Главная | Обратная связь

Бесконтактные методы измерения электрической проводимости металлургических расплавов

Из бесконтактных методов измерения электрической про­водимости жидких металлов наибольшее распространение получили метод вращающегося магнитного поля, в которое помещается исследуемый проводник. Мерой про­водимости в этом случае является момент сил, действу­ющих на проводник. Наиболее полное теоретическое обо­снование одного из вариантов метода и внедрение его в практику исследования электрической проводимости жидких металлов было осуществлено А. Р. Регелем. В методе, разработанном А. Р. Регелем, рассматри­вается система, состоящая из проводящей сферы радиусом R. Сфера подвешена на упругой нити и помещена во вращающееся маг­нитное поле, создаваемое катушками (рис.3.4). Система подобна асин­хронному электродвигателю, различие состоит в том, что ротор заме­нен исследуемым образцом, а в стато­ре для получения однородного маг­нитного поля отсутствует железо. Рас­чет момента сил М, действующего на образец металла с удельной электри­ческой проводимостью а, находящего­ся в однородном поле напряженностью Я, приводит к следующему уравне­нию:

 

Рис. 3.4. Схема бес­контактного измере­ния электрической проводимости рас­плавов во вращаю­щемся магнитном по­ле: 1 — сфера с метал­лом; 2 — упругая нить; 3 — катушки

 

Принципиальная схема установки, работающей на методику вра­щающегося магнитного поля, не отличается от схемы вискозиметра по методу Швидковского Е.Г. рис. 3.5.

а	б

 

Рис. 3.5. Схема вискозиметра по методу Швидковского Е.Г: а – схема установки: б – схема регистрации.

 

Установка состоит из нагревателя, системы подвеса тигля, вращающих обмоток статора и системы регистрации показаний.

Корпус установки выполнен из немагнитных материалов для исключения влияния токов Фуко и снабжен водоохлаждаемой рубашкой.

Испытуемый образец находится в цилиндрическом тигле I , под­вешенном на алундовой трубке 2, которая через цангу 3 крепится к молибденовой нити 4. Графитовый нагреватель 5 питается через токопроводы от понижающего трансформатора, управляемого через тиристорный блок высокотемпературным терморегулятором.

Проведение эксперимента начинают с откачки воздуха форвакуумным насосом из рабочего пространства установки. Затем осторожно впускают гелий. Далее включается нагреватель. Ручка терморегуля­тора устанавливается на половину шкалы, осуществляя тем самым прогрев установки. Выводят далее ручку терморегулятора на предель­ное значение. Показание температуры снимают с цифрового вольтмет­ра с помощью градировочной таблицы.

По достижении заданной температуры и установки светового зайчика на нулевой отметке включением катушек производят закручи­вание подвесной системы. Снимают отсчет амплитуды с линейки и вык­лючают ток катушек.

Измерения делают при выключенном нагревателе для избежания взаимодействия магнитных полей нагревателя во вращающемся магнит­ном поле. Опыт проводят для восьми температур.

Измерение температуры производится термопарой 6, расположенной под тиглем в центре нагревателя; выдержка при заданном положении ручки терморегулятора в течение 5-10 мин. выравнивает температуру в пространстве и в тигле. Как и в случае с вискозиметром система заполняется гелием.

Измерение угла закручивания производится при помощи отсчетной линейки 8, по которой скользит движущийся световой луч, отраженный от зеркальца 9.

Для определения электросопротивления в абсолютных единицах необходимо произвести градуировку по химически чистому эталону.

Известное значение электросопротивления эталона связано с углом закручивания следующим соотношением:

 

R_э = к₁ · l · r⁴ · I_ср² /Dφ, (3.20)

где l - высота образца жидкого металла; r - радиус в средней части образца; Dφ - угол закручивания; к₁- постоянная установки, определяемая в опытах с эталоном; I_ср - среднее значение силы тока в обмотках статора.

Поскольку l, r, к₁ и R_э - величины постоянные, можно записать:

 

R_э = к₁ · l · r⁴ · I_ср² /Dφ= к₂ · I_ср² /Dφ или

к₂= R_э ·Dφ/ I_ср². (3.21)

 

Зная к₂ можно определить электросопротивление не только эталонного образца, но и любого другого, имеющего те же размеры и форму.

 

R = к₂ · I_ср² /Dφ. (3.22)

 

Поскольку силу тока в обмотках тоже можно фиксировать (так­же величина постоянная I_э = const) можно вычислить электросопротив­ление по простой формуле:

 

R = к₂ · I_э ² /Dφ= к₃ /Dφ. (3.23)

 

Учитывая, что размеры и форма образца не изменяются можно записать окончательное выражение для расчета удельного электросоп­ротивления:

 

ρ= к₄ /Dφ или

ρ= к₅ /А. (3.24)

 

Таким образом метод сводится к определению амплитуды А отк­лонения светового зайчика на полупрозрачной линейке, т.к. при ма­лых углах амплитуда пропорциональна углу закручивания. Измерив амплитуду А, можно рассчитать для заданных температур расплава значения фактическое значение ρпо формуле (3.24).