Контроль термоэлектрической способности биметаллов хлопающих мембран датчиков температуры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Калюк, Антон Валерьевич

• Калюк, Антон Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Калюк, Антон Валерьевич

Введение.

Глава 1. Причины возникновения разброса температур срабатывания БХМ.

1.1 Анализ параметров техпроцесса производства БХМ.

1.2 Эксперимент но определению влияния нестабильности параметров техпроцесса на разброс температур срабатывания БХМ.

1.2.1 Описание эксперимента.

1.2.2 Выводы.

1.3 Параметры исходного материала.

1.3.1 Математическая модель работы БХМ.

1.3.2 Численный метод решения математической модели.

1.3.3 Выводы по составленной математической модели.

1.4 Выводы.

Глава 2. Исследование влияния нестабильности параметров биметалла на температуры срабатывания БХМ.

2.1 Экспериментальное определение разброса толщин слоев биметалла.

2.1.1 Описание эксперимента.

2.2 Экспериментальная проверка взаимосвязи твердости слоев биметалла и температур срабатывания БХМ.

2.2.1 Описание эксперимента.

2.3 Выводы.

Глава 3. Методы контроля фнзико-мехапнческнх свойств материалов

3.1 Требования к методу контроля физико-механических свойств материала.

3.2 Существующие методы контроля физико-механических свойств материала.

3.4 Выводы.

Глава 4. Экспериментальная проверка эффективности термоэлектрического способа контроля.

4.1 Способ контроля термоэлектрической чувствительности.

4.2 Требования к устройству контроля термоэлектрической чувствительности.

4.3 Устройство контроля термоэлектрической чувствительности.

4.2.1 Определение скорости прогрева границы раздела слоев биметалла.

4.2.2 Блок усиления термоЭДС.

4.2.3 Проведение пробных измерений.

4.4 Оценка дисперсии результатов измерений разработанной установки.

4.5 Порядок и результаты проведения экспериментов.

4.6 Определение поверхностной твердости слоев биметалла БХМ.

4.6.1 Определение погрешности измерения поверхностной твердости.

4.6.2 Измерение поверхностной твердости слоев биметалла изготовленных БХМ.

4.7 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Контроль термоэлектрической способности биметаллов хлопающих мембран датчиков температуры»

Актуальность работы. Предприятием ЗАО «Орлэкс» выпускается цс-> лын ряд датмиков-реле температуры, чувствительным преобразователем которых является элемент в виде так называемой биметаллической «хлопающей» мембраны (БХМ). Действие приборов основано па свойстве такой мембраны мгновенно изменять направление прогиба при достижении определенной температуры. Таким образом, биметаллическая мембрана осуществляет преобразование температуры в перемещение, которое в свою очередь передается па контактную группу. Изменение температуры биметаллической мембраны может осуществляться теплообменом между чувствительным элементом п контролируемой средой, нагревом мембраны при прохождении через нес электрического тока или совместным действием этих двух факторов. В число приборов, выпускаемых ЗАО «Орлэкс» и использующих в качестве чувствительного элемента БХМ, входят приборы ТАБ-Т, ТАБ-102 и ТАБ-105. Продукция предприятия хорошо зарекомендовала себя на рынке и уже долгие годы пользуется спросом. В последние несколько лет были заключены договора, и налажена поставка приборов на экспорт.

Очевидно, что качество н надежность представленных приборов во многом зависят от применяемого в них чувствительного элемента. Законы рыночной экономики требуют постоянного поиска методов повышения качества продукции, снижения ее себестоимости и улучшения показателей надежности.

Потребители продукции ЗАО «Орлэкс» проявляют заинтересованность в разработке новых модификации датчиков-реле температуры с улучшенными показателями допусков на температуры срабатывания. Очевидно, что температуры срабатывания датчика-реле практически полностью определяются свойствами биметаллического элемента, используемого в нем. Поэтому руководством ЗАО «Орлэкс» была поставлена задача поиска путей снижения разброса температур срабатывания биметаллических элементов, используемых в датчиках-реле температуры.

Объектом исследовании данной работы является контроль параметров биметаллов БХМ.

Предметом исследования данной работы является метод и средство контроля термоэлектрической способности биметалла заготовок БХМ.

Целыо диссертационной работы является снижение брака биметаллических хлопающих мембран на выходе технологического процесса производства.

Основные задачи работы:

• анализ причин, приводящих к разбросу температур срабатывания БХМ;

• выявление параметров биметаллических заготовок и технологического процесса производства БХМ, связанных с температурами срабатывания БХМ;

• разработка метода контроля параметров исходного биметалла, влияющих на температуры срабатывания БХМ;

• выбор параметра, перазрушающий метод контроля которого позволяет уменьшить долю брака БХМ по температурам срабатывания на выходе технологического процесса производства;

• разработка устройства контроля, реализующего выбранный метод контроля параметров биметалла;

• экспериментальные исследования эффективности разработанного устройства с целыо определения целесообразности его применения.

Научная новизна работы:

1. Выявлены зависимости температур срабатывания биметаллических хлопающих мембран от поверхностной твердости слоев биметалла заготовок.

2. Разработана математическая модель работы БХМ, базирующаяся на положениях момептной теории тонких оболочек в области больших перемещений, теории упругости и сопротивления материалов.

3. Разработан способ контроля поверхностной относительной термоэлектрической способности биметалла, исключающий влияние термоЭДС, возникающей на границе раздела слоев биметалла, на результаты контроля, защищенный патентом РФ на полезную.модель.

Методы н средства исследований. Рассматриваемые в работе теорстичсскис аспекты решаемых задач базируются на основе положении моментной теории тонких оболочек в области больших перемещений, теорий упругости, сопротивления материалов, вероятности и термодинамики. Теоретические результаты получены с помошыо методов математического анализа, аналитических и численных методов решения систем дифференциальных и алгебраических уравнений. При обработке экспериментальных данных использовались методы математической статистики, корреляционного и регрессионного анализа. Математическое моделирование проводилось по стандартным методикам с использованием модифицированных алгоритмов, которые реализовтлвались с помощью программных продуктов MalhSofl MalhCAD, Waterloo Inc. Maple, Microsoft Exccl.

Экспериментальные исследования проводились с использованием современных средств измерения и на оригинальной компьютеризированной установке, выполненной с использованием современной электронной элементной базы и специально разработанным программным обеспечением, при создании которого были использованы среды разработки Microsoft Visual Studio и Atmel AVR Studio.

Положения, выносимые на защиту:

1. Выявленная зависимость между температурами срабатывания биметаллических хлопающих мембран и поверхностной твердостью слоев исходного биметалла.

2. Способ контроля поверхностной относительной термоэлектрической способности слоев биметалла, основанный на методе импульсной контактной теплопередачи.

3. Устройство контроля, реализующее разработанный способ контроля поверхностной относительной термоэлектрической способности слоев биметалла.

Практическая ценность работы:

• разработан способ измерения поверхностной относительной термоэлектрической способности слоев биметалла с помощью импульсного нагрева путем контактной теплопередачи;

• разработана измерительная система па базе ПК, реализующая разработанный способ контроля и программное обеспечение этой системы;

• разработаны критерии и рекомендации по разбраковке заготовок биметаллических хлопающих мембран;

Реализация и внедрение результатов работы. Разработанное устройство термоэлектрического контроля однородности слоев биметалла наряду с методикой определения термоэлектрической способности слоев биметалла внедрено в опытное производство СКБпрпбор ЗАО «Орлэкс».

Кроме того, разработанные средства используются в ОрелГТУ при проведении научно-исследовательских работ.

Апробация работы. Материалы диссертационного исследования доложены и обсуждены на 3 международных конференциях:

1. Международная научно-техническая конференция «Приборостроение 2004», Вшпшца-Ялта, 2004г.

2. Международный научный симпозиум «Гидродинамическая теория смазки - 120 лет», Орел, 2006г.

3. Международная 5-я научно-практическая конференция «Иеразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности», Москва, 2006г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, получено положительное решение о выдаче патента на полезную модель и поданы 2 заявки па изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 159 страницах машинописного текста, иллюстрируется 58 рисунками (в том числе 19 в приложении), 26 таблицами (в том числе 11 в приложении), состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 71 наименование.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Калюк, Антон Валерьевич

4.7 Выводы

1. Измерения относительной поверхностной термоэлектрической способности исследуемого материала необходимо производить через строго установленный промежуток времени послс соприкосновения горячего электрода с исследуемым материалом. В работе установлено, что наиболее целесообразным является момент времени спустя 8,143-10> секунды после соприкосновения горячего электрода с исследуемым материалом;

2. Проведение экспериментальной апробации способа с помощью созданной установки показало возможность введения сортировки заготовок БХМ с целыо снижения доли брака среди БХМ на выходе технологического процесса производства. Снижение брака в экспериментальных партиях БХМ составило 1,1 раза для биметалла 115ТВ1170 и 1,87 раза 71ля i биметалла ТВ 138;

3. Средпеквадратпчеекое отклонение значений средней поверхностной твердости в пределах заготовки от среднего значения поверхностной твердости материала в целом, превышает срсднсквадратичсскис отклонения значений поверхностной твердости биметалла от среднего значения в пределах заготовки не менее чем в 2 раза.

Основными результатами работы является следующее:

1. Анализ причин, приводящих к разбросу температур срабатывания БХМ, выявил две группы влияющих факторов - параметры технологического процесса производства и параметры исходного биметалла.

2. Анализ влияния параметров технологического производства показал, что для снижения разброса температур срабатывания БХМ наиболее эффективно введение контроля за температурами окружающего воздуха в помещениях, где проводятся операции формовки и коптр-формовки.

3. Анализ влияния параметров биметаллических заготовок па температуры срабатывания БХМ выявил корреляцию между температурами срабатывания БХМ и поверхностной твердостью слоев биметалла.

4. Разработан способ определения поверхностной относительной термоэлектрической способности слоев биметалла, как параметра, косвенно характеризующего физико-механические свойства материала, в том числе поверхностную твердость, и создана установка реализующая разработанный способ.

5. Проведение экспериментальной апробации способа с помощью созданной установки показало возможность введения сортировки заготовок БХМ с целью снижения доли брака среди БХМ на выходе технологического процесса производства. Снижение брака в экспериментальных партиях БХМ составило 1,1 раза для биметалла 1151431170 и 1,87 раза для биметалла TBI38.

6. Разработанное устройство контроля относительной поверхностной термоэлектрической способности слоев биметалла наряду с методикой определения относительной поверхностной термоэлектрической способности слоев биметалла внедрено в опытное производство СКБприбор ЗАО «Орлэкс», а также используются при проведении научно-исследовательских работ в ОрелГТУ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Калюк, Антон Валерьевич, 2006 год

1. Bakirov, М.В. Modifizicrt cs harlcprufvcrfahrcn / М.В. Bakirov // Kontrollc, N10, 1994, Germany.

2. Coste, J.F. Development of a portable device for thcrmoclcctrical power measurement / J.F. Coste, J.M,T. Leborgne, J.P. Massoud , R. Borrelly // Application to the inspection of duplex stainless steel components.QNDE 1998T Snowbird, 1998.-20-24 July.

3. Grisot, O.T. Evaluation of thermal aging of duplex stainless steels / O.T. Grisot, J.P.Massoud // 5-th International Conference on Nuclcar Engineering, 26-30 May 1997, Nice, France.

4. Model alloys project Material Caracterisation at AMES Laboratoryll / B. Acosta, L. Debarberis, M. Beers, C. McGirl and A.Kryukov, // CEC-JRC-lnstitute for Advanced Materials, - Pettent April 2000.

5. A1 1522079 SU G 01 N 19/04. Способ количественного определения пористости металлических покрытии / Копылов В.И., Стронгнн Б.Г. , Варвус И.А., Шатинскии В.Ф. № 4283691/25-28; заявл. 13.07.87 // Изобретения: (Заявки и патенты), - 1989. - №42.

6. А1 1786419 SU G 01 N 27/90. Электромагнитный преобразователь для дефектоскопии / Бирюкова II.П., Галкин А.В., IIIкатов П.Н. № 4912667/28; заявл. 19.02.91 //Изобретения: (Заявки и патенты). - 1993. -№1.

7. А2 17708888 SU G 01 N 27/90. Способ вихретоковой дефектоскопии композиционных материалов / Хандсикий B.C. № 4846030/28; заявл. 14.05.90 // Изобретения (Заявки и патенты). - 1992. - №39.

8. Алешин, И. П. Методы акустического контроля металлов / Н.П. Алешин, В.Е. Белый, А.Х. Попили» и др.; под общ. ред. Н.П. Алешина М.: Машиностроение, 1989. - 456 с.:ил.

9. Андреева, JT.E. Упругие элементы приборов / JT.E. Андреева.- М.: Машгиз, 1962.- 391 с.

10. Атамалян, Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин / Э.Г. Атамалян. М.: Высшая школа, 1989.- 384 с.

11. Бакиров, М.Б. Математическое моделирование процесса вдавливания сфс-ры в упругопластическое полупространство / М.Б. Бакиров, М.А. Зайцев, И.В. Фролов // Заводская лаборатория.- 2001.- №1.- С.37-47.

12. Башров, М.Б. Феноменологическая методика определения механических свойств корпусных сталей ВВЭР по диаграмме вдавливания шарового пп-дентора / М.Б. Башров, Потапов В.В. // Заводская лаборатория. 2000. -№12. - С.35-44.

13. Беляев, В.П. Исследование процесса усталости металлов / В.П. Беляев. -Минск.: Мии. высш., среднего специального и проф. образов. БССР, 1962. -112 с. ил.

14. Беляев, В.И. Процессы усталости металлов / В.И. Беляев, Т.А. Лебедев //16