Методы экспериментального определения температур в элементах технологической системы

Подавляющее большинство современных методов измерения температур основано на использовании разного рода термопар. В термопарах используется явление, которое состоит в том, что в замкнутой цепи из двух разнородных металлических проводников, температура спаев которых поддерживается различной, возникает электрический ток. Электродвижущую силу в такой цепи называют термоЭДС. ТермоЭДС зависит от рода металлов, составляющих термопару, и пропорциональна температуре горячего (нагретого) спая.

Различные виды термопар можно условно разделить на две группы:

– естественно- образующиеся, т.е. образующиеся из материалов инструмента и заготовки,

– закладные, которые образуются из специально подобранных металлов(медь-константан, хромель-копель, хромель-алюмель и др.)

Примеры естественно образующихся термопар

Для измерения температуры при точении используется термопара, образованная резцом и заготовкой (Рис. 3.6).

Рис. 3.6.Схема измерения температуры при точении.

Изготовленные из разных металлов резец (2) и заготовка (1) имеют спай на площадках контакта стружки с передней поверхностью и заготовки с задней поверхностью. Нагрев спая за счет теплоты, образующейся при резании, вызывает термоток в электрической цепи, а термоЭДС регистрируется прибором (4). Резец изолируется от станка,а термоток с вращающейся детали снимается токосъемником (3).

Аналогична схема измерения температуры при сверлении (рис. 3.7).Обозначения элементов цепи термотока те же, что и на рисунке 3.6.

Рис. 3.7. Схема измерения температуры при сверлении.

Основным достоинством указанных способов измерения температуры является их простота. Существенным недостатком является невозможность измерения температуры в конкретной точке зоны стружкообразования. Можно измерить лишь среднюю температуру на всей поверхности контактных площадок. Кроме того, при этом способе необходимо тарировать каждую пару материалов, составляющих термопару.

Пример измерения температуры с помощью закладной термопары при сверлении показан на рисунке 3.8.

Рис. 3.8.Схема измерения температуры с помощью

закладной термопары.

Заготовка 1 составлена из двух частей, плотно соединенных между собой. В плоскости разъема заготовки выполнена канавка, в которой размещены изолированные проводники малого диаметра закладной термопары 3, (например хромель и алюмель). По мере углубления сверла 2 в деталь, режущие кромки сверла последовательно перерезают проводники термопары – сначала точками у вершины сверла, затем всеми точками до периферии. В момент перерезания происходит замыкание проводников, и образуется горячий спай. ТермоЭДС при каждом замыкании измеряется регистрирующим прибором 4. Таким образом можно определить характер распределения температуры по длине режущей кромки сверла. Аналогично измеряются температуры при других видах обработки.

Вопросы для самопроверки

1. В чем преимущества и недостатки численных методов расчета по сравнению с аналитическими методами?

2. Чем отличается разбиение твердого тела на элементы при методе конечных элементов от разбиения его при методе конечных разностей?

3. Как осуществляется интегральный переход от мгновенного точечного источника теплоты к одномерному (линейному) движущемуся источнику, действующему продолжительное время?

4. При электрическом моделировании каким образом можно задавать определенный закон распределения, который является аналогом закона распределения плотности тепловыделения? Какие линии на модели являются аналогами изотерм?

5. Перечислите основные виды термопар, применяемых при измерении температур в технологических системах, сопоставьте их преимущества и недостатки.

6. Почему проводники закладных термопар следует изолировать за пределами спая от материала образца?

7. Для чего тарируют термопары?