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热电势法无损检测

   日期:2014-04-08    

有一次在加工某种零件时,发现材料成分不对,经调查,原来在下料时,将一些其他成分的材料混了进去,发生了混料事故。如不及时将材料分选开,就会使这批零件全部报,  不仅造成很大经济损失,还误了计划的完成。对这批零件,既不能每个都切下一点去化验,也不能按热处理要求继续进行下道工序。我们试了很多办法,都不能区分它们,后来试一下热电势法,分别测得每个零件材料的热电势值如表1。

 

 

将它们与标准试块热电势值对照,原来一类材料是30CrMnMoTIA;二类材料是碳素钢;三类材料是30CrNi3。经过实践验证,区分的完全正确。

下面我们将热电势法详细说说。

热电势法无损检侧原理

人们比较熟悉的测温热电偶,就是利用两种不同的金属互相接触(如镍铭一镍铝热电偶就是镍铬合金和镍铝合金互相接触),在一定温度下,就会产生一个固定的电位差值。这个  电位差只与温度和相互接触的材料有关,当金属材料一定时,电位差只与温度有关,所以一般都把这个电位差叫做热电势,用仪器测出热电偶的热电势,就可推算出当时的温度,这就是热电偶可以准确测定温度的原理。人们也提出这样的设想;如果把温度固定不变,那么热电势不就只与相互接触的金属材料有关吗?回答是肯定的。再进一步,如果把相互接触的两  种金属材料,有一种固定不变,这样就可以说,热电势只与金属材料有关,这就是热电势法无损检测的基本原理。

 

 

在实际测量中,并不能直接用热电势值的大小,判定金属材料的成分,而是采用“标准试块对比法”,也就是首先制作化学成分、热处理状态为已知的标准试块,在测量时,分别用探头(即为已知的固定金属),测出被测金属和试块的热电势值,如果二值相等(或相近)她说明被测金属与试块化学成分相同(固定热处理状态),或热处理状态一样(固定化学成分),  结果达到了无损检测金属材料化学成分,气焊件含碳量的测定,铸铝件中含铁量测定等目的。

热电势法无摄检侧装置

应用热电势法无很检测的装置如图1所示。

探头是一根小8的铜棒,外周加一个加热线圈。实用探头就相当一个钎焊的电铬铁头,为了保持探头温度恒定,最好采用稳压电源供电。在检测时,探头周围温度、湿度保持相对  稳定,特别要避免空气对流过快,引起探头与工件温度变化。

使用时,探头被加热在t一定温度并压在被测工件上,这时候产生热电势,经交直流放大器而被测出。

由上述原理可知,热电势法检测具有设备简单,操作方便,检测速度快(在实际测量时,每秒钟可测一件),容易实现自动化检测,对铁磁材料与非磁性材料都能进行测量等优点。而一且其原理又早已被人们熟知,那么在生产中应该早被广泛应用,但是,实际情况恰相反,生产中却很少得到应用。这主要是人们使用的测量装置不稳定,对同一个零件或相同情况的零件,进行多次重复测量,其测得的热电势值相差很大,毫无实用意义。

热电势不稳定的原因

通常使用的热电势测量装置,不是如图1那样通过交直流放大器测得热电势,而是用检流计测量(如题头图示)。检流计测得的实际是热电流。检流计内阻一般10。~1000欧姆,与  其串接一起的还有一个探头接触电阻。探头与被测工件接触电阻与接触点有无氧化层、清洁与否,探头氧化层的厚薄,接触压力的大小,以及接触面积等多种因素有关系。由于探头是加热情况下与被测工件接触,探头很容易生成暗红色的氧化亚铜,随着使用时间的增长,黑色的氧化铜层又逐渐增厚。氧化亚铜是一种半导体,它的电阻率比铜大上千倍,氧化铜的电阻率就更大了。一般情况下在10~0.01欧姆之间。由测量回路电阻组成可知,检流计内阻是一个固定值,假设为100欧姆,而探头接触电阻是一个变化量,设其变化量是10欧姆,那  么测量回路电阻变化率可达10%,结果在接触热电势一定情况下,电流变化率也为10%。 因为该测量方法,是采用两个零件进行比较,每个零件测量误差是10%,总的测量误差最  大可达20%。

现在我们对一个零件进行测量,设合格品的热电势值是1,不合格品为0.8。用上述以检流计为测量装置进行测量,结果最坏情况会得到,合格品热电势值为0.9,不合格品为  0.88,它们之间仅有。.02的差别,加上读数等其它误差,很难将它们区别开,何况在两件对比法中,误差达20肠,就根本无法判定零件情况。

如果改成如图1所示的测量装置,提高显示仪表的内阻,如采用FY73交直流放大器,它的内阻为1000又103一500x10.欧姆,并且零点漂移极小,稳定可靠,使用又方便。假定接  触电阻波动还为10欧姆,取交直流放大器内阻为500xl。“欧姆,则测量回路电流变化率仅为0.002%,在两个零件比较情况下,最大误差也不过是。.004%。那么就可以完全达到铡  量的目的。

下面再举二例,看看用图1所示装置测量效果。

例1对气焊件含碳量的测定。

对五种不同零件进行测量,测得的热电势值和含碳量见表2。

 

 

例2、测铸铝件含铁量。测量结果见图2,显然测量的热电势值与含铁量有一定对应关系

 

 
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