RU2561313C1 - Method and device of surface tension and/or density of metal melts determination - Google Patents
Method and device of surface tension and/or density of metal melts determination Download PDFInfo
- Publication number
- RU2561313C1 RU2561313C1 RU2014123920/28A RU2014123920A RU2561313C1 RU 2561313 C1 RU2561313 C1 RU 2561313C1 RU 2014123920/28 A RU2014123920/28 A RU 2014123920/28A RU 2014123920 A RU2014123920 A RU 2014123920A RU 2561313 C1 RU2561313 C1 RU 2561313C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- substrate
- rod
- studied
- photodetector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу материалов, в частности к определению физико-химических параметров металлических расплавов методом геометрии контура «большой лежащей капли», т.е. путем измерения плотности и поверхностного натяжения неподвижно лежащей на подложке эллипсовидной капли образца расплава посредством фотоэлектронной объемометрии, в том числе до температуры плавления tпл этого образца. Изобретение предназначено преимущественно для изучения низкотемпературных или легкоплавких сплавов с температурой плавления tпл меньше 700К÷1000К, не обеспечивающих свечения образца в видимом диапазоне, например оловянно-свинцовых припоев, в лабораториях, на предприятиях металлургической промышленности, при выполнении лабораторных работ в вузах.The invention relates to technical physics, namely to the analysis of materials, in particular to the determination of the physicochemical parameters of metal melts by the geometry of the contour of a "large lying drop", i.e. by measuring the density and surface tension of an ellipsoid droplet of a melt sample lying still on the substrate by photoelectron volumetry, including up to the melting temperature t PL of this sample. The invention is intended mainly for the study of low-temperature or low-melting alloys with a melting temperature t PL less than 700K ÷ 1000K, which do not provide a sample glow in the visible range, for example, tin-lead solders, in laboratories, at the metallurgical industry, when performing laboratory work in universities.
Известен способ непрямого измерения плотности и поверхностного натяжения образца - капли расплава с известной массой, равной 10÷40 граммов («метод большой капли»), лежащей на горизонтальной подложке, размещенной на конце штока в вакуумной камере в изотермической зоне электропечи горизонтального типа, на основе фотометрии, которую осуществляют по геометрическим характеристикам эллипсоида капли посредством измерения параметров его контура (силуэта) и дальнейшего определения объема капли - см. Филиппов С.И. и др. «Физико-химические методы исследования металлургических процессов», Металлургия, МЛ 968 г., стр. 266-267, рис. 114. При этом используют два способа измерения параметров силуэта. Один из них основан на прямой фотометрии капли расплава в случае ее собственного свечения. Его применяют преимущественно в диапазоне температур расплава более 700К÷1000К и практически не используют какую-либо подсветку образца. Кроме того, данный метод позволяет осуществлять непрерывный контроль изображения поверхности капли расплава, в том числе при пошаговом изменении температуры ti во время нагрева или охлаждения образца. Это обеспечивает отслеживание динамики плавления образца и контроль пленки на его поверхности, в частности регистрацию загрязнений образца. Загрязнения обусловлены реальными условиями экспериментов, например недостаточной очисткой поверхности образца перед экспериментом, всплытием шлаков в капле, неоднородностью многокомпонентного сплава, взаимодействием с материалом керамической подложки, проникновением кислорода в инертную атмосферу электропечи и проч. Они влекут за собой локальные изменения поверхностного натяжения, которые могут вызывать не только искажения формы капли и ее контура, вплоть до образования комков, но и разрыв поверхностной пленки и, как следствие, выплескивание расплава за подложку, т.е. срыв эксперимента.A known method for indirectly measuring the density and surface tension of a sample is a melt drop with a known mass of 10 ÷ 40 grams (“big drop method”) lying on a horizontal substrate placed on the end of the rod in a vacuum chamber in a horizontal type isothermal zone based on an electric furnace photometry, which is carried out according to the geometric characteristics of the ellipsoid of the drop by measuring the parameters of its contour (silhouette) and further determining the volume of the drop - see Filippov S.I. and others. "Physico-chemical methods for the study of metallurgical processes", Metallurgy, ML 968, pp. 266-267, Fig. 114. In this case, two methods of measuring silhouette parameters are used. One of them is based on direct photometry of the melt drop in the case of its own glow. It is used mainly in the melt temperature range of more than 700K ÷ 1000K and practically does not use any illumination of the sample. In addition, this method allows continuous monitoring of the image of the surface of the melt droplet, including a stepwise change in temperature t i during heating or cooling of the sample. This provides monitoring of the dynamics of melting of the sample and control of the film on its surface, in particular, the registration of contaminants in the sample. The pollution is caused by the actual conditions of the experiments, for example, insufficient cleaning of the sample surface before the experiment, surfacing of slag in the droplet, heterogeneity of the multicomponent alloy, interaction with the material of the ceramic substrate, penetration of oxygen into the inert atmosphere of the electric furnace, etc. They entail local changes in the surface tension, which can cause not only distortion of the droplet shape and its contour, up to the formation of lumps, but also rupture of the surface film and, as a result, melt splashing over the substrate, i.e. failure of the experiment.
Другой способ основан на освещении этой капли в режиме «на просвет», т.е. освещении капли со стороны, противоположной объективу фотоприемника, изнутри электропечи. Его можно использовать в диапазоне температур капли меньше 700К÷1000К, в том числе при охлаждении капли или при исследованиях легкоплавких сплавов. Однако данный метод не обеспечивает контроль изображения состояния поверхности капли расплава. Отсутствие такого контроля чревато пропуском моментов разрыва поверхностной пленки и выплескиванием капли за подложку, как отмечено выше.Another method is based on the illumination of this drop in the "on clearance" mode, i.e. lighting drops from the side opposite to the photodetector lens, from inside the electric furnace. It can be used in the temperature range of a droplet less than 700K ÷ 1000K, including when cooling a droplet or in studies of low-melting alloys. However, this method does not provide control of the image of the state of the surface of the melt drop. The absence of such control is fraught with missing moments of tearing of the surface film and splashing out of the droplet behind the substrate, as noted above.
Использование способов и соответствующих устройств, предназначенных для изучения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов методом «большой лежащей капли» при температурах, меньших 700К÷1000К, связано с рядом трудностей. Одна из основных проблем - отсутствие собственного свечения капли расплава при этих температурах и, как следствие, сложность получения качественного фотоизображения капли, пригодного для последующих геометрических расчетов. Поэтому применяют различные методы подсветки изучаемого образца.The use of methods and appropriate devices designed to study the surface tension and / or density of metal melts by the "large lying drop" method at temperatures lower than 700K ÷ 1000K is associated with a number of difficulties. One of the main problems is the lack of intrinsic luminescence of the melt drop at these temperatures and, as a consequence, the difficulty of obtaining a high-quality photo image of the drop suitable for subsequent geometric calculations. Therefore, various methods of highlighting the studied sample are used.
Общеизвестно использование подсветки в дисплеях, например, в телевизорах или компьютерах. Применение в них устройств подсветки, выполненных на основе газоразрядных ламп или полупроводниковых светодиодов (LED) позволяет на 2-3 порядка увеличить как яркость, так и динамическую контрастность изображений на дисплеях, например, до 500 кд/м2 и 100000:1 соответственно, что обеспечивает минимальную погрешность, например в определении положения соседних элементов изображения, равную 1-2 пиксела, т.е. 0,3÷0,6 мм.It is well known to use backlighting in displays, such as televisions or computers. Application in the backlight device are performed based on gas discharge lamps or semiconductor light-emitting diodes (LED) by 2-3 orders allows to increase both brightness and contrast of images for dynamic display, for example, up to 500 cd / m 2 and 100,000: 1, respectively, provides a minimum error, for example, in determining the position of neighboring image elements, equal to 1-2 pixels, i.e. 0.3 ÷ 0.6 mm.
Известно применение подсветки для изучения и определения величины поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов методом «большой лежащей капли», при отсутствии ее собственного свечения, осуществляемой посредством устройства, содержащего внешний источник освещения, работающий «на просвет» - см. пат. РФ на полезную модель №131180. При этом осуществляют подсветку изучаемого образца внутри горизонтальной электропечи со стороны, противоположной фотоприемнику. Основным недостатком является то, что при подсветке «на просвет» практически невозможно получение качественного изображения поверхности изучаемого образца. Это не позволяет иметь информацию о динамике его плавления, т.е. не обеспечивает возможность визуального контроля динамики состояния поверхности расплава и его прогнозирование, например оценки загрязнений, в том числе наличия локальных неоднородностей поверхностных пленок и их изменений. При этом затруднены пошаговый контроль динамики эксперимента, прогнозирование его хода, а конечном итоге не обеспечивается достоверность и точность определения поверхностного натяжения и/или плотности легкоплавких металлических расплавов в температурном диапазоне до 700К÷1000К.It is known to use backlighting to study and determine the magnitude of surface tension and / or density of metal melts by the "large lying drop" method, in the absence of its own luminescence, carried out by means of a device containing an external light source operating "in the light" - see US Pat. RF for utility model No. 131180. In this case, the studied sample is illuminated inside the horizontal electric furnace from the side opposite to the photodetector. The main disadvantage is that when illuminated "in the light" it is almost impossible to obtain a high-quality image of the surface of the studied sample. This does not allow to have information on the dynamics of its melting, i.e. it does not provide the possibility of visual monitoring of the dynamics of the state of the melt surface and its forecasting, for example, assessing contaminants, including the presence of local inhomogeneities of surface films and their changes. At the same time, step-by-step control of the dynamics of the experiment and prediction of its progression are difficult, and ultimately the reliability and accuracy of determining the surface tension and / or density of low-melting metal melts in the temperature range up to 700K ÷ 1000K are not ensured.
Известен способ подсветки, осуществляемой посредством устройства, содержащего внешний источник освещения, освещающий исследуемый образец сквозь то же окно из термостойкого стекла в торце электропечи, через которое посредством фотоприемного устройства осуществляют фоторегистрацию изображения измеряемого образца - см. пат. РФ на полезную модель №127924 - аналог. Этот способ позволяет просматривать переднюю полусферу исследуемого образца, что обеспечивает возможность визуального анализа динамики состояния поверхности этого расплава, например оценки загрязнений или поверхностных пленок, возникающих на образце. При этом края и кромки штока и нагревателя электропечи не светятся, т.к. нагреваются до температур, на порядок меньших, чем температура капли расплава, находящейся в центре высокотемпературной зоны, создаваемой нагревателем электропечи. В том числе и поэтому не обеспечен высокий контраст изображения силуэта изучаемого образца на фоне регулируемого штока, на котором находится подложка с образцом, и нагревателя электропечи. Недостатком способа с использованием данного устройства является отсутствие постоянной, равномерной и контрастной подсветки всего контура изучаемого образца наряду с одновременным стабильным освещением передней полусферы поверхности изучаемого образца. В этом случае оценка контура образца существенно зависит от квалификации экспериментатора и вносит долю субъективности в результаты исследований. Отсюда недостаточны объективность, достоверность и стабильность точности определения геометрических характеристик эллипсоида капли расплава изучаемого образца в температурном диапазоне до 700К÷1000К, при котором отсутствует свечение капли. В конечном итоге затрудняется обеспечение достоверности и точности определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов в температурном диапазоне до 700К÷1000К.A known method of backlighting, carried out by means of a device containing an external light source, illuminating the test sample through the same window of heat-resistant glass at the end of the electric furnace, through which photodetection of the image of the measured sample is carried out by means of a photodetector - see US Pat. RF for utility model No. 127924 - analogue. This method allows you to view the front hemisphere of the test sample, which allows visual analysis of the dynamics of the surface state of this melt, for example, the assessment of contaminants or surface films that occur on the sample. At the same time, the edges and edges of the rod and heater of the electric furnace do not glow, because heated to temperatures an order of magnitude lower than the temperature of a drop of melt located in the center of the high-temperature zone created by the electric furnace heater. Including, therefore, a high contrast of the silhouette image of the sample under study against the background of an adjustable rod, on which the substrate with the sample is located, and the electric furnace heater is not ensured. The disadvantage of the method using this device is the lack of constant, uniform and contrast illumination of the entire contour of the studied sample, along with the simultaneous stable illumination of the front hemisphere of the surface of the studied sample. In this case, the evaluation of the contour of the sample substantially depends on the qualifications of the experimenter and contributes to the research results. Hence, the objectivity, reliability, and stability of the accuracy of determining the geometric characteristics of the ellipsoid of a drop of a melt of a studied sample in the temperature range up to 700K ÷ 1000K, at which there is no drop glow, are insufficient. Ultimately, it is difficult to ensure the reliability and accuracy of determining the surface tension and / or density of metal melts in the temperature range up to 700K ÷ 1000K.
Прототипом предлагаемого изобретения является способ определения плотности высокотемпературных металлических расплавов с использованием каплевидного изучаемого образца известной массы, лежащего на подложке, расположенной на штоке в зоне нагрева горизонтальной электропечи, при котором фотоспособом, посредством расположенного вне электропечи фотоприемника, получают изображение силуэта образца на дисплее компьютера, по этому изображению определяют поверхностное натяжение и/или плотность изучаемого образца, причем перед загрузкой изучаемого образца размещают оптический излучатель между электропечью и фотоприемником, включают этот излучатель, на подложку временно помещают первый оптический отражатель с перпендикулярной подложке зеркальной поверхностью, посредством которого регулируют горизонтальность подложки, после чего этот отражатель убирают, на подложку помещают изучаемый образец и осуществляют основные операции способа - см. пат РФ №2459194. Этот способ реализуют посредством устройства, содержащего подложку с размещенным на ней исследуемым образцом известной массы, которые находятся на регулируемом штоке, коаксиально расположенном в зоне нагрева горизонтальной электропечи, фотоприемник с объективом, компьютер, оптический излучатель, находящийся между электропечью и фотоприемником, первый оптический отражатель, который временно размещен на подложке, до начала осуществления основных операций способа.The prototype of the invention is a method for determining the density of high-temperature metal melts using a teardrop-shaped sample of known mass lying on a substrate located on a rod in the heating zone of a horizontal electric furnace, in which a photographic method, using the photodetector located outside the electric furnace, obtains an image of the silhouette of the sample on a computer display, by this image determines the surface tension and / or density of the test sample, and before loading of the studied sample, an optical emitter is placed between the electric furnace and the photodetector, this emitter is turned on, the first optical reflector with a mirror surface perpendicular to the substrate is temporarily placed, by means of which the horizontalness of the substrate is adjusted, after which this reflector is removed, the studied sample is placed on the substrate and the main operations of the method are carried out - see RF Patent No. 2459194. This method is implemented by means of a device containing a substrate with a studied sample of known mass placed on it, which are located on an adjustable rod coaxially located in the heating zone of a horizontal electric furnace, a photodetector with a lens, a computer, an optical emitter located between the electric furnace and a photodetector, the first optical reflector, which is temporarily placed on the substrate, before the implementation of the basic operations of the method.
Недостатками прототипа, предназначенного преимущественно для исследований высокотемпературных сплавов, когда капля расплава светится, является то, что в температурном диапазоне до 700К÷1000К он не обеспечивает стабильное, равномерное и контрастное освещение контура образца на фоне краев штока и нагревателя горизонтальной электропечи, создающего зону нагрева, поэтому контрастность и четкость контура образца нестабильны и могут быть недостаточны для достоверной регистрации силуэта низкотемпературного образца. Регулировка оптического излучателя обеспечивает возможность визуального анализа состояния поверхности расплава, например оценки загрязнений, и наличие локальных неоднородностей поверхностных пленок. Однако эта регулировка не обеспечивает постоянную, равномерную и контрастную подсветку всего контура изучаемого образца, в том числе динамики его изменения, с одновременным стабильным освещением передней полусферы поверхности изучаемого образца. Таким образом, эта регулировка не обеспечивает стабильность определения геометрических параметров силуэта. В таком случае оценка контура образца существенно зависит от квалификации экспериментатора и вносит долю субъективности в результаты исследований.The disadvantages of the prototype, intended primarily for studies of high-temperature alloys, when a drop of melt glows, is that in the temperature range up to 700K ÷ 1000K it does not provide stable, uniform and contrast illumination of the sample contour against the background of the edges of the rod and the heater of the horizontal electric furnace, creating a heating zone, therefore, the contrast and sharpness of the sample contour are unstable and may not be sufficient for reliable registration of the silhouette of a low-temperature sample. The adjustment of the optical emitter provides the possibility of a visual analysis of the state of the melt surface, for example, the assessment of contamination, and the presence of local inhomogeneities of surface films. However, this adjustment does not provide a constant, uniform and contrasting illumination of the entire contour of the studied sample, including the dynamics of its change, with simultaneous stable illumination of the front hemisphere of the surface of the studied sample. Thus, this adjustment does not provide stability in determining the geometric parameters of the silhouette. In this case, the evaluation of the contour of the sample substantially depends on the qualification of the experimenter and contributes to the research results.
Таким образом, не обеспечена объективность, стабильность, достоверность и надежность определения геометрических параметров силуэта образца при одновременном анализе динамики состояния его поверхности, а в конечном итоге не обеспечена стабильность, достоверность, надежность и точность определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов в температурном диапазоне до 700К÷1000К.Thus, the objectivity, stability, reliability and reliability of determining the geometric parameters of the silhouette of a sample while analyzing the dynamics of the state of its surface are not ensured, and ultimately the stability, reliability, reliability and accuracy of determining the surface tension and / or density of metal melts in the temperature range are not ensured. up to 700K ÷ 1000K.
Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей, повышение уровня объективности, стабильности и достоверности определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов в температурном диапазоне до 700К÷1000К при, по меньшей мере, сохранении точности определения этих параметров.The objective of the invention is to expand the functionality, increase the level of objectivity, stability and reliability of determining the surface tension and / or density of metal melts in the temperature range up to 700K ÷ 1000K while at least maintaining the accuracy of determining these parameters.
Поставленная задача решается с помощью способа и устройства определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов.The problem is solved using the method and device for determining the surface tension and / or density of metal melts.
1. Способ определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов с использованием каплевидного изучаемого образца известной массы, располагаемого на подложке, размещенной на штоке в горизонтальной электропечи, при котором фотоспособом, посредством расположенного вне электропечи фотоприемника с объективом, соединенного с компьютером, получают изображение силуэта образца на дисплее этого компьютера, по параметрам этого изображения определяют поверхностное натяжение и/или плотность изучаемого образца, причем перед загрузкой изучаемого образца размещают оптический излучатель между электропечью и фотоприемником, на подложку временно помещают первый оптический отражатель, обладающий перпендикулярной подложке зеркальной поверхностью, посредством которого регулируют горизонтальность подложки, после чего этот отражатель убирают, на подложку помещают изучаемый образец и осуществляют основные операции способа, отличающийся тем, что перед осуществлением основных операций способа на штоке размещают второй оптический отражатель, обладающий свойством преимущественно рассеянного отражения, который располагают со стороны подложки с изучаемым образцом, противоположной фотоприемнику, преимущественно перпендикулярно горизонтальной оси штока; оптическим излучателем освещают изучаемый образец, располагаемый на подложке, и второй оптический отражатель, регулировкой положения оптического излучателя добиваются равномерной максимальной контрастности контура изучаемого образца на фоне второго оптического отражателя, после чего осуществляют последующие операции способа, причем оптический излучатель не выключают до конца исследования.1. A method for determining the surface tension and / or density of metal melts using a teardrop-shaped sample of known mass placed on a substrate placed on a rod in a horizontal electric furnace, in which a photographic method, by means of an external photodetector with a lens connected to a computer, produces a silhouette image the sample on the display of this computer, the parameters of this image determine the surface tension and / or density of the studied sample, and By loading the studied sample, an optical emitter is placed between the electric furnace and the photodetector, the first optical reflector having a perpendicular substrate with a mirror surface is temporarily placed on the substrate, by means of which the horizontalness of the substrate is adjusted, after which this reflector is removed, the studied sample is placed on the substrate and the main operations of the method are performed, which differ the fact that before carrying out the basic operations of the method on the rod is placed a second optical reflector having its own the predominantly diffuse reflection, which is located on the side of the substrate with the studied sample, opposite the photodetector, mainly perpendicular to the horizontal axis of the rod; An optical emitter illuminates the studied sample located on the substrate, and the second optical reflector, by adjusting the position of the optical emitter, achieve uniform maximum contrast of the contour of the studied sample against the background of the second optical reflector, after which the next steps of the method are carried out, and the optical emitter is not turned off until the end of the study.
2. Устройство определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов, содержащее подложку с размещенным на ней изучаемым образцом известной массы, которые находятся на регулируемом штоке, коаксиально расположенном в зоне нагрева горизонтальной электропечи, фотоприемник с объективом, соединенный с компьютером, оптический излучатель, размещенный между электропечью и объективом фотоприемника, первый оптический отражатель, временно размещаемый на подложке, отличающееся тем, что в него введен второй оптический отражатель, размещенный на регулируемом штоке преимущественно перпендикулярно горизонтальной оси этого штока и выполненный преимущественно в виде плоской пластины, который располагают со стороны подложки с размещенным на ней изучаемым образцом, противоположной фотоприемнику с объективом.2. A device for determining the surface tension and / or density of metal melts, containing a substrate with a studied sample of known mass placed on it, which are located on an adjustable rod coaxially located in the heating zone of a horizontal electric furnace, a photodetector with a lens connected to a computer, an optical emitter placed between the electric furnace and the photodetector lens, a first optical reflector temporarily placed on a substrate, characterized in that a second optical reflector is inserted into it a holder located on an adjustable rod mainly perpendicular to the horizontal axis of this rod and made mainly in the form of a flat plate, which is located on the side of the substrate with the studied sample placed on it, opposite the photodetector with the lens.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве оптического излучателя используют кластер из n преимущественно некогерентных светодиодов, где n - любое положительное целое число, преимущественно 1 или 2 светодиода.3. The device according to claim 2, characterized in that a cluster of n predominantly incoherent LEDs is used as an optical emitter, where n is any positive integer, preferably 1 or 2 LEDs.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что второй оптический отражатель выполнен из тугоплавкого металла, например молибдена.4. The device according to claim 2, characterized in that the second optical reflector is made of refractory metal, such as molybdenum.
5. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что второй оптический отражатель расположен на штоке не перпендикулярно горизонтальной оси штока, например под углом, отличающимся от 90 градусов, на угол φ≤20 градусов, преимущественно φ≤5÷10 градусов.5. The device according to p. 2, characterized in that the second optical reflector is located on the rod not perpendicular to the horizontal axis of the rod, for example, at an angle different from 90 degrees, at an angle φ≤20 degrees, mainly φ≤5 ÷ 10 degrees.
Техническим результатом использования предложенных способа и устройства определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов является то, что они обеспечивают, в частности, в температурном диапазоне до 700K÷1000K постоянную, равномерную и контрастную подсветку всего контура изучаемого образца с одновременным освещением передней полусферы поверхности изучаемого образца. Это повышает объективность, достоверность и надежность определения геометрических параметров силуэта образца при одновременном контроле динамики поверхностного состояния образца. В конечном итоге это обеспечивает расширение функциональных возможностей способа, повышение объективности, стабильности, достоверности и надежности при, по меньшей мере, сохранении точности определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов. The technical result of using the proposed method and device for determining the surface tension and / or density of metal melts is that they provide, in particular, in the temperature range up to 700K ÷ 1000K, a constant, uniform and contrast illumination of the entire contour of the studied sample with simultaneous illumination of the front hemisphere of the surface of the studied sample. This increases the objectivity, reliability and reliability of determining the geometric parameters of the silhouette of the sample while monitoring the dynamics of the surface state of the sample. Ultimately, this provides an extension of the functional capabilities of the method, increasing objectivity, stability, reliability and reliability while at least maintaining the accuracy of determining the surface tension and / or density of metal melts.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: The invention is illustrated by drawings:
фиг. 1 - блок-схема расположения второго оптического отражателя; FIG. 1 is a block diagram of a second optical reflector;
фиг. 2 - изображение торцовой части горизонтальной электропечи измерительного комплекса;FIG. 2 - image of the end part of the horizontal electric furnace of the measuring complex;
фиг. 3 - изображение, полученное без использования второго оптического отражателя, для образца расплава припоя ПОС-61, t=+200÷+206°С;FIG. 3 - image obtained without the use of a second optical reflector for a sample of the POS-61 solder melt, t = + 200 ÷ + 206 ° С;
фиг. 4 - изображение, полученное сразу после загрузки в электропечь с использованием второго оптического отражателя, для твердого образца припоя ПОС-61, t=+30°С;FIG. 4 is an image obtained immediately after loading into an electric furnace using a second optical reflector for a solid POS-61 solder sample, t = + 30 ° C;
фиг. 5 - изображение, полученное с использованием второго оптического отражателя, для образца расплава припоя ПОС-61, t=+260°С;FIG. 5 is an image obtained using a second optical reflector for a sample of the POS-61 solder melt, t = + 260 ° C;
фиг. 6 - изображение, полученное с использованием второго оптического отражателя, для образца расплава припоя ПОС-61, t=+295°С.FIG. 6 is an image obtained using a second optical reflector for a POS-61 solder melt sample, t = + 295 ° C.
Способ определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов осуществляют посредством устройства в виде измерительного комплекса, выполненного по прототипу (на схеме не показано), в состав которого входят регулируемый шток 1, подложка 2 с размещенным на ней исследуемым образцом известной массы 3, второй оптический отражатель 4, оптический излучатель 5, зафиксированный между прозрачным окном 6 переднего фланца 7 цилиндрической горизонтальной электропечи и объективом фотоприемника (на схеме не показано).The method for determining the surface tension and / or density of metal melts is carried out by means of a device in the form of a measuring complex made according to the prototype (not shown in the diagram), which includes an adjustable rod 1, a substrate 2 with a test sample of known mass 3 placed on it, and a second optical reflector 4,
Регулируемый шток 1 выполнен из молибденовой трубы, на горизонтальном срезе которого расположена подложка 2, выполненная в виде цилиндрического элемента из высокотемпературной керамики, например бериллиевой. Второй оптический отражатель 4 выполнен из листа тугоплавкого металла, преимущественно молибдена, толщиной 0,2 мм, согнутого под углом 8, отличающимся от прямого угла по отношению к оси регулируемого штока 1 на угол φ≤20 градусов, преимущественно φ≤5÷10 градусов. Он зафиксирован на срезе регулируемого штока 1, преимущественно вертикальном. Оптический излучатель 5 выполнен в виде светодиодного малогабаритного фонарика или кластера из n светодиодов, например двух сверхярких светодиодов L7113SEC-H фирмы Kingbright - см. каталог Kingbright, 2005-2006. Его преимущественно некогерентный световой поток 8 по горизонтали направлен как на исследуемый образец известной массы 3 и подложку 2, так и на второй оптический отражатель 4 через прозрачное окно 6 переднего фланца 7 торцевой части горизонтальной электропечи. Отраженный оптическим отражателем 4 рассеянный световой поток 10 направлен сквозь прозрачное окно 6 переднего фланца 7 в сторону объектива фотоприемника (на схеме не показано), а также на подложку 2 и заднюю полусферу исследуемого образца известной массы 3, в том числе на его кромки, образующие силуэт.The adjustable rod 1 is made of a molybdenum pipe, on a horizontal cut of which there is a substrate 2, made in the form of a cylindrical element made of high-temperature ceramics, such as beryllium. The second optical reflector 4 is made of a sheet of refractory metal, mainly molybdenum, 0.2 mm thick, bent at an angle of 8, different from the right angle with respect to the axis of the adjustable rod 1 by an angle φ≤20 degrees, mainly φ≤5 ÷ 10 degrees. It is fixed on a section of an adjustable rod 1, mainly vertical.
Способ определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов осуществляют посредством вышеописанного устройства следующим образом. Подготавливают изучаемый образец 3, у которого определяют массу. Если необходимо, предварительно регулируют, как описано в прототипе, например, в автоматическом или ручном режимах, горизонтальность подложки 2, которую размещают на горизонтальном срезе регулируемого штока 1, посредством временного размещения на подложке 2 первого оптического отражателя (на схеме не показано), обладающего перпендикулярной подложке 2 зеркальной поверхностью, после чего этот отражатель убирают с подложки 2. На подложку 2 вместо убранного отражателя помещают изучаемый образец 3. Затем перед осуществлением основных операций способа на регулируемом штоке 1 размещают второй оптический отражатель 4, обладающий свойством преимущественно рассеянного отражения. Его располагают со стороны подложки 2 с изучаемым образцом 3, противоположной фотоприемнику (на схеме не показан), преимущественно перпендикулярно горизонтальной оси штока 1. Регулируемый шток 1 с изучаемым образцом 3, располагаемым на подложке 2, и вторым оптическим отражателем 4 помещают в вакуумную камеру электропечи (на схеме не показано). Оптическим излучателем 5 освещают изучаемый образец 3, располагаемый на подложке 2, и второй оптический отражатель 4, после чего вакуумную камеру электропечи (на схеме не показаны) закрывают и осуществляют основные операции способа, при этом наблюдают на дисплее компьютера все этапы эксперимента.The method for determining the surface tension and / or density of metal melts is carried out by means of the above device as follows. Prepare the studied sample 3, which determine the mass. If necessary, pre-adjust, as described in the prototype, for example, in automatic or manual modes, the horizontal position of the substrate 2, which is placed on a horizontal slice of the adjustable rod 1, by temporarily placing the first optical reflector (not shown) on the substrate 2, which is perpendicular substrate 2 with a mirror surface, after which this reflector is removed from the substrate 2. On the substrate 2, instead of the removed reflector, the studied sample 3 is placed. Then, before performing basic operations of the method on the adjustable rod 1 place the second optical reflector 4, having the property of mainly diffuse reflection. It is located on the side of the substrate 2 with the studied sample 3 opposite to the photodetector (not shown in the diagram), mainly perpendicular to the horizontal axis of the rod 1. The adjustable rod 1 with the studied sample 3, located on the substrate 2, and the second optical reflector 4 are placed in a vacuum chamber of the electric furnace (not shown in the diagram). An
Сравнительный анализ изображений, экспериментально полученных посредством предлагаемого устройства для изучаемых образцов 3 легкоплавкого оловянно-свинцового припоя ПОС-61, имеющего температуру плавления tпл=+190°С, с применением второго оптического отражателя 4 - см. фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, и без него - см. фиг. 3, подтверждает целесообразность использования предлагаемого изобретения. Оно обеспечивает получение постоянного, равномерного и контрастного изображения всего контура изучаемого образца 3 и подложки 2. В то же время определение контура изображения капли расплава изучаемого образца 3, приведенное на фиг. 3, особенно в его левой части, существенно затруднено и требует высокой квалификации исследователя. Предлагаемые способ и устройство позволяют обоснованно применять формулы для расчета этого контура в температурном диапазоне до 700К÷1000К, когда еще практически отсутствует свечение капли расплава, при этом сохраняется возможность изучения поверхности образца 3, в том числе наблюдение динамики загрязнений и/или пленок на поверхности капли расплава. Возрастает объективность, достоверность и надежность определения геометрических параметров силуэта образца. Кроме того, появляется возможность уменьшения субъективности в оценке изображений и снижение квалификационных требований к исследователю.A comparative analysis of images experimentally obtained by the proposed device for the studied samples 3 of fusible tin-lead solder POS-61, having a melting point t PL = + 190 ° C, using a second optical reflector 4 - see. FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, and without it, see FIG. 3, confirms the feasibility of using the invention. It provides a constant, uniform and contrasting image of the entire contour of the studied sample 3 and substrate 2. At the same time, the definition of the contour of the image of a drop of melt of the studied sample 3, shown in FIG. 3, especially in its left part, is essentially difficult and requires a high qualification of the researcher. The proposed method and device allows you to justify the use of formulas to calculate this circuit in the temperature range up to 700K ÷ 1000K, when there is still practically no glow of the melt drop, while it remains possible to study the surface of sample 3, including observing the dynamics of contaminants and / or films on the surface of the drop melt. The objectivity, reliability and reliability of determining the geometric parameters of the silhouette of the sample is increasing. In addition, it becomes possible to reduce subjectivity in the evaluation of images and reduce the qualification requirements for the researcher.
В конечном итоге предлагаемое изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов, повышение объективности, стабильности, достоверности и надежности при, по меньшей мере, сохранении точности определения поверхностного натяжения и/или плотности металлических расплавов.Ultimately, the present invention provides an extension of the functionality for determining the surface tension and / or density of metal melts, increasing objectivity, stability, reliability and reliability while at least maintaining the accuracy of determining the surface tension and / or density of metal melts.
Технические решения, содержащие вышеуказанные совокупности отличительных признаков, а также совокупности ограничительных и отличительных признаков, не выявлены в известном уровне техники, что при достижении вышеописанного технического результата позволяет считать предложенное техническое решение имеющим изобретательский уровень.Technical solutions containing the above combination of distinctive features, as well as a combination of restrictive and distinctive features, are not identified in the prior art, which, when the above technical result is achieved, allows us to consider the proposed technical solution as inventive.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014123920/28A RU2561313C1 (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Method and device of surface tension and/or density of metal melts determination |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014123920/28A RU2561313C1 (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Method and device of surface tension and/or density of metal melts determination |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2561313C1 true RU2561313C1 (en) | 2015-08-27 |
Family
ID=54015576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014123920/28A RU2561313C1 (en) | 2014-06-10 | 2014-06-10 | Method and device of surface tension and/or density of metal melts determination |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2561313C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2082782A (en) * | 1980-08-26 | 1982-03-10 | Doryokuro Kakunenryo | Method of ascertaining the condition inside a melting furnace for radioactive waste |
| RU2459194C2 (en) * | 2010-05-17 | 2012-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of determining density of high-temperature metallic melts (versions) |
| CN103076260A (en) * | 2012-12-28 | 2013-05-01 | 天津钢铁集团有限公司 | Device and method for measuring density of high-temperature melt |
| RU127924U1 (en) * | 2012-11-13 | 2013-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | DEVICE FOR DETERMINING DENSITY OF METAL MELTS |
-
2014
- 2014-06-10 RU RU2014123920/28A patent/RU2561313C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2082782A (en) * | 1980-08-26 | 1982-03-10 | Doryokuro Kakunenryo | Method of ascertaining the condition inside a melting furnace for radioactive waste |
| RU2459194C2 (en) * | 2010-05-17 | 2012-08-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Method of determining density of high-temperature metallic melts (versions) |
| RU127924U1 (en) * | 2012-11-13 | 2013-05-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | DEVICE FOR DETERMINING DENSITY OF METAL MELTS |
| CN103076260A (en) * | 2012-12-28 | 2013-05-01 | 天津钢铁集团有限公司 | Device and method for measuring density of high-temperature melt |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5595693B2 (en) | System and method for determining shape of plate glass | |
| TWI465711B (en) | Defect detection device for plate glass, production method for plate glass, plate glass article, quality judging device for plate glass, and inspection method for plate glass | |
| JP3229411B2 (en) | Method of detecting defects in thin film transistor substrate and method of repairing the same | |
| WO2018041169A1 (en) | Automatic optical inspection device and inspection method | |
| KR860001344A (en) | Selective refractive defect detection system of transparent products | |
| JP2019215321A (en) | System and method for inspecting refractive power and thickness of ophthalmic lens immersed in solution | |
| RU150382U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING SURFACE TENSION AND / OR DENSITY OF LIGHT-MELTING METAL MELTS | |
| Bormuth et al. | LED illumination for video‐enhanced DIC imaging of single microtubules | |
| KR20160022962A (en) | Surface inspection apparatus and surface inspection method | |
| RU2517770C1 (en) | Method to distribute density of metal melts | |
| CN111077158B (en) | Macroscopic metallographic photographing and analyzing device for pipeline girth weld and application method thereof | |
| JP2006184177A (en) | Infrared inspection device and method | |
| RU2561313C1 (en) | Method and device of surface tension and/or density of metal melts determination | |
| JP2005321319A (en) | Apparatus and method for inspecting surface | |
| EA008366B1 (en) | Method for inspecting electrode surface quality | |
| RU127924U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING DENSITY OF METAL MELTS | |
| US10983039B2 (en) | Observation device | |
| KR101217173B1 (en) | Apparatus for inspecting substrate and method of inspecting substrate | |
| KR100965409B1 (en) | Apparatus for inspecting glass substrate | |
| JP7110777B2 (en) | Metal thin plate inspection device and metal thin plate inspection method | |
| EP1126273A1 (en) | Method and arrangement for inspecting a transparent object for flaws | |
| JP7083089B2 (en) | Inspection equipment equipped with heat treatment furnace for inspection and heat treatment furnace for inspection | |
| JP2019066219A (en) | Visual inspection device and visual inspection method | |
| JP2016125968A (en) | Check device and method for checking | |
| JP2008286623A (en) | Dispensation inspection device and inspection method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160611 |