Электропроводность и температурный коэффициент некоторых

чистых металлов Таблица 4.8.2

Металл	Электропроводность м/Ом·мм²	Температурный коэффициент
Серебро	62,5	0,0038
Медь	58,0	0,00428
Алюминий	39,0	0,00423
Магний	22,9	0,0031
Цинк	17,4	0,0046
Олово	7,66	0,00440
Титан	2,3	-

Подобные измерения проводятся при постоянной температуре или с учетом температурного коэффициента. Для одной и той же марки материала наблюдается разброс в показаниях электропроводности до 2–3 м/Ом·мм² .Это объясняется значительными колебаниями содержания примеси в составе сплава. Определить зону разброса значений электропроводности каждого сплава можно путем набора статистических данных.

В ряде стран проводится систематическая работа по набору статистических данных.

Более точные границы возможного разброса значений электропроводности можно установить по образцам специально отлитых плавок (с верхним, средним и нижним пределами содержания легирующих элементов в пределах ГОСТ для данного сплава).

Для одной и той же марки материала наблюдается разброс в показаниях электропроводности до 2–3 м/Ом·мм². Это объясняется значительными колебаниями содержания примеси в составе сплава. Определить зону разброса значений электропроводности каждого сплава можно путем набора статистических данных. Можно установить по образцам специально отлитых плавок с верхним, средним и нижним пределами содержания легирующих элементов в пределах ГОСТ для данного сплава.

4.9. Методы и приборы измерения электропроводности немагнитных металлов

В разделе рассматривается индукционный бесконтактный метод измерения электропроводности немагнитных металлов, осуществляемый с помощью вихретоковых измерителей удельной электрической проводимости транзисторный ИЭ-Т.

Как было отмечено, величина вихревых токов зависит от электропроводности контролируемого металла. В результате чего электрические параметры катушки изменяются, что фиксируется с помощью электронной схемы, собранной на транзисторах.

Бесконтактное измерения электропроводности открывает широкие возможности для металловедения, так как позволяет, не изготовляя образцов специальной формы, контролировать структуры поверхностных слоев, режимы термической обработки, химическую чистоту, распределение химических элементов, качество механической обработки, сортировать материалы по маркам, обнаруживать нарушения сплошности, оценивать твердость и прочность и т. д.

Однако при измерении электропроводности этим методом необходимо знать, что на величину вихревых токов влияют толщина стенок детали, колебания зазора между датчиком и металлом, близость края, шероховатость поверхности, температура окружающей среды. Абсолютные измерения электропроводности возможны лишь в том случае, если все эти факторы остаются постоянными.

Вихретоковые методы измерения электропроводности находят широкое применение за рубежом. Одним из первых приборов для бесконтактного измерения электропроводности немагнитных металлов был «Сигматест» разработанный в ФРГ в результате усовершенствования выпущенного еще во время войны прибора «Дурокавиметра» (измерителя твердости алюминиевых сплавов).

Выпускается несколько вариантов «Сигматеста» с разными пределами электропроводности: от серебра и меди – до углей, графитов и полупроводников.

В Америке прибор этого типа выпускается фирмой «Дженерал Электрик» под названием «Магнатест кондуктивити».

В Англии приборы типа «Сигматест» изготовляет фирма «Солус – Шелл». Имеется много публикаций, указывающих то, что применение этих приборов дает значительную экономическую выгоду.

Американская алюминиевая компания применяет этот прибор для сортировки алюминиевых сплавов, для измерения твердости и выявления трещин. По данным этой фирмы, для рассортировки 1000 шт. деталей весом по 0,6 кг требуется 1 час.

По данным фирмы «Боинг», лишь в 1964г. применение этих приборов позволило получить экономию в 100 000 долларов.

В настоящее время отечественной промышленностью серийно выпускаются измерители удельной электрической проводимости вихретоковые

ВЭ – 27 НЦ, мод. ВЭ – 27 НЦ/3, ВЭ – 27 НЦ/4, ВЭ – НЦ/ 5, ВЭ – 6.

ТУ 4276- 002 – 399906142 – 2002.

Для измерения и (или) контроля удельной электрической проводимости цветных металлов и их сплавов и изделий на их основе в цветной металлургии и других отраслях промышленности, связанных с производством и переработкой цветных металлов и их сплавов и изготовлением изделий на их основе.

Диапазоны измерения, М см/м в зависимости от модификации от 0.5 до 2.5 от 5 до 20, от 10 до 37, от 20 до 37, от 3 до 60.Погрешность , % ± 3, ± 2.

Вихретоковый измеритель удельной электрической проводимости

ВЭ – 2002 для измерения удельной электрической проводимости на поверхности твердых тел или в объеме жидкости.

Основные технические характеристик приборов ИЭ-Т используемые в экспериментальной части приведены в табл. 4.9.1.

Технические характеристики испытателей электропроводности ИЭ -Т.

Таблица 4.9.1

Тип прибора	Диапозон измерения м/Ом·мм²	Частота тока питающего датчика, кГц	Толщина стенок на нижнем пределе измерения, мм	Приблизительный диаметр площадки для установки датчика
ИЭ – 1	15 – 60,0	40	1,2	12
ИЭ –1М	4,8 – 15,5	80	1.5	12
ИЭ – 11	0,5 –5,0	500	1,5	12
ИЭ –20	0,02 – 0,5	5000	1,5	10
ИЭ –Т	0,5 – 60	50 –150 –250	1,5	12

При использовании оправок и приспособлений, фиксирующих положение датчика относительно детали, можно контролировать детали практически любой формы .

По прибору ИЭ-Т данные предварительные.

Испытатель электропроводности ИЭ-1, ИЭ-1М, ИЭ-20 выпускаются на Кишиневском заводе «Электромашприбор». Здесь же готовится к выпуску прибор ИЭ-Т.

Испытатели электропроводности имеют генератор высокой частоты, усилитель, измерительный блок, включающий датчик и компенсационную сеть, усилитель постоянного тока с микроамперметром.

Измерительная часть схемы прибора ИЭ-20 имеет некоторые особенности, так как здесь используется весьма высокая рабочая частота (5 Мгц).

Ниже описывается наиболее современный универсальный измеритель электропроводности типа ИЭ – Т, внешний вид которого показан на рис. 4.9.1. Этот прибор выполняет функции трех приборов:

ИЭ –1, ИЭ -1М, ИЭ – 11.

Принципиально построение схемы испытателя электропроводности ИЭ – транзистор не отличается от предыдущих приборов. Здесь сохранены те же функциональные узлы, однако часть из них выполнена по другим электронным схемам, что объясняется необходимостью.

1. Работа трех первых каскадов – генераторов, усилителя и измерительного узла на трех различных частотах.

2. Применением во всех каскадах прибора полупроводниковых элементов взамен электронных ламп.

3. Питанием прибора от автономного источника и связанного с этим повышения КПД схемы.

Предназначение

Измерение удельной электрической проводимости на поверхности твердых тел или в объеме жидкости.

Основные особенности

-подавление влияния зазора;

-автоматическая настройка, не требующая контрольных образцов;

-цифровая индикация текущего, минимального и максимального результатов измерений;

-документирование результатов измерений и их статистическая обработка при подключении к ПК;

-сигнализация о выходе за заданные пределы;

-измерения в труднодоступных местах;

-сценка свойств материалов, коррелирующих с удельной электрической проводимостью.

Рис.4.9.1 Внешний вид прибора ИЭ-Т

Технические данные

-диапазон измерения: твёрдые тела — 0.1...65 См/м, жидкости — 0.01...10 См/м;

-максимальная погрешность: 3%;

-диаметр зоны измерения: 5 мм;

-время автономной работы от аккумуляторов: 30 часов;

-диапазон рабочих температур: -5...+45^o C;

-габариты: 150х80х32 мм.

Рабочие частоты приборов приблизительно соответствуют рабочим частотам предшествующих приборов для соответствующего диапазона, охватывающего жарапрочные и титановые сплавы. Для повышения чувствительности рабочая частота в приборе ИЭ – транзистор для этого диапазона выбрана равной 250 кГц , в то время как у прибора ИЭ–1 она равна 500 кГц.

Рис. 4.9.2

Переменное напряжение высокой частоты, вырабатывается генератором, после усиления подается на измерительный мост. Выпрамленное напряжение разбаланса подается на усилитель постоянного тока и далее на выход указателя –индикатор. Индуктивность одного из колебательных контуров является датчиком, индуктивность другого – компенсатором, с помощью которого производится балансировка моста (органом настройки является переменный конденсатор). При установке стрелки шкалы на отметку, соответствующую измеряемой электропроводности, индикатор показывает нулевое значение тока.

В случае несоответствия показания шкалы прибора и измеряемой электропроводности стрелка индикатора отклоняется, причем угол отклонения стрелки индикатора показывает, в какю сторону должна быть сдвинута стрелка на шкале прибора для отсчета истинного значения электропроводности.

Работа на приборе сводится к установке датчика на испытуемую деталь и настройке схемы с помощью переменного конденсатора по нулевому показанию индикатора.

Рис. 4.9.3. Измерительная часть схемы прибора ИЭ –Т 47

Так как требуется стабилизировать три различные частоты, то кварц соответствуют его 1, 3, 5, гармоникам. включен в цепь положительной обратной

В приборе предусмотрена частичная отстройка от влияния зазора. Для уяснения принципа действия рассмотрим подробнее измерительную часть схемы прибора (рис.4.9.3) для одной частоты.

Она состоит из двух цепей компенсатора и датчика, представляющих собой последовательные резонансные контуры. В электрическом отношении цепи идентичны.

Последовательный колебательный контур образовав включенными параллельно емкостями С1 и С2 активным сопротивлением R1 и индуктивностью датчика L1.

С помощью емкостей С1 и С 2 датчик настраивается так, чтобы собственная частота измерительной цепи была несколько ниже рабочей частоты прибора. Ввиду того, что датчик устанавливается на металл, и контур вносится дополнительно индуктивное сопротивления.

Увеличение электропроводности контролируемого металла увеличивает вносимое индуктивное сопротивление, в результате чего собственная частота контура датчика увеличивается и напряжение на нем растет.

Отстройка от влияния зазора производится выбором рабочей точки на резонансной кривой датчика. Датчик настроен так, что при его отводе происходит ослабление связи между ним и контролируемым изделием, и следовательно, уменьшение кажущегося индуктивного и активного сопротивлений. Собственная частота контура датчика сдвигается в сторону от частоты питающего тока и напряжения на нем также должно уменьшатся.

Однако одновременно возрастает добротность контура (уменьшаются потери) и напряжение на контура стремится возрасти.

Легко представить, что при определенных условиях рабочая точка на резонансной кривой остается на том же уровне и не вызывает изменения напряжение на контуре. Понятно, что такая отстройка является лишь частичной, так как напряжение зависит от добротности почти линейно и изменяется по закону косинуса за счет вносимого индуктивного сопротивления.

Прибор укомплектован набором сменных датчиков.

Рассмотрим некоторые типовые конструкции накладных ВТП для ручного контроля. Основной элемент ВТП – катушки, обычно размещаемые на каркасе и Шкала–лимб прибора ИЭ-Т проградуирована в м/Ом·мм ², установлена на ручке переменного конденсатора в компенсационной цепи. К приборам прикладывается два или три образца с известной электропроводностью для проверки градуировки шкалы. Для проверки шкалы датчик прибора устанавливают на образец с наибольшей электропроводностью, шкалу прибора ставят на деление с той же величиной электропроводности и ручкой «Верхний предел»

Выводят стрелку микроамперметра на нуль. Ту же операцию повторяют и на нижнем пределе.

Во время работы необходимо периодически проверять градуировку шкалы прибора.

Испытаниями с помощью приборов ИЭ подвергаются не только образцы, но и полуфабрикаты и готовые изделия из немагнитных сплавов, а также литье, если степень частоты обработки контролируемой поверхности не ниже 5 класса Метод не требует специальной предварительной обработки поверхности , детали можно проверять даже под слоем краски, лака, эмали, смазки, оксидной пленки, т. е. Под слоем не электропроводящего покрытия толщиной до 150 - 200 мкм. От влияния небольших колебаний зазора или толщины покрытия можно отстроиться с помощью переменного конденсатора в измерительной цепи, ручка котрого выведена под «шлиц» на лицевой панели приборов.

При отстройке от «зазора» датчик устанавливают на контролируемой участок без покрытия, а затем – на диэлектрические прокладки толщиной 100, 200, и 300 мкм.

Изменяя емкость конденсатора, добиваются такого положения, при котором стрелка микроамперметра не отклонялась бы в об- ратную сторону при отводе датчика от металла.

При контроле тонких деталей на показания прибора влияет толщина стенок. В этом случае возможен лишь сравнительный (относительный ) способ контроля. При относительном методе контроля важно, чтобы такие сильно влияющие на показания факторы, как толщина стенок и кривизна поверхности, оставались постоянными.

Для точных измерений электропроводности температура воздуха в помещении, где производится контроль, не должна изменяться , а резкие воздушные потоки должны отсутствовать.

Влияние изменений температуры окружающей среды можно уменьшить, если эталоны градуировки приборов и контролируемая деталь будут иметь один и тот же температурный коэффициент.

Чтобы уменьшить погрешности прибора и градуировки, применяют набор эталонных образцов с разницей в 0,5 – 1 м/ Ом·мм.² .

Прибор ИЭ – Т нет необходимости прогревать практически он сразу готов к работе.

В том случае, когда требуется повышенная точность, следует «прогреть» прибор в течении 20 мин..

Перед началом измерений необходимо проверить правильность напряжения источника питания, контроль которого осуществляется по стрелочному индикатору. Переключатель пределов ставится в первое положение после «Выключено», при этом стрелка индикатора должна отклонятся вправо до красной отметки на шкале индикатора. Если стрелка не доходит до этой отметки, необходимо заменить батареи питания.

При нормальном напряжении источника питания переключатель устанавливают на диапазон электропроводности испытуемого сплава и вразъем на конце кабеля вставляют соответствующий датчик. По прилагаемым к прибору эталонным образцам проверяют настройку.

В случае если испытуемый образец не укладывается в шкалу установленного поддиапазона, следует перейти на другой поддиапазон. Если стрелка индикатора не выходит из правого крайнего положения, переключатель следует установить на диапазон с большими значением электропроводности; если она находится в левом крайнем положении, следует перевести переключатель на диапазон для измерения меньших электросопротивлений.

При переходе на новый поддиапазон следует заново провести настройку прибора по эталлоным образцам, значение электропроводности которых указано на шкале.

Перед контролем материала с неизвестной элетропроводностью следует сначала определить, в каком из измеряемых поддиапазонов электропроводности он находится, а затем точно настроить нужный диапазон прибора по эталонам.

При длительной эксплуатации прибора следует проверять шкалу по эталонным образцам через каждые 30 мин. В тех случаях, когда требуется сравнивать различные изделия или участки изделия между собой без необходимости определения истинного значения электропроводности, точная настройка прибора эталоном не обязательна.

Вихретоковый измеритель удельной электрической проводимости

ВЭ – 2002 - для измерения удельной электрической проводимости на поверхности твердых тел или в объеме жидкости.

Основные особенности:

• подавление влияния зазора;

• автоматическая настройка, не требующая контрольных образцов;

• цифровая индикация текущего, минимального и максимального результатов измерений;

• документирование результатов измерений и их статистическая обработка при подключении к ПК;

• сигнализация о выходе за заданные пределы;

• измерения в труднодоступных местах;

• оценка свойств материалов, кореллирующих с удельной электрической проводимостью.

Технические данные:

• диапазон измерения: твердые тела – 0.1 ...65 См/м, жидкости – 0.01...10 См/м;

• максимальная погрешность: 3%;

• диаметр зоны измерения : 5мм;

• время автономной работы от аккумулятора: 30 часов;

• диапазон рабочих температур : -5 ...+ 45^о С;

• габариты: 150 x 80 x 32.(Немагнитные материалы).

В металловедении электропроводность с давних пор рассматривалась как ценное вспомогательное средство для изучения состава и свойств материалов. Но методы измерения электропроводности требовали много времени и были связаны с изготовлением образцов определенной формы.

При использовании индукционных испытателей электропроводности типа ИЭ-Т для измерения электропроводности немагнитных материалов достаточно приложить датчик к поверхности контролируемого объекта.

Такой метод измерения электропроводности не требует изготовления специальных образцов, не разрушает контролируемой поверхности и дает возможность в течение нескольких секунд измерить ее на любом участке детали.