RU167045U1

RU167045U1 - DEVICE FOR MEASURING THERMO-EMF OF MATERIALS

Info

Publication number: RU167045U1
Application number: RU2016123956/28U
Authority: RU
Inventors: Никита Вадимович Пермяков; Юрий Павлович Лепескин; Вячеслав Алексеевич Мошников; Виктор Викторович Лучинин
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2016-12-20

Abstract

1. Устройство для измерения термо-ЭДС материалов, содержащее держатель образца, горячий и холодный электроды, закрепленные с подпружиниванием на держателе электродов, электрически соединенные с измерителем термо-ЭДС, а также электрически связанные с блоком управления датчики температуры холодного и горячего электродов и нагревательный элемент горячего электрода, отличающееся тем, что дополнительно введены нагревательный элемент образца и датчик температуры держателя образца, каждый из которых размещен в полостях, выполненных в держателе образца, при этом перемещение держателя электродов обеспечивает механизм вертикального перемещения, а перемещение держателя образца обеспечивает механизм горизонтального перемещения, причем блок управления электрически связан с нагревательным элементом образца, датчиком температуры держателя образца и механизмами вертикального и горизонтального перемещения и персональным компьютером, который связан с измерителем термо-ЭДС.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагревательный элемент горячего электрода выполнен в виде спирали из нихромовой проволоки.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчики температуры горячего электрода, температуры холодного электрода, температуры держателя образца выполнены в виде терморезистора или термопары.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перемещение держателя образца обеспечивает механизм горизонтального перемещения, который состоит из направляющих, механизма «винт - гайка» и двигателя.5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перемещение держателя электродов обеспечивает механизм вертикального перемещения, который состоит1. A device for measuring thermo-EMF of materials, containing a sample holder, hot and cold electrodes fixed with springing on the electrode holder, electrically connected to a thermo-EMF meter, and also cold and hot electrode temperature sensors and a heating element electrically connected to the control unit hot electrode, characterized in that the heating element of the sample and the temperature sensor of the sample holder are additionally introduced, each of which is placed in cavities made in holding the sample body, while moving the electrode holder provides a vertical movement mechanism, and moving the sample holder provides a horizontal movement mechanism, the control unit being electrically connected to the heating element of the sample, the temperature sensor of the sample holder and vertical and horizontal movement mechanisms and a personal computer that is connected to the meter thermo-EMF. 2. The device according to claim 1, characterized in that the heating element of the hot electrode is made in the form of a spiral of nichrome wire. 3. The device according to claim 1, characterized in that the sensors of the temperature of the hot electrode, temperature of the cold electrode, temperature of the sample holder are made in the form of a thermistor or thermocouple. 4. The device according to claim 1, characterized in that the movement of the sample holder provides a horizontal movement mechanism, which consists of guides, a screw-nut mechanism and an engine. The device according to claim 1, characterized in that the movement of the electrode holder provides a vertical movement mechanism, which consists

Description

Полезная модель относится к области неразрушающего контроля, а именно к устройствам для определения химического состава и структуры металлов, полупроводников и сплавов по величине термо-ЭДС и может быть использована для контроля качества продукции и для исследования материалов при различных технологиях получения материалов.The utility model relates to the field of non-destructive testing, namely, devices for determining the chemical composition and structure of metals, semiconductors and alloys by the value of thermo-EMF and can be used to control product quality and to study materials using various technologies for obtaining materials.

Известно устройство (SU №979974 «Устройство для измерения термо-ЭДС материалов», МПК G01N 25/32, опубл. 07.08.1982), содержащее основание на котором монтируются элементы устройства, прижимы электродов к исследуемому образцу в форме петли выполненной из проволоки, одна из прижимных петель является нагревательным элементом для горячего электрода, горячий и холодный электрод в виде прижимаемых к образцу термопар, схему регистрации разности температур прижимаемых термопар, держатель образца, и измеритель термо-ЭДС.A device is known (SU No. 979974 "Device for measuring thermo-EMF of materials", IPC G01N 25/32, publ. 08/07/1982), containing a base on which are mounted the elements of the device, the clamps of the electrodes to the test sample in the form of a loop made of wire, one of the pressure loops is a heating element for a hot electrode, a hot and cold electrode in the form of thermocouples pressed to a sample, a registration circuit for the temperature difference of pressed thermocouples, a sample holder, and a thermo-emf meter.

Данное устройство содержит нагреватель в виде проволоки, который нагревает большую, чем размер электрода область и окружающую среду, что приводит к неточному измерению термо-ЭДС.This device contains a heater in the form of a wire, which heats a region larger than the size of the electrode and the environment, which leads to inaccurate measurement of thermo-EMF.

Известно устройство (SU №783666 «Термоэлектрическое устройство для контроля металлов и сплавов», МПК G01N 25/32, опубл. 30.11.1980), содержащее электроды, жестко закрепленные в блоке, который прижимается к образцу, измеритель термо-ЭДС. Горячий электрод снабжен нагревателем, который пружиной прижимается к образцу. Таким образом, греется электрод и образец в значительной области под нагревателем. При этом градиент температуры проходит через области разного химсостава, и регистрируется усредненное по этой области термо-ЭДС.A device is known (SU No. 783666 "Thermoelectric device for monitoring metals and alloys", IPC G01N 25/32, publ. 11/30/1980), containing electrodes rigidly fixed in the block, which is pressed against the sample, thermo-EMF meter. The hot electrode is equipped with a heater, which is pressed against the sample by a spring. Thus, the electrode and the sample are heated in a significant area under the heater. In this case, the temperature gradient passes through regions of different chemical composition, and the thermo-EMF averaged over this region is recorded.

Таким образом, теряется локальность измерения свойства образца при измерении усредненного значения термо-ЭДС по области нагрева. В данном устройстве отсутствуют прижимные контакты, что может привести к различной силе прижима электродов, и как следствие к неточности измерений термо-ЭДС.Thus, the locality of measuring the properties of the sample is lost when measuring the average value of thermo-EMF over the heating region. There are no pressure contacts in this device, which can lead to different force of pressing electrodes, and as a result to inaccuracy of measurements of thermo-EMF.

Известно устройство (SU №568879 «Датчик термо-ЭДС», МПК G01N 25/32, опубл. 16.01.1978), содержащее два электрода в общем нагревателе, в холодном электроде сделаны проточки (или установлен радиатор), что способствует быстрому охлаждению этого электрода. Таким образом формируется разница температур для измерения термо-ЭДС между горячим и холодным электродом.A device is known (SU No. 568798 “Thermo-EMF sensor”, IPC G01N 25/32, publ. 16.01.1978) containing two electrodes in a common heater, grooves are made in the cold electrode (or a radiator is installed), which contributes to the rapid cooling of this electrode . Thus, a temperature difference is formed for measuring the thermo-EMF between the hot and cold electrode.

В таком устройстве при больших температурах рассеиваемый тепловой поток будет неравномерно разогревать окружающее пространство и возникнут сложности с поддержанием разницы температур холодного и горячего электрода, что может привести к неточности измерений термо-ЭДС.In such a device, at high temperatures, the dissipated heat flux will heat up the surrounding area unevenly and it will be difficult to maintain the temperature difference between the cold and hot electrode, which may lead to inaccurate measurements of the thermo-emf.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, является устройство, представленное в SU №949453 «Термоэлектрическое устройство для контроля металлов и сплавов», МПК G01N 25/32, опубл. 07.08.1982. Устройство содержит подпружиненные пружинами горячий и холодный электроды, покрытые электроизоляцией и помещенные в металлические блоки. Электроды электрически связаны с измерителем термо-ЭДС. Датчики температуры электродов (термопары) соединены с металлическими блоками, в которых располагаются электроды. Концы термопар, нагревательный элемент горячего электрода электрически связаны со схемой терморегулирования (блок управления).The closest technical solution to the claimed one is the device presented in SU No. 949453 "Thermoelectric device for monitoring metals and alloys", IPC G01N 25/32, publ. 08/07/1982. The device contains spring-loaded hot and cold electrodes coated with electrical insulation and placed in metal blocks. The electrodes are electrically connected to a thermo-EMF meter. Electrode temperature sensors (thermocouples) are connected to metal blocks in which the electrodes are located. The ends of the thermocouples, the heating element of the hot electrode are electrically connected to the thermal control circuit (control unit).

При работе устройства нагревательный элемент разогревает металлический блок, в котором размещен горячий электрод. Металлические блоки выравнивают температуры по электродам. Регистрация разности температур между металлическими блоками осуществляется двумя термопарами, подключенными к схеме терморегулирования.When the device is operating, the heating element heats the metal block in which the hot electrode is placed. Metal blocks equalize temperatures across the electrodes. The registration of the temperature difference between the metal blocks is carried out by two thermocouples connected to the thermal control circuit.

Регистрация термо-ЭДС между горячим и холодным электродом осуществляется измерителем термо-ЭДС.Registration of thermo-EMF between the hot and cold electrode is carried out by a thermo-EMF meter.

В такой установке измерения происходят в локальной области поверхности образца при регистрации разницы температур между электродами, без учета воздействии температуры окружающей среды, что приводит к неточному измерению термо-ЭДС исследуемого образца, и не позволяет корректно оценить качество образца.In such a setup, measurements take place in the local area of the sample surface when the temperature difference between the electrodes is recorded, without taking into account the influence of the ambient temperature, which leads to inaccurate measurement of the thermo-EMF of the test sample and does not allow to correctly evaluate the quality of the sample.

Задачей заявляемой полезной модели является создание устройства для измерения термо-ЭДС, которое позволит достигать технический результат, заключающийся в повышении точности измерений термо-ЭДС исследуемого образца за счет повышения точности измерения разности температур между горячим и холодным электродом с учетом воздействия температуры окружающей среды при осуществлении многократных локальных измерений.The objective of the claimed utility model is to create a device for measuring thermo-EMF, which will achieve a technical result, which consists in increasing the accuracy of measuring the thermo-EMF of the test sample by improving the accuracy of measuring the temperature difference between the hot and cold electrode, taking into account the effects of ambient temperature when performing multiple local measurements.

Сущность полезной модели заключается в том, что в устройство для измерения термо-ЭДС материалов, содержащее держатель образца, горячий и холодный электроды, закрепленные с подпружиниванием на держателе электродов, электрически соединенные с измерителем термо-ЭДС, а также электрически связанные с блоком управления датчики температуры холодного и горячего электродов и нагревательный элемент горячего электрода, дополнительно введены нагревательный элемент образца и датчик температуры держателя образца, каждый из которых размещен в полостях, выполненных в держателе образца, при этом перемещение держателя электродов обеспечивает механизм вертикального перемещения, а перемещение держателя образца обеспечивает механизм горизонтального перемещения, причем блок управления электрически связан с нагревательным элементом образца, датчиком температуры держателя образца и механизмами вертикального и горизонтального перемещений и персональным компьютером, который связан с измерителем термо-ЭДС.The essence of the utility model is that in a device for measuring thermo-EMF of materials, containing a sample holder, hot and cold electrodes, fixed with springing on the electrode holder, electrically connected to a thermo-EMF meter, and also temperature sensors electrically connected to the control unit cold and hot electrodes and a heating element of a hot electrode, an additional heating element of the sample and a temperature sensor of the sample holder, each of which is placed on the floor, are additionally introduced the holes made in the sample holder, while the movement of the electrode holder provides a vertical movement mechanism, and the movement of the sample holder provides a horizontal movement mechanism, and the control unit is electrically connected to the heating element of the sample, the temperature sensor of the sample holder and the mechanisms of vertical and horizontal movements and a personal computer, which is connected to a thermo-EMF meter.

Нагревательный элемент горячего электрода может быть выполнен в виде спирали из нихромовой проволоки. Датчики температуры горячего электрода, температуры холодного электрода, температуры держателя образца могут быть выполнены в виде терморезистора или термопары. Перемещение держателя образца может обеспечивать механизм горизонтального перемещения, который состоит из направляющих, механизма «винт - гайка» и двигателя. Перемещение держателя электродов может обеспечивать механизм вертикального перемещения, который состоит из направляющих, механизма «винт - гайка» и двигателя.The heating element of the hot electrode can be made in the form of a spiral of nichrome wire. The temperature sensors of the hot electrode, temperature of the cold electrode, temperature of the sample holder can be made in the form of a thermistor or thermocouple. The movement of the sample holder can be ensured by a horizontal movement mechanism, which consists of guides, a screw-nut mechanism, and an engine. The movement of the electrode holder can be ensured by a vertical movement mechanism, which consists of guides, a screw-nut mechanism, and an engine.

Совокупность существенных признаков, характеризующих заявляемую полезную модель влияет на возможность получения технического результата выражающегося в повышении точности измерений термо-ЭДС и находится в причинно-следственной связи с указанным результатом.The set of essential features characterizing the claimed utility model affects the possibility of obtaining a technical result expressed in increasing the accuracy of thermo-EMF measurements and is in a causal relationship with the specified result.

Для регистрации термо-ЭДС между двумя электродами необходимо наличие разницы температур горячего и холодного электродов. Для более точной регистрации разницы температур и, следовательно, точного измерения термо-ЭДС требуется учитывать теплообмен между электродами, образцом и окружающей средой в процессе измерения. В связи с этим в предлагаемую установку введен нагреватель образца и датчик температуры держателя образца. Таким образом, терморегулирование осуществляется на основе двух нагревательных элементов (образца и горячего электрода) и трех датчиков температуры (образца, горячего и холодного электродов).To register the thermo-EMF between the two electrodes, the temperature difference between the hot and cold electrodes is required. For more accurate recording of temperature differences and, therefore, accurate measurement of thermo-EMF, it is necessary to take into account the heat transfer between the electrodes, the sample and the environment during the measurement process. In this regard, a sample heater and a temperature sensor of the sample holder are introduced into the proposed installation. Thus, thermal regulation is carried out on the basis of two heating elements (sample and hot electrode) and three temperature sensors (sample, hot and cold electrodes).

Введение нагревателя образца и датчика температуры держателя образца позволяет задавать температуру нагрева образца, что позволяет создать градиент температур от образца в окружающую среду, который не зависит от случайных воздействий окружающей среды на образец. Таким образом повышается точность измерения термо-ЭДС.The introduction of the sample heater and the temperature sensor of the sample holder allows you to set the heating temperature of the sample, which allows you to create a temperature gradient from the sample to the environment, which does not depend on random environmental influences on the sample. Thus, the accuracy of measuring thermo-EMF is increased.

Введение механизма вертикального перемещения, который перемещает держатель электродов относительно образца, позволяет исключить контакт электродов с поверхностью образца между измерениями. Благодаря этому не происходит перегрев образца в точке измерения горячим электродом, есть время для охлаждения локальной области до температуры образца перед каждым измерением, что повышает точность измерений термо-ЭДС.The introduction of a vertical movement mechanism that moves the electrode holder relative to the sample eliminates the contact of the electrodes with the sample surface between measurements. Due to this, the sample does not overheat at the measurement point with a hot electrode, there is time for cooling the local region to the sample temperature before each measurement, which increases the accuracy of thermo-EMF measurements.

Введение механизма горизонтального перемещения, который перемещает держатель образца, позволяет проводить измерения термо-ЭДС в локальной области в разных точках образа, с известными координатами точки измерения относительно закрепления образца.The introduction of the horizontal movement mechanism, which moves the sample holder, allows thermo-EMF measurements in the local area at different points of the image, with known coordinates of the measurement point relative to the fixing of the sample.

Управление установкой осуществляется с помощью программного обеспечения в среде LabView, которое запускается на персональном компьютере. Данное программное обеспечение позволяет учитывать размеры образца, и регулировать параметры измерений (начальные и конечные температуры нагревателей, время необходимое для измерения в локальной области, число повторений измерения, скорость изменения температуры и др.), сохранять и выводить результат в виде графиков на монитор персонального компьютера.The installation is controlled using software in the LabView environment, which runs on a personal computer. This software allows you to take into account the size of the sample, and adjust the measurement parameters (initial and final temperatures of the heaters, the time required for measurement in the local area, the number of repetitions of the measurement, the rate of change of temperature, etc.), save and display the result in the form of graphs on a personal computer monitor .

Полезную модель иллюстрируют чертеж (фиг. 1), представляющий схему устройства для измерения термо-ЭДС материалов.A useful model is illustrated in the drawing (Fig. 1), representing a diagram of a device for measuring thermo-EMF of materials.

Устройство содержит (фиг. 1):The device contains (Fig. 1):

1 горячий электрод;1 hot electrode;

2 холодный электрод;2 cold electrode;

3 пружины;3 springs;

4 нагревательный элемент горячего электрода;4 heating element of a hot electrode;

5 датчик температуры горячего электрода;5 hot electrode temperature sensor;

6 нагревательный элемент образца;6 heating element of the sample;

7 датчик температуры держателя образца;7 temperature sensor sample holder;

8 датчик температуры холодного электрода;8 temperature sensor of a cold electrode;

9 образец;9 sample;

10 держатель образца;10 sample holder;

11 держатель электродов;11 electrode holder;

12 механизм горизонтального перемещения;12 mechanism of horizontal movement;

13 механизм вертикального перемещения;13 mechanism of vertical movement;

14 блок управления;14 control unit;

15 персональный компьютер;15 personal computer;

16 измеритель термо-ЭДС.16 thermo-EMF meter.

Устройство содержит два электрода: горячий электрод 1 и холодный электрод 2. К горячему электроду 1 прикреплен датчик температуры горячего электрода 5, а вокруг горячего электрода 1 находится нагревательный элемент горячего электрода 4. К холодному электроду 2 прикреплен датчик температуры холодного электрода 8. Электроды закреплены в держателе электродов 11 с подпружиниванием посредством пружин 3. Держатель электродов 11 закреплен на механизме вертикального перемещения 13, который осуществляет перемещение электродов от образца или к образцу. Исследуемый образец 9 располагается под электродами на держателе образца 10. В металлическом держателе образца 10 выполнены полости для расположения нагревательного элемента образца 6 и датчика температуры держателя образца 7. Держатель образца 10 закреплен на механизме горизонтального перемещения 12, осуществляющем перемещение вдоль образца 9. Измеритель термо-ЭДС 16 электрически соединен с горячим электродом 1 и холодным электродом 2. К блоку управления 14 электрически подключены нагревательные элементы 4 и 6; и датчики температуры 5, 7 и 8; и двигатели, которые входят в состав механизмов горизонтального и вертикального перемещения 12 и 13. Блок управления 14 и измеритель термо-ЭДС 16 подключены к персональному компьютеру 15, на котором установлена программа обеспечивающая работу устройства.The device contains two electrodes: a hot electrode 1 and a cold electrode 2. A hot electrode 5 temperature sensor is attached to the hot electrode 1, and a hot electrode 4 heating element is located around the hot electrode 1. A cold electrode 8 temperature sensor is attached to the cold electrode 2. the electrode holder 11 with springing by means of springs 3. The electrode holder 11 is mounted on a vertical movement mechanism 13, which moves the electrodes from the sample or to the sample at. The test sample 9 is located under the electrodes on the sample holder 10. In the metal holder of sample 10, cavities are provided for the location of the heating element of sample 6 and the temperature sensor of sample holder 7. The sample holder 10 is mounted on a horizontal movement mechanism 12 that moves along sample 9. The thermometer EMF 16 is electrically connected to the hot electrode 1 and the cold electrode 2. Heating elements 4 and 6 are electrically connected to the control unit 14; and temperature sensors 5, 7 and 8; and engines, which are part of the horizontal and vertical movement mechanisms 12 and 13. The control unit 14 and the thermo-EMF meter 16 are connected to a personal computer 15, on which the program supporting the operation of the device is installed.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Образец 9 закрепляют в держателе образца 10. Оператор на персональном компьютере 15 в программном обеспечении задает число повторений локальных измерений, величину шага перемещения механизма горизонтального перемещения 12 и механизма вертикального перемещения 13, температуры нагревательного элемента горячего электрода 4 и нагревательного элемента образца 6. После предварительного ввода данных оператор запускает выполнение программы.Sample 9 is fixed in the sample holder 10. The operator on the personal computer 15 in the software sets the number of repetitions of local measurements, the step size of the horizontal movement mechanism 12 and the vertical movement mechanism 13, the temperature of the heating element of the hot electrode 4 and the heating element of sample 6. After preliminary input data operator starts the execution of the program.

В начале работы управляющая программа проводит инициализацию, заключающуюся в том, что механизм горизонтального перемещения 12 устанавливается в начальное положение для измерений, определяемое оператором, а механизм вертикального перемещения 13 отводит держатель электродов 11 от образца 9. Из программы на персональном компьютере 15 подаются команды на блок управления 14 для перемещения механизма горизонтального перемещения 12 в положение, соответствующее первой точке измерений, и механизма вертикального перемещения 13 для отвода электродов 1 и 2 от образца 9. После инициализации начинается нагрев горячего электрода 1 и образца 9. Управляющая программа из персонального компьютера 15 на блок управления 14 подает команду включить нагревательный элемента горячего электрода 4 для нагрева горячего электрода 1. Блок управления 14 регистрирует температуру датчика температуры горячего электрода 5. При достижении заданной температуры горячего электрода 1 блок управления 14 включает и выключает нагревательный элемент горячего электрода 4 для поддержания заданной температуры, регистрируемой датчиком температуры горячего электрода 5, и сообщает управляющей программе, что достигнута заданная температура. Управляющая программа подает на блок управления 14 команду для перемещения механизма вертикального перемещения 13 с держателем электродов 11 к образцу 9. Электроды 1 и 2 касаются образца 9. Управляющая программа посылает команду измерителю термо-ЭДС 16 провести измерения разности потенциалов, возникающей в следствии термодвижущей силы. Измеритель термо-ЭДС 16 сообщает управляющей программе измеренное значение термо-ЭДС. Управляющая программа сохраняет значения термо-ЭДС, температур с датчика температуры горячего электрода 5, с датчика температуры холодного электрода 8 и с датчика температуры держателя образца 7, полученные одновременно. Управляющая программа подает на блок управления 14 команду для перемещения держателя электродов 11 от образца 9 механизмом вертикального перемещения 13.At the beginning of the work, the control program initializes, consisting in the fact that the horizontal movement mechanism 12 is set to the initial position for measurements determined by the operator, and the vertical movement mechanism 13 moves the electrode holder 11 away from the sample 9. From the program on the personal computer 15, commands are sent to the block control 14 for moving the horizontal movement mechanism 12 to a position corresponding to the first measurement point, and the vertical movement mechanism 13 for removing the electrode 1 and 2 from sample 9. After initialization, heating of the hot electrode 1 and sample 9 starts. The control program from the personal computer 15 sends a command to the control unit 14 to turn on the heating element of the hot electrode 4 to heat the hot electrode 1. The control unit 14 registers the temperature of the temperature sensor hot electrode 5. When the set temperature of the hot electrode 1 is reached, the control unit 14 turns the heating element of the hot electrode 4 on and off to maintain the set temperature, register my hot electrode temperature sensor 5, and informs the control program that reached the set temperature. The control program instructs the control unit 14 to move the vertical movement mechanism 13 with the electrode holder 11 to the sample 9. The electrodes 1 and 2 touch the sample 9. The control program sends a command to the thermo-EMF meter 16 to measure the potential difference resulting from the thermomotive force. The thermo-EMF meter 16 reports to the control program the measured value of the thermo-EMF. The control program stores the values of thermo-EMF, temperatures from the temperature sensor of the hot electrode 5, from the temperature sensor of the cold electrode 8 and from the temperature sensor of the holder of sample 7, obtained simultaneously. The control program sends a command to the control unit 14 to move the electrode holder 11 from the sample 9 by the vertical movement mechanism 13.

Процедура отвода электродов 1 и 2 от образца 9, установления температуры горячего электрода 1, подвода электродов 1 и 2, измерения термо-ЭДС, сохранения полученных значений термо-ЭДС и температур повторяется заданное число раз в одной локальной области образца 9.The procedure for removing the electrodes 1 and 2 from sample 9, establishing the temperature of the hot electrode 1, supplying the electrodes 1 and 2, measuring the thermo-EMF, saving the obtained values of thermo-EMF and temperatures is repeated a specified number of times in one local area of the sample 9.

Управляющая программа подает на блок управления 14 команду установить новое значение температуры горячего электрода 1. Повторяется предыдущая процедура измерения термо-ЭДС при фиксированном значении температуры горячего электрода 1.The control program instructs the control unit 14 to set a new temperature value of the hot electrode 1. The previous procedure for measuring the thermo-EMF is repeated at a fixed temperature value of the hot electrode 1.

Таким образом записываются значения термо-ЭДС в локальной области поверхности образца 9 при установлении температуры горячего электрода 1 от комнатной до максимального заданного значения (или от максимального значения до комнатной) с выбранным шагом изменения температуры, при этом при одной температуре измерения повторяются заданное число раз.Thus, the thermo-EMF values are recorded in the local region of the surface of sample 9 when the temperature of the hot electrode 1 is set from room temperature to the maximum set value (or from the maximum value to room temperature) with the selected temperature change step, and at the same temperature the measurements are repeated a specified number of times.

Перемещение электродов 1 и 2 по поверхности образца 9 осуществляется по следующему сценарию: после измерения термо-ЭДС в одной локальной области управляющая программа подает команду на блок управления 14 для перемещения держателя образца 10 механизмом горизонтального перемещения 12. Затем повторяются описанная выше процедура измерения термо-ЭДС при изменении температуры горячего электрода 1 от комнатной до максимального заданного значения (или от максимального значения до комнатной) с выбранным шагом изменения температуры в заданном числе локальных областей.The electrodes 1 and 2 are moved along the surface of sample 9 according to the following scenario: after measuring the thermo-EMF in one local area, the control program sends a command to the control unit 14 to move the sample holder 10 by the horizontal movement mechanism 12. Then, the above-described thermo-EMF measurement procedure is repeated when the temperature of the hot electrode 1 changes from room temperature to the maximum specified value (or from the maximum value to room temperature) with the selected temperature change step in the given number e local areas.

Предлагаемая установка может иметь следующие габаритные размеры: высота установки - 300 мм, длина основания - 400 мм, ширина основания - 300 мм. Блок управления основан на платформе Arduino Uno, включающей в себя микроконтроллер ATmega328. Данная платформа имеет 14 цифровых вход/выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, кварцевый генератор 16 МГц, разъем USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. В качестве измерителя термо-ЭДС был выбран цифровой мультиметр Tektronix DMM4020 5-1/2 Digit Multimeter. В заявляемом устройстве электроды выполнены на основе пружинного контакт-зонда Р100-В1 (длинна 33,3 мм, диаметр 1,36 мм). Нагревательный элемент образца - керамический нагреватель 40 Ватт (12V 40W Ceramic Cartridge Heater). Нагревательный элемент горячего электрода - спираль из нихромовой проволоки намотанная вокруг горячего электрода, покрытого электроизолирующей полиимидной пленкой (Kapton). Микроконтроллер управляет нагревательными элементами, используя n-канальный полевые транзисторы IRLR8113 в режиме отсечки. В качестве датчиков температуры горячего электрода, холодного электрода и держателя образа использованы терморезисторы Epcos B57560G. В держателе образца выточены полости обеспечивающие размещение нагревательного элемента образца и датчика температуры держателя образца. Датчики температуры горячего и холодного электрода (терморезисторы) закреплены на электродах в зоне максимально приближенной к образцу с помощью термоклея Алсил-5. В данной установке использован компьютерный блок питания формата АТХ. Механизмы горизонтального и вертикального перемещения выполняется с использованием направляющих, механизма передача «винт-гайка» и шаговых двигателей серии Kysan 1124090. Для изготовления большинства соединяющих деталей применена технология экструзионной 3D-печати ABS пластиком. Для металлических опор и креплений элементов установки использованы шпильки диаметром 8 мм.The proposed installation can have the following overall dimensions: installation height - 300 mm, base length - 400 mm, base width - 300 mm. The control unit is based on the Arduino Uno platform, which includes the ATmega328 microcontroller. This platform has 14 digital inputs / outputs (6 of which can be used as PWM outputs), 6 analog inputs, a 16 MHz crystal oscillator, a USB connector, a power connector, an ICSP connector and a reset button. A Tektronix DMM4020 5-1 / 2 Digit Multimeter was chosen as a thermo-EMF meter. In the inventive device, the electrodes are made on the basis of a spring contact probe P100-B1 (length 33.3 mm, diameter 1.36 mm). The heating element of the sample is a 40 W ceramic heater (12V 40W Ceramic Cartridge Heater). The hot electrode heating element is a nichrome wire spiral wound around a hot electrode coated with an electrically insulating polyimide film (Kapton). The microcontroller controls the heating elements using the n-channel field effect transistors IRLR8113 in the cutoff mode. Epcos B57560G thermistors were used as temperature sensors for the hot electrode, cold electrode, and image holder. Cavities are machined in the sample holder to accommodate the heating element of the sample and the temperature sensor of the sample holder. Hot and cold electrode temperature sensors (thermistors) are mounted on the electrodes in the zone as close to the sample as possible with Alsil-5 hot-melt adhesive. This installation uses a computer power supply in ATX format. The mechanisms of horizontal and vertical movement are carried out using guides, a screw-nut transmission mechanism and stepper motors of the Kysan 1124090 series. For the manufacture of most of the connecting parts, 3D plastic extrusion technology uses ABS plastic. For metal supports and fixtures of the installation elements, studs with a diameter of 8 mm were used.

Таким образом, устройство, проводя измерения термо-ЭДС при изменении температуры горячего электрода, температуры образца, перемещении электродов для измерения в разных локальных областях образца позволяет повысить точность измерения термо-ЭДС.Thus, the device, taking measurements of the thermo-EMF with a change in the temperature of the hot electrode, the temperature of the sample, moving the electrodes for measurement in different local areas of the sample, can improve the accuracy of measuring thermo-EMF.

Claims

1. Устройство для измерения термо-ЭДС материалов, содержащее держатель образца, горячий и холодный электроды, закрепленные с подпружиниванием на держателе электродов, электрически соединенные с измерителем термо-ЭДС, а также электрически связанные с блоком управления датчики температуры холодного и горячего электродов и нагревательный элемент горячего электрода, отличающееся тем, что дополнительно введены нагревательный элемент образца и датчик температуры держателя образца, каждый из которых размещен в полостях, выполненных в держателе образца, при этом перемещение держателя электродов обеспечивает механизм вертикального перемещения, а перемещение держателя образца обеспечивает механизм горизонтального перемещения, причем блок управления электрически связан с нагревательным элементом образца, датчиком температуры держателя образца и механизмами вертикального и горизонтального перемещения и персональным компьютером, который связан с измерителем термо-ЭДС.1. A device for measuring thermo-EMF of materials, containing a sample holder, hot and cold electrodes fixed with springing on the electrode holder, electrically connected to a thermo-EMF meter, and also cold and hot electrode temperature sensors and a heating element electrically connected to the control unit hot electrode, characterized in that the heating element of the sample and the temperature sensor of the sample holder are additionally introduced, each of which is placed in cavities made in holding the sample body, while moving the electrode holder provides a vertical movement mechanism, and moving the sample holder provides a horizontal movement mechanism, the control unit being electrically connected to the heating element of the sample, the temperature sensor of the sample holder and vertical and horizontal movement mechanisms and a personal computer that is connected to the meter thermo-emf.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагревательный элемент горячего электрода выполнен в виде спирали из нихромовой проволоки.2. The device according to p. 1, characterized in that the heating element of the hot electrode is made in the form of a spiral of nichrome wire.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчики температуры горячего электрода, температуры холодного электрода, температуры держателя образца выполнены в виде терморезистора или термопары.3. The device according to claim 1, characterized in that the sensors of the temperature of the hot electrode, temperature of the cold electrode, temperature of the sample holder are made in the form of a thermistor or thermocouple.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перемещение держателя образца обеспечивает механизм горизонтального перемещения, который состоит из направляющих, механизма «винт - гайка» и двигателя.4. The device according to claim 1, characterized in that the movement of the sample holder provides a horizontal movement mechanism, which consists of guides, a screw-nut mechanism and an engine.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перемещение держателя электродов обеспечивает механизм вертикального перемещения, который состоит из направляющих, механизма «винт - гайка» и двигателя.

5. The device according to claim 1, characterized in that the movement of the electrode holder provides a vertical movement mechanism, which consists of guides, a screw-nut mechanism and an engine.