

действует

как

обратньлй виток

ста'6илизиру_

ет поло}кение

металла

индукторе.

|!од

и,ндуктором на

//;

вращающемся поддоне

расположена

изло)кница

для

замора)кивания

кап-

ли

металла

со 1плаком.

!1ндуктор

помещают

под-

готовленнь|й

образеш,

по-

догревают

его'

со3дают

камере

пеци

нух{ную ат-

мосферу

или

вакуум.[ри

дальнейтпем

увеличении

мощности

образец

нани-

нает

<парить>> в индукто_

ре'

а 3атем

полностью

расплавляется.

3ависи-

мости от

природь| метал-

|А, его

массь|' конструк_

ции

индуктора и

подводи-

мой

мощности

длитель-

ность

процесса

составля_

ет

несколько

секунд

или

Рис.

6. €хема печи

для

плавки

ме_

1'1|'-

тз1

ч2п!име!'

талла во взве!пенном состоянии:

медь и

цирконии

<<висят>>

в и}тдукторе по

мин,

алюминий 15 мин'

ко_

6альт и

нио6ий после

рас-

_кольцо;

2-коаксиальттьтй

под-

вод водь|;

корпус печи;

верхняя крь11лка;

5' 9

вакуумпьте

уплотнения;

6*глядслка; 7-сте|(_

ло

гляделки: 8- токоподводьт:

,10

кристаллизатор;

11_нттдуктор;

12-

плавления

сра3у }ке

сте-

#|:}',тт"#",1Ёът;'

;:#3#.

кают

и3ло}кницу.

нцц: 15

нижняя

*р"'9^,'^-]9'^

[иаметр

заготовок

вакуумнь!й

!!туцер; 1/

оптичс-

ский пироме1р;

18_зеркало

для

плавки'

как правило'

не

превь11пает

10-12

мм,

а масса

от

0, 1-0,5

до

25-30 г.

Благодаря

интенсивному

перемешиванию

)кидкого

металла

мох{но

вь|плавлять

металлы

ра3личной

температурой

плавления'

получать

слитки

вь1сокореакционньтх

металлов'

рафинировать

ме_

талль1

от

испаряю1т{ихся

примесей.

Б таких

установках

получали

лить|е

образцьт

галлия

14 индия'

которь|е

при

плавке

в огнеупорнь1х

тиглях

обьтчно

загрязняются

мате-

риалом

тигля.

Бьтравнивание

состава

сплава

установке

1|80

происходит

очень

бьтстро.

2о

|{ри плавке в

|1Б€

происходит значитель,ное и0паре_

ние лету)чих

составля1ощих'

поэ'тому при и|зготовлепи1и

сплавов необходимо

1пихтовать

3аготовку, с

учетом

испа-

ре]]и

я.

Б конце

плав|к].1 вь]кл|очают

ток' ш[еталл

сливают

в из-

лох{ницу

,или

замора)киваюг

в индукто1ре.

€корости кри-

с1'ал]ли3аци|и

достигают

не1ско.льких

ть1'сяч градусов

в се-

кунду''ч'то по3в]оляет

получать исключитель|{о

тонкие

равн'омернь1е

структурь1. _\4о>кно

1пр0изв,одить

достаточно

дл,и'ннь|е

пло'ские'

цилиндри!}еские

обра3ць1

путем после_

довательн0й

отливки

нес1(ольких

плавок' пр}1 этом металл

хор'о1]|о сваривается.

|{Б€

успехо,м

пр'именяют

для

и,с-

следован!ий

равновесия'мета,пла

со'11]лаком'

растворимо-

сти

га'зов

в ш|еталлах.

9стан,о'вки

|!Б€

могут

:бь:т'ь

использова!{ь[

для

иссле_

дования

свой,ств )кидкого

металла'

на1пример

плотности'

поверхн1стного

натях{ения. Фт

АР)'гих

т|ипов

пеней

уста-

новки

[[Б€

отличаю'тся

отсутствием'контакта

металла

огнеуп0р1ной

футеровкой,

хорогпим

переме1шиван'ием,

вьг_

сокой'скоростью

наплавлен.1тя

образца.

!,альнейтпее

\,со-

вершешствование

даннопо

способа

|{033Ф.].|}{1

увели1чить

массу

металла и

удлинить

вь1дер)кку

металла

в >к'идком

состоян|ии.

1ребуют

совер1пенствования

методь1

регулиро_

вания

температурьт

>кидкой

ка[{лу1.

з.

дуговь|Ё

пЁчи

}4спользован.ие

дуги

качестве источника

нагрева

ла-

бораторной

практике }111\,!еет

довольно

ограниченное

п,ри_

менен|ие.

Ёагрев

камерь1 пени

дутюй,,горящей

ме>кду

дйух

электродов'

трудно

,о,существим'

так

ка1к нелегко

добить_

ся

равномерн|ого

!астп!еАеле|1у\я

регулирования

темпе-

ратурь1.

!,ля

вьтплавки

слитков сталей',сплавов

или чи-

сть1х

металлов в

ооновн'ом

пр1именяют

дуповьте

однофаз-

нь1е

вакуумнь1е

(печи'

для

1исследования

вос'ста'новитель_

11ь1х

г{р0цессов!

связаннь1х

феррооплавнь|м

произвФдст_

вом,

дуговь|е 'однофазнь:е.

|!лавку

дуговь|х,печах

производят

медньтй

водоох-

ла>кдаемьтй,кристалливато'р'

[|е.ти

работают

ли,б;о,

в ва-

кууме,

либо в

атмосфере

нейтральйого

газа.

Различают

печи

ра,сходуемь1'м

ил!и

с нерасходуемь|м

электродом.

||ечи

нерасходуемь|м

электродом

предна3наченьт

для

получен'ия

сплавов

виде

небольш:их

,слитков

для

и,ссле_

до'ваний.

ка'честве

]1ерасходуем'ого

эле|кт|рода

пр,именя-

ют 1птангу

и,з

вольфрама.

Раоплавляемьтй

ш:еталл

подается

под

электрод

14л11

раополагается

на

!поддоне

в лунке

или и3л'о}кни,це

под

электродом.

|!ри

включенР1и

дуги

материал

переплав./|яет_

ся' обра3уется

слит0чек металла. Ёа

одном

поддоне м'ох{-

но

вь1плавить не,сколь'ко

'к0мпо3ицип] оплавов

без

переза-

рядки

пе!]и.

Ф,собенн'ое

знач,ен'ие

дуговьте

печи с

нерасходуемь1м

электродом

имеют

для

ванттой

плавки

в водоохла)кда-

емом

тигле.

Фни

назь1ваются

гарни|ссах{нь1ми

ва'куумнь|_

ми

дуговьт!ми

печами.

|1ринци,пиальной

особенностБю

та-

Рис. 7.

€хема

дуговой

вакуум_

ной

печи

расходуемь:м

элек_

тродом:

ш_еханивм

подачи

электРо_

да1.

электрододержатель;

_3_

упдотненпе;

4_электрод;

в8куумная-

камера;

кристал-

лн9атор: /

подвод

тока

кристалл!{затору

ких печей является

медньтй

во_

доохла}кдаемь]й

или

графито-

вьтй тигель' в котором

расплав-

ляют

и вьтдер)кивают в >кид-

ком с0стоянии

переплавляе-

мь|й

металл. Б.цагодаря

вь|со-

кой

теплопроводности

матери-

ала

тигля на

его

стенках обра-

зуется

корка из непроплавлен-

ного

металла

гарниссах(.

|1ри

плавке в печах такого

типа

удается

получать

металл

однородного

химического со-

става'

прои3водить необходи-

мь1е'до6авкп, переплавлять

ра3личную

1шихту

скрап'

стру)кку, брикетьт и т. п. Ра3-

ливку

металла

осуществляют

либо через

дно

(путем

про_

плавления пробки,

закрываю_

щей

отверстие

дне

печи)'

л|46о

при

наклоне чатши'

|1о-

добные

печи

часто

исполь3уют

для

отливки

ра3личнь1х

изде_

л|4й и3

х{аропрочнь1х

сплавов.

[уговьте

печи

расходу-

емь1м

электродом

предна3на-

опкачной

сцспене

чень1

для

вьт1плавки

сл,и'тк,ов. Ба

рис.

показана

схема

ду-

говой

печ|и

расходуемь1м

э'-1ектродом.

|1е'чь

со,стоит

йз

герметичной

камерьт

с прикрепленнь1ш1

к ней меднь|м

водоохла>кдае;мьгм

к'ристалли3атором

тиглем

каме_

ру

печи через

уплотнение

входит

электрододерл<атель

которь|й

соединяется

,с

электродо;м.

9лектрод

круглой

|{ли

квадратной

формь]

мо}кет

бьтть

литьтм'

ковань]м'

ка_

тань|м'

сварнь|м или

прессова'ннь1м.

(а'п:ера

печи свя3ана

'откачной

систе}лой.

.[,ля

плавки

электрод опускают' что_

бьт

он коснулся

днища

кристалли3атора.

Ё2

(ФтФ|Ф€

1(;'12_

дут

п]айбу-затравку

[тз того

)ке материала'

ч'то

пере-

плавляемь|й

электрод.

|(огда

ме)кду

[<онцом

электрода

затравкой во3никает

дуга,

электрод

поднимают'и

уста-

навливают'требуемьте

силу

тока

напря'{ение. ||од

вл'ия_

нием

энергии

дуги

происходит

расплавление

металла'

ко-

торщ

каплями

стекает

в кри,сталл%;381Ф!

и о'бразует

сли-

ток. |{о

мере

раоплавления

электрода

его опускают

вни3.

[угю+вьте

вакуумные

печ}1' как пр,авило'

!аботают

на

постоя||ном

токе

(минус-на

электроде'

плюс-на

кристалли3а'горе)

плАзмБнно-дуговыв

пБчи

н'изкоинтен,€].1в}{,Фй

дуге

на

угольнь1х

электрода.х

температура

м|о>кет

достигать

3600

}(.

Бсли

увели_

чивать

оилу тока

ду'ги

пр].|

постоянном

се({ении ано_

да'

то

плотность

нась1щающего

тока

булет

достигаться

тогда,

к0гда

темпера,тура

конца

а|{ода

булет

равна

темпе:

рацре

кипения

ег0

материала.

этой точке

характе-

ристи!{а

дуги

и3меняется'и

температура

ее скачком

по'вы-

шается

до

7000-8000

к,

с анода

Ёь:р1?вается

;поток

раска-

леннопо

пара

вследствие

вь|сокой

концентраци,и

9нергии

анодном

кратере.

Б ьтс'око'тем'п

ер

а'тур н

шл

аз м

а создается и пр

и,ш1оль-

з'ова|ни'и

водяного пара или инертного

газа'

вдуваемогю

ду'ц.

плазменнь:й

поток с п'омощью магнитн'ого поля

кон-

центрирует'ся

'кольцевом

электроде' со3давая во3мо)к-

}{|ость шолучения

вь]соких тем'ператур.

[аз ин>кектируется в корпус

Ау'гювой

горел:ки.

Бозни-

кает

интен'оивньтй

вихрев'ой поток'

который

вдоль

оси

эдектрода имеет неболь,шую

о'бласть низ'ких

давлен'ий.

этой

обл а'сти |[!Ф}1'€}тФ!,ит'интенси вн

а я и'они3

ция.

Фхл ах<-

.||ё[::д€

внш::н,ей

0бласт1и

дуг}1

{га3ом

делает

ее менее

прово_

дящей,

шоэтому

дуга

<<сх(имается>>

узкий

столб

вдоль

Ф9и 3.||0(т!'ода. 1ак

ка:к газ непрерь1вно

поступает

ка]ме_

ру

пла3менной

горелки'

горя]ча,я

плазма вь:брасьтвается

и3

со|пла.

||од во,здей,ствием

магни'т1ньтх

сил

пла3ма

еще бо_

лее

<<с)к'имается>>'

в0зникает

стол'б

Раскаленной

плаз'мы,

имеющей

темпер,атуру

до

30000

которьтй

мо>кно

ис_

пользовать

для

напрева

и плавления

других

материалов.

.[ля

работы

плазменной

горелки

предпочтителы|{о

исполь3овать

нейтральньтй

газ. |[р,и

это,м

плазменная

струя не так

агрессивно во3действует на нагреваемый ма-

териал.

|!лазмегтньте

на,греватели

зав}1с11]мости

от

ре)кима

ра_

ботьт

разделяются

на

две

группь]. 8

на,гревателях,

рабо-

та}ощих

ре)киме

1плазменн(.)й

стрти,

послед1{яя

представ_

ляет

соб'ой г{оток

газа' сильно нагрето'го

плазматро,не.

Ёагреватели

второй груп1пь1

работают

рех<име

плазмен-

ной

ду,ги,

о'бразующейся

ме>кду нагреваемьтм

изделием

внутренним

электр,одо,м

;пла3ма'трона.

дуга

0бдувае'тся

пот0ком га.3а

в продоль,ном

направлении

сх<имается]

поперечном }!а'правлен'ии

стенками

со,пла

1или

}тагнитнь!м

полем.

Ёа

рис.

&'представлена

схема

дугового

плазматрона.

Фн

имеет

внутренний

электрод

в виде

стержня

расшоло_

)ке,нньтй

со,о'сно с ним

внегпний

электрод'

имеющ:йй

фор;му

сопла. |1ри

п'остоянном

токе

внутрен,ний

электрод

сйуйит

катодом'

а нарух(нь1й

анодом. |]ото,к

газа

вь1дувает

ду-

гу

}13

отверстия

сопла.

дуга

].орит

в ограни'ченном

объеме

с0пла. [аз

нагревается

внутр'и

ка11ала

сопла

,с

боль,тпой

ско1р'остью

вь1рь]вается

из

сопла в

виде

факела.

€,тонки

со,пла

о'тделень1

от

пла3|мьт тонким

слое]!1

холодного

неио_

[и:зир93'""о'го

газа'

которьтй

слу}кит

так)ке

электричес-

кой

,изоляцией.

(уществует

тип

плазматрона,

ко1ором

.||,т|9,||;.11?Б(1}1

металла

с>катой

лугой

плазменная

струя'

под-

веденная

к нагреваемому,и3дел1и1о'

позволяет

возбуди,ть

дуц

мех{ду

внутренним

электродом

пла3}матрона

ивде-

а'1и€й.

]-\}га

проходит

чере3

отверст'ие

сопла'

которое

и ог_

ра-ничивает

ее

диаметр.

Б пр,одольном

направлении

дугу

обдувают

1потоком

га3а'

защищающим

сопло.

металлургических

целях

пла3ме'ннь1й

напрев

мо}(ет

оь]'ть

использован

для

переплава

!подготФБ.[€}{'ЁБ1}

загото_

вок

на,сл1иток

медном

водоохла}кдаем,о|м

кри,сталли3ато-

ре,или

для,плав,ки металла

ваннь]х

печ.ах

огнеупорнь1м

тиглем.

Ёа

ри,с.

представлена

схе}иа

плазменно_Ауговой

пени

огнеупорньтм

тигле1м.

корпус

печи

делается

герметич-

ньтм

с плотно

закрь1вающимся

за'грузочнь]м

окном

зад-

ви)ккой

на

сливном

носке.

!ерез

свод

печи

помощью

уп_

лотнения

вводится

плаз'матрон,

работающий

на

п'остоян-

ном

токе.

футеровку

1подинь1

печи

3аделан

,медньтй

во_

доохла)кдае'мьтй

подовьтй

электрод

анод,

находящийся

в контакте

расплавле1нньтм

металлом.

(атод

из

'молиб-

дена'

тантала'

ванадия

|тл\и

нио'бия

€

3:*1тР{€€йФ:тньт,ми

до-

б авкам.и

з а1кр

еплет{

в медном'

водо1охл

ах{л'.*'й

'1Б['|Б_

2:4

додер)кателе.

Фт

брьтзг металла

катод

защищен меднь|м

водоохла>кдаемь1м

1соплом.

1о,рец

сопла

покрь1т

слоем )ка_

ростойкого

и3оляцио11нот'о

материала

для

предот'враще-

ния поя|вления

<<паразитной>>

дуги

металл

сопло.

(онец

катода

скрь1т в

со!г|ле

на 3-6 мм

это

стабил;и1з]ирует

ду_

Рис.

€хема

плазматрона

Рис.

€хема

плазменно_дуговой

с независимой

дугой:

печи

с керамическим

'тиглем:

]

источник

электпопита-

плазматрон',

уплотненио

ния',

плазмообпа{уюгций

свола]-}

{',овь|й

электрод;

га3;

охлаждаю'щай

во-

разливочное

отверстие

да;

4_катод:

5-сопло;

нагревае[|ь:й

мсталл

гу

умень||]ает

эро3ию

катода.

3ащитньтй

га3

постушает

по

колыцевому

за3ору

ме}кду

корпусом

элек!рододержа-

телем

вдоль

кат'ода

д0пол|.|ительно

через

осевое

отвер_

стие

'кат,ода

отверст].1е

сопла.

€корость

га3'ового

потока

}|е менее

5^м/с

при

силе

тока

3-5

кА. Расход

га3а

со|став_

ляет

1,4-2,0

г/с.

|1лазмен,но-Ау.',,'.

печи

керамическим

тиглем

}'с-

пехом

исполь3уются

.пабораторной

п,рактике.

Фни

про-

ще..

вакшмиьтх

печей,

по13воляют

вести

пр!оцессь!

инерт-

ной

атмосфере'

1исследовать

процессьт

взаим1одействия

ме_

талла

ра3л)ичньтми

га3а,ми'

частности

€ &3Ф1Фт&1.

водо,оо_

дом'

оки|слительнь1ми

газовь]ми

смесями.

Фтсутствие

уг-

,1еродисть1х'электродов

]{сключает

запрязнен;ие

металла

}'глероцом.

.&[о>кно

достичь

вь]соких

дос'таточно

надех{_

но

регул|ируемь1х

температур.

:3ти

печ'и

весь'ма

уд'6н,,

для

исследования

литейньтх

процесоов.

: :у:н

н^о--'0

е о

о :т

п е

е п.[

а },,

с;;;,

еч и

цву

м я ф1

л14

00/|ее

пла3матронаг}{и

представлена

на

рис.

10. |1феплав_

ляемая

ваг'отовка

пл'азматронь: 6,

меднь:й

водоохла}к_

даемый

кристаллизато'р

котором

наплавляется

сл||-

ток

ра,змещаются

в герметичной

камере

[1сточнит<

переменного

или пос'тоянного

тока

1,п0дклю'чается

пла3_

матронам

слитку.

|1лазмег:ные

струи ка}кд0го

,плазма_

Рис. !0.

6хема

плазменно-

дуговой

печи

для

переплава

с несколькими

пла3матрона-

ми

трона

направлень1

на ванну

х(идкого

металла

в кристалли-

3аторе

на торец

3аготовки.

.&1еханизм 8

вращает

и подает

3аготовку

вниз.

входя

сопри-

косновение

пла3меннь|ми

струями'

заготовка

плавится

мёталл по каплям

стекает в

ванну.

|1о

мере

наплавления

слит-

ка

меха'н,и3м

2 вьлтяги|вает

его

из кристалли3атора.

|1роцесс

наплавления

вь1тягивания

слитка происходит

согласо-

ванно и

непрерь1вно.

|[лазматронь|

ра3мещаются

на камере

радиально

вокруг

слитка.

3то позволяет

направ-

лять

плазменную

струю

лю-

бой

унасток

ванньт.

!4спо,цьзо_

ва|{ие

нескольких

пла3матро-

доточить

тепловую

,,.,

'#!

жш3жё'ж]}'!3'Ё!3:

личнь]х

участков

ваннь].

|!ри

этом

мо>кно

переплавлять

металл'

не

подключая

ток

заготовке.

Бсли

х{е

3аготов_

ку

подключить

к пол|осу

и|сточника'

то

до

15-200/9

анод.

ного

тока

мо}кно

отвести

чере3

заготовку.

€литок-метал:

ла..получается

плотнь1м,

без-усадочной

рь1хлости

голов_

н_ой-

части'

без

усалонной

р/кови""'.

м!!алй

;;й;;;;_

3уется

повы|пенной

чистотой

по

неметаллическим

включениям,

однород|{остью

хим ического

состава.

элвктРоннолучввь|Ё

пвчи

€пособ

плавки

электроннь|м

лучом

обладает

ря-

}:: :Р-.'чщоств.

]{?:х<но

ис,ойьзо'ать

1шихту

лю-

оого

вида.

Благоларя

дости}кению

вьтсокой

'.',*р.'у!й,

*]:.:т|"'й

вь|дер}кке

металла

при

ни3ком

давлении

,обе-

спечи'ваются

отл'ичнь|е

услов,ия- лля

ра6йй'";;;;;."-

|1,риц,цц'11

эле](тронн'о;у;;;й

?'.р."'

сост,ои,т

том'

-----!Ф-----.-.

что благодаря

термоэлектронной

эмиоси,и

€ 11Ф8еР*:ЁФ01,}!

накаленн'ого

катода

пр,0и1сходит'испускание

электр,онов,

устром,ляющихся

аноду. Анод

заземляют'

,катод

и3о_

лируют.

&1е>кду

катодом

'и анод0м

1прикладь!ва}0т

ра3,го_

няющее напря}{ен}|е

порядка

|0-30

кБ. 3округ

катода

устанавливают

фокуси?}ющг:Ё:

электрод_пр,о)кект0р'

на-

ходящийся'под

неболь[]им

о'тр]ицательнь|м

потенциалом.

3то

обеспечивает

ну}кн'ое,направление

электронного

луч

а.

||оток

электронов

бомбардир).ет

поверхность

нагре-

ваемой

металлической

заготовй.

(и,нетическая

энергия

электрон0в

прев-р

аща

ется

в теплов-ую.

&1еталл

на!гревает_

ся

|14

плав14тюя.

Расплавле,нньтй

ме|алл

стекает

йедный

водооцла}кдаемь:й

кр1{'сталли]3а

т0р.

9лектрон,получевая

печь

для

плавки

'металш|а

состоит

из,одн,ой

или

нескольких

электроннь1х

пу1пек,

плавильной

ка]||ерьт'

водоохла)кдаемо,го

медного

кристаллизатора'

ва'крмной

Ф?к3ч;}{Фй

ои!сте]\{ь1

|и

исто,чника

питания.

Различают

три

ти'па

электроннолучевь1х

установок:

кольцевь1м

катодом'

радиальнь!ми

аксиальнь|ми

элек-

троннолучевыми

пу1пкам1}|.

220

,180в

220

-,1808

двумя

(6)

кольцевыми

€

сл

ьо

.|^1._.-1!,

€хема

электроннолучево|1

пеии

одннм

(с)

катодами:

,_переплавляемая

1штанга;

2_кольцевой

катод;

3-второй

кольцевой

ка-

]9д1_1_кристалли8атор;

5_механизм

вь:тягивайия

слнтка;

6-|цлюз

Аля

подачи

штанги;

7_плав|1ль11ая

ка-меРа;

в_слн1ой;

9_кайера

сл-нтка|,

л0'_

трансформаторь|

накала

катодов;

йсточнйкй'-'"1с'*'"'

напря)кения

Ёа

прис.

1,1

лредставлена

схема

элект1ро1!нолуневой

пе-

чи

одн|и1м

(9)

лвумя

(б)

кольцевь1ми

като

дймп'

1(оль-

цевой

катод 2,

я'вляясь

из.пучателем

электронов'

нагрева_

ется

пр,и пр'0пускан'ии

по нему

!11еременного

тока

вцського

н'а]пря)кения.

|1ереплавляемая

3а1ютовка

являющаясй

а нодо

м'

подкл 1о'чена к з

зе|у1,п енно

ш1у поло)к1ительному

по-

люсу

вь1прямителя.

|1'реимушество

печей

эт0го

типа

состо'иг в

простот'е

конструкци,и

ш1ень1пем

расходе

электроэнерги'и' что

объя,сняется'отсутствием о'тра)кег1}1я

электронов пучка,

бомбарлирую1цих

металл' так

как

электрическое

поле

полн|остью то!рмозит

электронь]'

отра)каемь!е

от,металла.

(

недостаткам

таких

установо|к

отн,осится

непооредст-

венное

располох{ен'ие

катода

п0близости

от

раоплавляе_

мо'го металла.

|1арьт

,и

брь13ги

металла

о'седают

на кат0_

де

вь1]зь1вают

его

ра|3ру1пение.

1(роме

того''ме)кду

като-

до1м

и электродо|м

во.3никает

элект1р1ический

раз,ряд

вслед-

ств|ие ионизаци'и

[33Ф;БФ[Ф

проме)кутка.

3лектронн!олучевь1е

1печ(и

Р3А1{?льнь:ми

пу1пками

от-

ли1чают1ся от

других

констр,укц}1й

тем, чт'о

ме)кду

катод0м

ра'сплавляемь1м

металлом

устанавл,ивается

ра3гоняю-

щий

электрод. 1ем

самь!\{

зоньт

нагрева

плавления

не

находятся

электриче|ском

поле. Разновидностью

этих

установок

являют.ся

электрон'нолуче,вь1е

пу[пки

с плооким

лучом.

Больтпое

распространение

в лабораторной

пр,ои3вод-

ственной

т{!а;ц7ц113'полу'чил,и

ус'тановки

аксиальнь||ми

эл

ектр

о_нн

ь1 м

пу]пк

а м]и.

3л

ет<т'р,о

1т

н а

я п

у1п,ка

й:]\{

ё€]

катод,

которьтй

а13огр

ев

а ется

бл

ацгода-р

эл ект]э

он ной'бом

арди]

ровке

от

в.спомогательно!.о

катода.

помощью

фокусиру-

ющего

электрода

электроннь|й

пунок

направляется

-в

анодную

д'иафрагму.

:![е>кду

катодьм

анодом

прила,га-

ется

ра]31гоняющее

на|пря)кение

до

к3. 3лектронньтй

пу-

нок,

пр'от?дя

анод

п1о

лучеводу'

1п,о'падает

каме,ру

печи

на

п,оверхно1сть

нагреваемого

объекта.

Бокруг

лучевода

ра0полагаются

электрома,гнитнь1€

[31}1п(;и

откло!!ен,ия |}{

развертки

луча.

_---

Фдттой

и3

лу1ч1ш,их

конструкций

электрон]ньтх

,аксиаль-

нь|х.

пу1пек

являет'ся.

пу|пка

сис|темь1

АрАенна

(гдР).

этой

пугшке

(рис.

12)

,ц,рцу,9'ц6,цд

многока]\1е)р}тая

вакуум_

1:] _чкачка

корпуса.

.[|авление

в 3оне

образован,и"

|йк-

тр0нного

пучка

не

дол)кно превьтшать

1,3-3

шт|!а,

давле_

н'ие

в'плавильн,ой

ка}{ере

печи

и3-за

га3овь|делений

пе-

р@плавляем'ого

металла

мох<ет

,бьтть

вьт:ше

указанной

ве-

:::':Р:

поэтому

данной

'уй""

йй..'."

диафрагйьт,

порегора)кивающие

путь

луча''и

проме)куто,чнь1е

патру,о_

ки-для

вакуумной

о'йачки.

э1о

спосоо.';уБ{

й.1"й.'#Ё"и

работе

печи

по,и

цавле1!ии

]тлавильно,м

пространстве

133

м|1а.

Фокуси,ровка

луча

осуществляется .п1инзам{и 6

Ёепосредственно

плавильной

ка'мере

{рас|толагается

электро'магнитная кату1пка'

ра3верть!вающая

луч

шо по_

верх,ности'объекта.

зависи,птости

от требо,ван,ий тех'ноло-

гии

траектория

луча

мо)кет

меняться в

1пироком

д\4апа-

зоне.

Фс,н'овньтм

преимущест-

в.ом печей

да'нного

типа

является

стабильная

работа

электроннь1х

пу!|]ек'

так

как

они

защищень1

от попадания

паров

металла.

.[,ля

увели_

чения

равномерности

нагре-

ва

и,спользуют

установк!|'

имеющие

несколько

элек.г-

ронньтх

пушек.

3лектрон,но-

луневой

на|грев

п!Р|;м'€!я!Фт

для

вь|плавки

сло)кньтх

ком_

п,озици'оннь1х

составов

на

медном'водо,охла)кдаемо,м

поду-луночная

1плавка.

|1о_

вор1отнь|й

поддон

имеет

не_

сколько

лун,ок'

которь!е

3аранее

помещают

перепла_

вляемую

1пихту.

.[!ля

полунения

кругль1х

образцов

поддоне

мо}кн,о

вь|точить

;кольцевую

ка,нав-

ку

для

1пихть1.

14з

отечественнь1х

ла6о-'

раторньтх

установок

элп-

1А/5о

имеет

мощность

кБт,

ускоряющее

напря-

}кение

30 кБ,

анодньтй

ток

!,7

диаметр

кристалли3а-

тора

30-50

мм

п'ри

длине

слитка

150

мм.

}становка

элп-|^||25

имеет

мощ_

ность

|2Б

кБт,

анодньтй

ток

А,

диаметр

кристалли-

3атора

60-100

мм

при

дли-

не

слитка

300

мм.

|1лавка

в электроннолу-

Рцс.

12' 6хема электронной

пу!шки

системь! Арденна

от печи

3йФ-200:

излунающая

система; 2

_вспо.

могательнь|й

катод;

3_основной

катод; 4_фокусирующий

элек-

трод;

5-анод;

7_магнитньте

линзь:;

8-злектроннь|й

луч; 9_

ванна металла;

,/0

воздушное

ох-

.ца)кдение;

-['

водя|1ое

охлажде-

ние:

!2-

_система

диафрагм;

13_

диффузионнь!м насосам;

14-про-

межуточная

камера;

вакуум-

нь|и

3атвор

/ч

човь|х

печах

идет

при низких

давле'ниях

и вь1сокой

температуре'

поэтому

имеет место

сильное

испарение ме_

таллической

ванньт.

результате

смотровь1е

окна ока3ы-

ваются

покрыть1ми

слоем

непро3рачного

конденсата.

Ёаилут:лими способами 3ащиты

стекол

,от

напь|ле|1|\я

3.[!|1 являются

га3овая

3авеса и вращающийся

обтю-

ратор.

€цп'осо,б ,га'зовой

3ав0сь1

сост'оит

в том'

нто

патрубок

смотрово'го

устройства

о'тделен

от

ка'меры

шени

диафраг-

м;ой,

до'статочной для

|наблюден!ия' 1но

со3дающей

значи_

тельньтй

перепад

давления

атмосферы.

||оэтому

при

п0дач'е

'в

{про,странств'о

ме}кду

стеклом

|и

диафрапмой

гтейтральн,ого

га3а

давлен|ие

,в

этом

о'бъеме мо>кет

,быть

повь11пено

настолько'

что парь!

металла'

,попадающие

него'

не

буцут

о'седать

на

!етекле.

Фбттораторное

уетройс1Б;Ф

99919"т

и]3

двигателя'

вра-

щаю'т{его

диск'

кото,ром

имеется

щель

:пириной

см.

.[ругой

стеклянный

диск

медленно

,вращается,

3ащищая

нопосредственно

смотровое

стекло

от

оседания

к0нден'сата.

Аля

наблюдения

€Ф€1Фя}|].1€:]т{

плавильной

ванны

достаточно

отвер'стия

диаметр,ом

мм.

|1епосредственно

'к

гляделке

прилегает

м|о,нокулярнь:й

телескоп.

6корость

вращения

двигателя

до

2500

об]мин.

Фпьтт

ра'ботьт

п'о;ка]зал'

,!1?Ф

€€.т|;]{

на'блтодение

через

о'бьтнную :гля{елк}

затруднено

у)ке

ч0ре3

60 с зкопо?и-

ции'

то

'с

обтюрато!Ф,й

'€19[.т!Ф

м{о)к]но

й|е меня,ть

(или

не

нистить)

;в

течен,ие

150

ра,ботьт.

3лектроннолушевой

напрев

уопехо|м

!применяется

лабораторной

практике

для

зон,ной

очи,стйи

металла'

для

вь1ращивания,мон'о|кри|с'таллов.

глАвА

измвРвниБ

тБмпЁРАтуРь|

Ёи

одно

современ}|ое

исследовАние

немыслимо

без т0чного

и3мере-

ния

температуры

опыта'

'Бо

мнопих

сл,учаях

точвость

ее

измерен.пя

опРеделяет

погре1шность

всего

исследования.

,..^.-]]'_:1чт

измер€н|ия

температуры

м'ох(но

ра3делить

на

шрямые

(контактные'

осуществляемые

с йомощью

терйометров,

термоэлект-

ричееких

пиро{метров

и термометров

сопротивления1)

и косвенныё

(беокоптактные,

оптинеские2)

. _с-1!с_!-_шрщят

![ея<лунар

одн

я практичеока

[цк ал

а темпе

тур

(мц]щ)

1емпературу,

вй:рах<енную

й|11|'1|,

сог'ровох<лйт

3наком

(гралус

|{ельсия)

. Бо;многих,физинеоких'и

фи!ико_хими-

чеоких

закопах,используют

теРмодина!мип!еокую

температур'у'

чис_

леннь|е

3начения ;которой,

выра)кенные

абсолютной

тер,модина'ми-

чош<ой

':шкале'

оопров,о'{даются

знак0м

(

(градус

(ельви_тта).

1емпе_

ратуР3

1а1ци!'дщз

по

абсолютной

термодина:мичео<ой

'шш|але

рав_

на 27'3'|6

к.

мптш

является

практическим

осуществлением

термо_

динаминеокой

!шкаль!.

мптш

оёнована

на шести

реперных

тейпе_

ратурных

то!жах.

равп

"€

Б"д*,й

кислород

его пар

._'!вэ,эт

4.д

вода,

нась!щенная

воздухом

0"00

Р9д.-ее

пар

(при

кипении,

р:ц100

к||а)

|00;ш

Аидкая

сера

ее пар

(при

кипении,

р:

1ф к||а)

444|ф

)(идкое

серебро

твёрлое

серебро

/^идкое

золото-твердое

золото

1063'00

тБРмоэлБктРичБскиЁ

пиРомвтРы

твРмопАРь!

|1ри

нагреван\1||

Ф1ая

дву'х

ра3нородных

1металлш|еских

проводников

появляется

э.

д.

с; являющаяоя

сум,мой

э.

д.

с.

;||ельтье,

во3н!ш(аю_

щей

в штае,

э.

д.

с' 1омпсона,

возникающей

в'следствие

градиента

температур

в ках<дой

проволоке.

6уммарная

д.

с.

является

функ-

цией

температуры

для данной

парй

,мейллов.

Бсли

олин

спай'тер-

м0пары

поддерх<ивать

при постоянной

температуре

|9,

то

т. э.

д.

с.

термо(пары

'будет

функцией

теттш:ерат!Ры

!т, прг

которой

находится

друпои

ее спай.

ьс]111 отградуировать

щанную

т€рмопари

т.

е.

найти

зависимость

ее т.

д.

с.

от темп€Ратурь|

од}{'ого

из

йаев при

сохра1|епии

постоянвой

томшературы

второго

спая'

то по измеряемой

3атец

в-еличине

т.

э.

д.

с'

можно

находить

3начения

температур.

Рабочий

,опай

'обьтчно

на3ывают

горячим,

а тер'мостатируем!!*

шхай-'холодным.

.(,ля

.о]|роделения

т. э.

д.

с' в

цепь

термо{!1ары

в|{||'о!!ают

измери1€льнь!й-шрибор,

;который

помощью

меАных

про-

водов

соединяют

со

свободными

конца,ми

термопары.

Фбшчно

1,о_

лодный-шлай

поддер:т<ивают

при тем|пературе

_0{

в'сооуАе

Аьюара

водой

и льдом.

,|1ри

отдалепном

ра'оположении

холодного

спа,я

попользуют

компенсационцые

провода' !которые

9коно!мят

т€рмо1пар-

ную

шроводк}.

щепь

термопары

комшенсационные

п'ровода

вкл|оча-

ют

соответствующим

соблюдением

полярности.

3ависймость

от

темшературы

для

]компевсационных

проводов

т€рмопары

дол|'(на

!,атчуцк

и3меритель1{ого

инструмента

помещается

в ||епосред-

ственной

близости

к измеряемому

гйагреваемому

объекту.

оптических

мето.йах

изм!ряетс{

либо

интенсивцость

монохро_

матического

и3лучения,

либо

изменение

общего

количества

излщае-

мо|]

энергии,

либо

изменение

спектрального

раслределения

излщ!ни,

:__Ф||*'',

температуры.

Фптическйе

методьп

обладают

тем

преиму-

ществом' что

нет

необходимости

делать

вводь|

реакционные

каме-

Ры'дл"

измерения

достаточна очень

не6ольшая

ви.&имая

площадь

по-

верхности

нагреваемого

тела,

быть

одина;ковой,

как

и са{ма температура

месте соединения

ком.'

пенсационн

ь|х л.роводов

тер!м

оэлоктрода

ми.

!сли

холодные

опаи

не

тер|мостатируются

:при

0"(,

то

нужно

знать

|1х

температуру

во

время

опь:та |'

вводить

соответствующую

поправку

на

температуру

холоднь|х

,опаев'

которая

'булет

равна ра3-

ности

о.

д.

,с.

холодного

.спая

,при

данной

температуре

и 0-6.

.[1,ля

измерения

малой

разности

температур

йрийеняют

батарею

]последовательно

соединенных

-термопар.

(рис.

13).

ФАна

группа спа_

ев приводится

в контакт

с отбъектом

А,

дру,''

с объектцм

6. ||ри

эт'ом и3!мерения

рекоменду€тся

вь|полнять

|компенсационнь:м

при6о-

ром.

]прибли)кенно

точность

измерения

температурь|

батареей

из

термопар

-в

раз

зыше' чем

одной

термопар'ой.

Рис.

13.

€хема

термопарной

оатареи

Ри_с.

14.

€хема

диффоренциаль-

нои

термопарь!

д.

с. всех

термопар

суммируется'

|1рименение

термобатареи

по3воляет

снивить

относительную

1по|гре1пность

отсчета

т. э.

д.

с.,

но

не повышает

точности

и3мерения

ра3но'сти

тем1ператур

о.бъектов'

так

{ка]к

тер1м0электродь|

неоднороднь|'

имеют

разныь

ха'рактеристи-

ки

градуиров1ка

термобатареи

осуществляется

},еньшей

точ_

ностью'

чем

градуировка

отдельной

термопары.

Ёа

рис.

приведена

схема

диффеРенциальной

термопарь|

для

и3!мерения

ра3ности

температур.

3то

двухспайная

термопаРа.

Рабо-

чие

конць|

двух

термопар

направлень|

нав,стречу

дру;

другу.

,Ф:бщий

электрод

соединен

двух

,опаях

с 9лектрьдом

6,-коншы"которого

вь[ведень!

в 1зонь|

температурами'[,

{1-__и

к из'мерительному

'!чуб9ру.

Б интервале

теп!пе;!а'тур

:ь-:от

].,'."*'.',

о.

д.

с.

ли_

неиная,

т. е.

в@6

(!,

!|):р'@ь

(|-|у).

А4атершольо

0ля

термопар

}з::т9:ч:

материала

для

термопар

руководствуютоя

следующим'и

'|'ре0ованиями:

прямая

зависи'мость

между

т.

э'

д.

с. и температурой,

достаточно

тболь:пая'

ус:юйнива;

и йооп1рои3води,мая

величина

1'.

с.'

,материальт

тер]мопаР

дол)кнь| быт! коррозионностойкими,

|механи|чеоки

прочными.

1ермопарьг

из тбла'городнь!х

металлов

||латинородий-платиновая

.термопара

(пп)

имеет

полох{ительный

электрод

из

сплава

9оо/0

Р1

и |0о/о

Р}л,

а отрицательньтй

из

цистой

платинь|.

3ти

термопар_ьт-наиболеБ

изучень|'

йх

пр;;меняют

лри

эта_

лонных

работах до

1о63.с

*',."'""Б_''оЁ,.ц''''*

термопар

для

пр'оверки

других тер1м0пар.

!,опустимьте'р.ле'ь'

!€пФа1Б3Фван|!я

|!||

термопар

1разряла

до,11,001[,

1| и ||1

ра3ряда-до

]300"€:

Алп-

тельное

применение

термф1ар возмо)кно

прг

1300,

;к$атковремен-

ное-до 1600'с.

Былерх<ка при

высокой температуре отрицатедьпо

ска3ывается

на

'свойствах

терм0пары.

платин6вом

э''1е1(троде про_

исход}|т

рост

верна'

А.

с. сни}(аетоя'

электрод

охрупчивается.

||ри высоких темп€ратурах платина

|поглощает

со'

'со2,

'пёры

мё_

таллов'

окислы и кдрбидьт.

1( технинеоким

тер]моларам

выпускаются

компенсационные

лровода:

1к

(платинородиевому

электроду- медный

оллетке {красного

цвета'

платиновому-провод

из

сплава 99,60/о

(п

0,40/9

}.,[!

зеленой

,оплетке.

Ё,

п8

1000

2000

['' €

числителе-содер'{ание

родия

в сплаве с платиной

поло_

жительном

электроде'

в 3наменателе

то

же'

отРицательном

элект-

роде.

Рис.

15. [арактерпстикп

термопар

группь!:

а_платиновой

_п-п;

2_пР

|37|;

3-п|)

30/6;

4_пР

|00|2о' .5_пР

30/13;

6_|1Р

{0720);

6_вольфрам-рениевой

(/'_вР

5|20:

2'_ вР 10/20)

}лунтттенными

свойствами

обладают термопарь|' из:готовленнь|е

из оплавоБ платины с

родием,

которь|е

мох<но

объединить

ряд1:

|1Р

13/1;

20|'б; 3016; 30/13; {0/20;' |о0/20. Ёа

рис.

15'привелены

хара]ктеристики

термопар этой

г'рулпь1.

.''Ёаи,более

ра'спространенной

является

термФ1а,ра пР э0/6,

9б_

ладающая линейной

ха!а!кте!иститкой

при

томпературах

вы1пе

1000"с. Ре

вувствитель}!ость

при и3мерениях около 18Ф'€ составля_

ет

9*12 мкБ|€.

'|1ри

пколебаниях

тем,перату!ы

хололньлх'концов

от

до

100"€

'п0грешность

не

|превь}шает

4"€, вто

дает

во3можность

отка3аться

от

компенсационных лроводов. 1ермошару

1мо)кно

дли_

тельно

исполь3овать при

температуре

до

1600 и кратковремеяно

при

налреве

до

18шю.

1ермо'пары

;|1[_|

;могут

работать

в окислитольной

'среде

вакууме.

|1ри

измерениях температуры

этими

тер!м0пара}ми

мо)к1{о

полызо-

ваться

стандартньтмй таблицами.

1очность и3мерения,составля€т_при

темшературе

до

1550'€

*2"(,

а вь:ше 15509€

:!3чс

€, п0

5с0

|!|!'?

|''!]а

|.ое

3ак.

664

оо

1ермопар!{

и3

тугоплавкнх мсталлов

8 вольфрам.мол:*бденовой

термопаРе

(8.&1)

положительным

злокт-

Род|ом

является

волфрам.

Фсобенностью

теРмопаРы

Бй

является

то' цто в

интервале

темшеРатур

0_1300т ее

э.

д.

с.

отрицательная'

вблизи 1300€

ова

равна

нулю'

а выше 13Ф9€

характеристика

тер-

мопары

подох(ительная.

1ерм'опару

Бй

мох<\то

иепользовать

ваку-

уме'

воостановительной

срчле.

9увствительность термФ|арь!

невел'и-

ка

(-7

мкБ|€).

(пециальная

термопарная проволока

из вольфрама

и молиб,дена

'{е

выпуокается, п,оэтому градуировочные характерис-

тики термопар

8й, сАеланных и3 проволок

различных

партий, могут

значительно

ра6личаться.

|1осг:е

первь:х

х<е

измерений

пРи повы'шен_

ных

тем{|]ературах

происходящие

вольфрамовом

электроде прев_

ращения

н3меняют

характеристики

спая.

Б месте перехода

п,оявля-

етоя'участок

термоэлёктричеокой неод::ородности.,|1ри

измерениях

этот

участок 'мох(ет

явиться г!ричиной обра3ования

дополнительной

э.

д.

,с.

|( лршим выо0котемпературнь|м тер'мопа.рам,относится

вольф_

рам_Рениевая

вР 5/20' положительный

электрод которой

изготовлен

из оплава

95% ш и б0/о

Ре,

отрицательньлй_из

сплава 800/о

20о/о

&е.

Бе

харадтеристика приведена

на

рис.

15,6.

||римепяется

так_

>*(е

термопара

БР 10/20.

Ао

2000'€ термо1ары

имеют

плавное и3ме_

нение

хаРактеристики

от 0

до

20-30

мБ.

.[,остоинством

этих термо_

пар

является также

их

высокая механическая

прочность

до

1'47

1а

при

удлинении

!8-2006'

:пирокий

диапа3он

применения: в вакууме,

водороде'

присутствии

угольной

и керамической

пьгли,

на воздухе.

длительные

измерения

их

помощью

|можно

шроводить

до

2300"€

инертной

атмосфере'

кратковРеменные-в

окислительной.

качестве

компенсац}{онных

проводов

для

термопары

вР 5/|0

и|ополь3уют

|медь

и опла1в

м,еди с 2'25оБ

}.,!1

:или

я(елев'оманганин,

для

термопары

8Р 10/20_медь

сплав меди с

|,25%

]ч1! ил!|

)келезомедь.

.(ля

уменьшения

ноодноРодности

'получения

,ста6ильности

по_

казаний

;!екФмен,[[ет€я

подвергать

проволйу

предварительн0му от_

)1(игу

в в,одороде

при

1'5Ф_1600ч(

течение

5_|0 мин. Фднапко

от-

жиг

не

,мох(ет

полностью

ликв!цировать

не'од[{ородность

проволоки

и3

ра3ный

парт|{й,

'поэтому

для

ках<дой

термопары

шрихоли!ся

сщо_

ить

индивпдуальную

характеристику. т||огрошность

по'казаний

элойт_

родов'

сделаннь[х

из

проволоки

равных

партий,

до,сти'гает

5'€

п,ри

работе

до

|бФт.

1ермопарь|

и3

неметаллических

матеРиалов

Фсровными

матер,иалами

для

этих термопар

сду)!(ат

|кера!мические

|{'1и

углеродистые

материалы.

Р1ш:ользуются

графит, кар'бил

крем_

11'1я

|1л\|

бора._

Фдн:тм

и5 первых

устройётв

явля'ет6я 6ерм?тпара

Фт:т_

терера'

графитовом

колпач.ке

которой

помещают

стержень

из

кар_

9ида-цРемция.

1акая

термопара

обл!дает

вь|соким

3начением

э.

д.

с.

(ло

!Ф"пм8

при

|75Ф{)'

хо$о,шей ,увс',и'.',"ос,,ю

156

"'кълё'

линеи-ноп характ€Рист|!кой

в области

теш|ератур

1ф_2000€

хо-

рошей

воопро}вводи'мость|о.

, _;(9вструктивное

офор'мление

терм,опар

этого

типа примерно оди_

наково:

внутРен[{ий

электрод_стер:кень'вставдяется

н6рух<ный

эл6ктрод_чехол'

€теря<ень

соедик;етоя'с

доншшком.

цехла

опекание1м.

свооодные !кон'цы термоэлектродов

выведены

в водоохлая<дае'мый

3'!

к,ощус-1голош(у.

,Ёа

заАней

стенке

г0ловки

,укрепле}|а

колод/ка

кльммой

для

||1одсоединения

к и3мерительнь8м

приборац.

,||релставл'яется

перопоктиввым иополь3ование

е'|еду|о1цш(

тер'

мопар:

кар6ид

-титана

гРафит' борил

ширкония

гРафит,

борид

циркония

карбид

,циркония'

дисилицид

молибдена

днсил!ццд

волвфрама.

1ермог:ара

тмсв_340м

'(лоложительный

'электРод

ди-

силицид !молибдена' отрицательный

то

д<е,

вольфРа,ма)

при,мевима

до

1;650"€

восстановительной

окислительной атмосферах.

1ермо-

пара

тгБц_350&1

(полох<ительный

эл0ктрод_:графвт, отрицатель-

ный_'борид

циркония)

и0пользуется

до

2000ю в инертной или

вос-

становительной

атмосферах. 1ермопара 1|;(1-фй

(прафит-кар-

биА титана)

применима

до

2б00с.

||ри

температуре свытше

500'€

хар:|ктеристшка

этой термопары

шочти

линейная,

температурная

чув_

ствительность

до

,мкБ|€;

при 200Ф€ т. 9.

д.

с.

равпа

12'5 ;м,8.

1ермопары

из

неметалличес]ких материалов тРудн'о приспосабливать

к опытным

установкам'

они обладают большой

тепловой инерцией.

[ра0услровка

терлопар

Ёовые

термопары, особенно

те'

характерист|1{ка

'которых

зависит

от

паРтии проволоки'

дол")кны

быть

отлраАуир,ованы.

'|ралуировка

осу-

1цествляется !по

|постоянным

роперным

точкам, лвбо по

темпеРату-

рам

кристаллива,ции

чистых металлов'

ли.бо

методом

сличения

по.

мощью о6раз'цовых пирометров.

градуиРовка

по

постоянным

температуРным

то|чкам

3тот

метод

Фснован

на т1ом'

что

лРн

кРиста]|лизац||и чистого

метал_

ла

температура

его от

иачала

до

&онца

кРисталли3ации остается

постоянной.

Роко'мендуетея

|т|олызоваться процессом кристал''|иза_

ции'

а не плавления'

так как

лоследнем

сл'у{ае

тРудно

обеспечить

дост1тонно

медленное и3менение

температуры

металла.

[:1спользуется

ряд

вс{[1омогательных

точек }1[|11|]' а

именно

том_

пературь| !кристалли3ации,

ю:

€ц

1083'

ш| 1453'

€о

1492, Р|

1769,

п}'

19ф' \г 2443

и температура шлавления

вольфрама

33шт.

|радуировку

термопаРы

осуществляют

в печи

сопротивления.

[!авеску

!металла

плавят

графитовом

тигле пРи ллу'6ине

ваннн

не

менее

!20

мм. 1игель

устанавливают

3оне

Рав!{омерного

нагРева

,пени.

1ерм,опару

в защитном колп:ш|ке

погРух(ают

металл'

не

до-

водя

ее

до

дна

тигля

избегая

со1]р,шкосновения

со

стенками.

1||ечь

терм.опарой выд€Рх(ивают

10_15

мин шрп темпеРатуре

на

10_15"(

выше

температуРы

кристаллизации

металла.

3атен температуру

по_

них{ают

со

скоростью |_1,5"€/мин

и отсчитывают

э.

д.

с. теРмопарн.

строят

граФик

изменения

э.

д.

с.'

отмечают площадку

кристаллн.}а-

ции'

соответствующую

та'бличной

т€мт]ературе'

1щате]:ьн6е проведе.

ние

такой граду^цровки

обеопечивает

9редцюю

квадрат}{1чную- ошпб_

ку

не

более

*0,3"с

при

температуре

!083"€.

3тот,метод наиболее

точный.

|радуир'овка

в индукционной

печи

менее

точна,

но позволяет

увеличить

интервал

темпеоатуо

от

300

до

1800с. 1и'гель

навеойой

металла

(2о0_3ш

л)

у1та!:!вли_

вают

в индукторе. Ёалрев

регулируют

такцм образом,'чт6бн

темпе-

ратура

металла

была неоколы<о

выше

температуры

3атвердеван'ия.

,Б

этом методе

рабоний

участок

термопары

'й&адает

о&ласть

большим

традиентом

температуры'

ре3ул;тате

Развиваются

<па_

ра3итные>

э.

д.

с.'

которые

учитываются

при граАуировкс.

9ста_

3ак.66,{

!|оБлеЁо'

что

ь.

термопаре

не'во3никает

нав,одоЁ

от

вь1со11{оцастотного

поля,

та'к как

'о11;й

зкра::::рова:л

слоем

металла.

€ро:няя

квадратич-

иа91 отш'и'бка

п,рй

градуи'ровке

1ё}м:Фт!|:а! 311}!:й

метод0м

еост',авляет

*6'ё

,при

темЁературе

1т7о"с.

Аетод:сличения

3тот

метод

применяют.

для

тер1мопар

разряда

для

техни1теских

термопар..

Ёесколыко

градуируемых

тер'мопар

вместе

с образцовой

термо-

парой

разряда'св{зь1вают

один'пучок,

поме]цая

образшовую

тер,

мо1ару

шентр.

Ра'бочие

концы обвязьгвают

платинов0й

проволохой

для

уйутп:ения

,конта!кта'

6в'ободньте

т(ФЁ(Б|

Б€0{ тер1мо|пар

термоста-

тируют

,при

олной

температуре,

]которую и3меряют с

точностью

:Ё0,1"с'

1(уст

термопар

помещают

в печь

сопротивления,

нагретую

до

темпер атурь1'

гблизкой к

постояннь|1м

точка!м.

|!ень

терм,ост4тируют,

-3атем

,{1оочеРед}1о

для

ках<дой

термопары

вь1полняют

несколыко

т1.1!1\(л0в оточета

при одной

температуре,

начи_

ная

и за]канчивая

каждьхй

,цикл

термопарьт 1

разряла.

3атем

пере-

ходят

на

новую температуру.

1. э.

д.

с.

измеряют с

то1чностью

до

0,001

мБ.

Бьтсокотем;ператур}1ые

тер'мопа:рь|

градуируют в

вакуумной

пени

оо,противления'

!которую п0мещают

молибденовый

блок с

тремя

отвёрстия,ми.

одно отвер,стие

!п0ме1цают

образцовую

термопару'

другое

градуируемую.

третье

отверстие

фокусируют

оптиче'

ский

пирометр.

Блок

лодвешивают

лечи в зоне

макси!мального

на_

грева.

|1латиновую

об'раз'цовую

тер!мопару

пёчь

помещают

.в

гер-

мети1чно!м

!корундовом

,чехле

(с

унетом

в'озлутпной

атмосфоры), гра-

дуируемую

термопару

ввцдят

чере3

вакуумное

уплотнение

нагре_

вают

се

в вакуумс.

|,1змеренне. т. э. 0. с.

|1ростейгший

метод измерения т. э.

д.

с.

по{мощью

'мил"'1ивольтмет-

ра.

-[1ри

этом

сопротивление линии'

терм'0парь1

|контакто_в_

влияет

}1а

то{1( в

щепи

и отра)кается на

о-]1|ределяемы.{

величинах.

йзмеряе-

мая

т. э.

д.

'о.

та,к относится

истинной

т.

э.

д.

,с.,

как сопр'отивле-

яие прибора 'отн'осится

!к сопротивлению

линии' термопарь|

и при-

бора:

Б,р|Ё,"':дпр/(д"+л'*&"р)'

Ёеобходимо

поль3оваться

прибо,ро:м'с,боль'ши:м

внутреннцм солротивлением.

Р1етод

потенциометр||ческого

[13мерения

исключает

влияние

со_

п,ротивления

цепи

дает

точные

по{казания.

11[кала 1прибора

,мо)кет

бь:ть

использована

для

отсчета

температурь1.

1очность

регистрации

тем]пературь|

1*0,5

у0.

|1ри

опреАелении

отшибок и3мерения

тем'пературь|

необходи,мо

т0чное

3нание

их источников.

|1ервую

группу

составляют отпи6ки,

связаннь1е

1{аменением

состава термоэлоктродов,

рвкристаллизаци-

ей'

появлением'химической

неоднородк'ости

.них

под

влиянием

на_

грева

и по]глощения

прймесей.

8о вФрую

]группу входят ошибки

при и3мерениях

т.

э'

д.

с.

и в третью группу

ошибки

'при

опреде-

лении

истинноЁ:

температуры

свя3и

располо)кениом

термопары

относительно измеря0мого-объекта,

градиента

тем;пе!ат}}

о!]ае

ит' п.

з6

Фтносительньге

ош:ибки

и3'мерения

тормопарь|

,суммируют

с от_

г:осительной

'ошибко[|

'п

рибора,

,ко!орь:'

изй"ряют

1'.

э.

д.

с.

Ёалример.

если

термо{ттара

имеет

относительную

.ошйбку

=Ё0,65%.

#риф'о

относится

:к

классу,

1о]сщу1!''ая

ошибка

рй,"а

1]ьоБу.-'{",еЁ

него

предопа

измерения

пирометра.

оптич€скиЁ

мЁтоды

измБРпния

твмпвРАтуР

ршнцшпьс

оптцце

кой

п1!ро мет

рц11

@;птичеокие

|методы

основаны

на

измерении

излщательной

опосотбно_

сти

натретого

тела'

соответствующей

температуре

тела.

в"лй

йело

:8: ]1Р99й

температуре

полн'остью

поглощает

все

падающее

на

него

з::]ч'ч3|1"тное

и3лщение

не3ависимо.от

длины

волны'

то

оно яв_

*?:;.:-3-б19{]отно'черным

тел,ом

(А91). (оэффицие"''''."6й1й"1

:-]-1_-|р"'

лю0ой

температуре

равен

единице,

коэф,фишие,.

,ог'''_

щения

других тел

мень,1пе

единицы'

|1олная

энеогетичоская^

яркость

А91

опрелеляется

по

3а|кону

€тефана_Болыцмана,

вт

1уя.-''

Ёт:

о ?ц,

где

1о

г1остоянная

€тефана.-Бо.л:ьцмана,

5,6696.

!0_8

вт71мв.ц;

._^^491 _,'*.ой

температуры

существует

своя

зависимость

интенсив-

ности

и3лучения

от

длинь1 воляы,

о6ынно

имеющая

вид

:кривой

ма|ксимчмом.

[ля

области

инфракрасного

йзлуяения

лри

{малых

3начениях

прои3ведения

.},1

лрийенйм

3акон

ви;а.

с *'мй,ю

.!о_

го

за'кона

мо)кно

'приближенно

представить

ту часть

'ри''я

".'!й_

тельной

опособности

тела,

'кото!а"

.''"'.'Ё|,ует

малшм

длинам

волн,

Бт|м2:

ь:

€'7-5

,-€а/1ь?

|де

€':2,1''э:3,7413.10-|6

Бт.м2;

€2:|16||_1,438.10-2

м.|(;

-п'остоянная

|1ланка;

}"-длина

волньг

излунения;

с_

скорость

света

вакууме;

-лостоянная

Боц:льцмайа.---'

^?тоЁт

:форм,улой

:мож:то

польз0ватьоя

до

4000

для

длин

во;:н

до

0,6

м!км.

'.^--.9'.1-1-1'***ие

пр ибор

ы-для

измерения

темпер

ацрь|

фикои'руют

г:е

!!1'1"у'

тем|пературу

тела'

а псевдотемпературу,

которая

тем

оолыше

'от{|ичается от истинной

'о"',ер'"ур*,'""*

""',"'*ьнее

оаз-

ли'чие

ха

рактеров

и3лучения

исследуейо'о'

т.!,]_'й

дц1:'

Б';;ъ""

";;_

кл|0чается

|принципиальный

недоста}ок

тбеоконтактных

!методов

из_

м€рения

темп.ературы.

Фстановим'ся

на некоторь!х

основных

поняти-

ях

опти'чеокой

лирометрии.

[ркости

а я

тем,пер

тур

|*"::ут:учтатура

тела

равна

такой

темп-ературе

А9},

при

которой

спектральная

ллотность

ёго

энергетине'окой-ярй{лсти

для

6п-

ределенной длинь|

волны

}.''

равна

опектральной

;;ъ;;;ъ;

ъ#й.;;-

неской

яркости

(для

^:'';)

р'.'"''р"Ё'*й'й

'.',.

л""

?;.рБ;ъ

8ина*|{ланка

мох<но

опр€делить

реальную

истинную

температуру

тела:

11111

--=-:-

\\!

--,

тя

т с2

ёх'т

'где

в'[.

коэффишиент

черноты и3лучения

тела' истинная темпера_

тура всегда

,больше

яр|костной.температурь|

п,

"[4к

как

3начения

6^,

,лех<ат

пределах

от 0

до

1.'

Рсли

тело

находитоя

условиях

А91,

то

и3меряется его

истин'

ная томпература.

во всех

остальнцх

случаях

определяют

ярк_о_с:

ную,

или

ка)кущуюся

температуру.

Бесьма

близко

условиям

А91

н1х,одится

)кидкий

.металл в

тигле

иттАукционной

шечи или в

печи

сопротивлет{ия.

всли

глубина_

щилиндра

в 6

раз

больтпе

его

диамет_

ра,

то

цилиндр

является

А91

да>ке

слу{ае,

копда стенки

тигля

Ёладкие

и3нутри

состоят и3

вещества

с низкой

лучеиспус](атель_

ной

способностью.

Ёсли'стенки тигля

'шероховать1е'

матер11ал

его

имеет

лучеиспу'окательн'ую

'опособность,

'близкую

единице' то

глу_

бина

ти1ля

мо>кет

бь:ть только в 2

раза'бойьше

егодиа;метра.'Рс_

ли стенки

1цилиндра

нагреть!

до

той же

температурь!' что и

объект,

то

такая

си'стема

,будет

весьма

близка

А91.

Ёсли

х<е

стенки

на-

преты

до

более

вьтсокой температурь|'

чем тело, то

оно

отражает

об"е*ти"

пирометра

из|луч€ние

и от стен,ок,

т. е. булет

|ка3аться

!бо_

лее

горячим.

1-1 ветов а я тс

мпер

ату

|-[ветовая

температура 7.

это

такая температура

А91,

:[:!и л<Ф1Ф_

рой

отнотшение

его и3лучательной

'способности

для

дв.ух

определен-

нь:х знацений

длинь1

волны 0ъ1 п

:}ъ2

равно

отношению тех

)ке

вели_

чин

для

исследуемого тела.

Рсли

х',

ти

\",

монохр0матичеокие

и3лг{ательнь!е

'способ_

ности тела при его

истинной температуре

для длин

волн

[[2,

то

цветовой

температурой

7ц

булет

тайая

температура-А91,

прп

котор'ой оофюдаетёя

равенство:-

55''7'|Ёх",т

':Ё

1,',|ц

!Р

х',т,

:|1ри

цв,етовой

температуре'цвет

чорного и

нечерного

тел

одияа'

ков.

Бзаимосвязь

истинной и

цветовой

температур нечерного

тела-в

зав'исимости

от

величинь| отношения его

монохроматических

коэф_

фи;циентов

черноть1

и3лучения Ё1 |1 82

для двух

длин

волн ?т1 и

!}ъ2

вь|ра)кается

уравнением

1_1

|пет|еэ

т,'

/1 1'т

€'|^

-^-!

\^:

|,а!

.[1,ля

,серь:х

тел'

!которь!х

данном

унастке

опектра

коэффиши_

ент

|черноть!

и3лучения

не

|меняется

,с

длиной

волнь|'

цветовая

темпе_

ратура

равна

истинной:

7*:|.

€ерь:е тела

излщают

постоянное

|кол1а[!ество

энергии

для

всех

длин

волн.

]при

и3мерении

вь1с0ких температур

1пользуются осла'бляющими

свето.фильтрами'

1которые !пропус{кают

о!пределенную

часть световото

пото{ка

,без

,изменения

длинь|

волнь:.

1ак

,как'

!кроме

ослабляющих

светофильтров,

пеРед объективом пирометра могут

находиться

стек-

ла гляде,1!'ок и иные

прозрачные

преграды,

то

необходимо стрФить

граду[]1ровочную

кривую

для

уол,овий

и3мерения темшератуРы в

данном

опыте с помощью термопары или по точкам плавления ч!!_

сть|х

металлов. Больтпое

значение

имеет и лучеиспускательная

спо-

собность

тела.

;печи

о0противлени,я

\4л|4

в индукционной

1печи

да)ке

при

низкой

амиссионной

способн,ости объекта

общее

и3лучение,

шредставляю-

щее

собой оумму

йзлучения

от

тигля и стенок печи, булет прибли_

х(аться 1к

и3дучению

А91,

что

дает

возмо)кность из'мерять истин-

ную темпоратуру

тела.

.[,ля

'мн,огих

!металлов

убыва|о|цим

по !мере

роста

щлинь1

волны

значением коэффициента черноты

и3лучения 1п(е1/о2)}0

цветовая

темперащра вы[пе истинной 7ц)|.

Аля

неметалличеоких

веществ,

.которых

по мере

роста

ддинь|

волны

коэффициент

черноть| и3лу-

чет{ия

в,о3растает'

цветовая

температура них(е истиннои'

[ветовые

температурь| тел мо)кно свя3ать с

яркостньцми

темпе-

ратурами'

и3мереннь]ми

для длин

волн

},1 и

й,

ло

формуле

(1/),1)

(1/)")

о|х|тя]

|х2тя)

:Радиационная

температура

это

температура А91,

при

!которой

полные

энергетиче0кие

яркости

|черного

и нечерного тел

(отнесенные

ко

в'сему

диапазону

длин

волн спе,1{тра те11лового

излщен'ия)

равны

ме>кду

собой. Радиационная

температура 0п'ределяется с

пом0щью

3акона,€тефана-Боль11мана:

тр:тут

3. основнь!в

типь!

оптичЁских

пиРомЁтРов

|шрометрьс

с шснезающей

нс:тью

Фптичоский

лир'ометр

исчезающей

нитью и3меряет энерпию

!моно_

хроматического

и3лучения

тела' т. е. яркостную

температуру при оп-

рёлеленной фиксированной

длине

волны 65

мкм' которая

выделяется

и3

спектра

и3лучения

с ш0мощью

1красного

фильтра.

тйзмерепие

температуры

шир0метрами с исчезающей

нитью про-

изводитоя

путем сравнения

яркости исследуемого

тела

нити

фото-

метрипеской

лампь|' проградуированной по

А91

при

длине

волнь!

м:км.

,€

пом,шцью оптической системы

изобра>кение

на]гретого

те-

ла 1п1роектируется

на плоокость нити

лампь|

на1кал|1вания.

Реостатом

сила тока

}{а!кала

нити

регулируется

таким

образом,

что'бь: яр:кость

лампы сравнялась с

я9костью и3меряемого

тела.

те,мпература оп-

ределяется

п0 сише тока

накала нити в

момент ее

<<иФ{е3новения> на

фне

раш<алеп!{ого

тела'

[ринципиальная

,схема

пирометра

по|ка3а-

на

рис.

16.

}{ить пакала

лам1т!ь!

питается от

аккумулятора.

(ила

т0ка

нака-

ла отмечается

на

!дкале стре.,|очного прибора..[шя

визирования

фо-

кусирования

нити лампы

!объ€кта

олух<ит оптинеская

система.

Р1,меются

устройства

для

введения !красного и осла]бляющего

фильт-

р'ов.

(ах<ущаяся

температура

на

шкале прибора

!п0мощью

граду'

ир'овопной

кривой

переводится

истинную температуру.

..[|ля

лабораторных из,мер€н,ий темлературы шрименяют стацио_

на1рные о|1тичеокие

1пирометрь]

тппа 30|1 и

Фт||,

]которь!х

!цилинд-

рическа,я

нить

ла!мпы

,со

сторонь1

на'блюдатотя

пллифованием

утон-

чена

до

половины

своего

диаметра,

!что

'сп,осо'бствует

улучш€нию

ее

<иоче3новения)>.