Глава 1. Термодинамические переменные и функции состояния (стр. 13 )

,

где ‑ термо-э. д.с.; ‑ величина магнитного поля; ‑ площадь витков рамки; ‑ число витков; ‑ длина подвески; ‑ общее сопротивление цепи; ‑ модуль упругости подвески; ‑ диаметр подвесной нити. Из уравнения видно, что чувствительность гальванометра ‑ очень сильно возрастает при уменьшении диаметра подвески. Но этим нельзя злоупотреблять для увеличения чувствительности гальванометра. Так, кварцевая нить диаметром 10 мк уже слишком тонка, поэтому показания гальванометра недостаточно воспроизводимы и плохо удерживается постоянство нулевой точки.

Рис. 3.19 ‑ Кривые затухания гальванометра: а) синусоидальная кривая затухания; б) в апериодическом режиме; в) используемая в термографии

Другой фактор, имеющий большое значение при выборе гальванометра ‑ это скорость затухания колебаний рамки. При разомкнутой цепи или при очень большом внешнем сопротивлении затухание происходит крайне медленно. При действии на гальванометр мгновенного тока на термограмме получается синусоидальная кривая с постепенным уменьшением амплитуды (рис. 3.19 а). Очевидно, что для записи температурных измерений гальванометры с таким медленным затуханием непригодны.

Для целей термографии применяются так называемые апериодические гальванометры в апериодическом режиме. Сущность апериодических колебаний заключается в том, что после отклонения рамки гальванометра (рис. 3.19 б) она очень медленно возвращается к первоначальному положению – «ползет». Столь медленное движение рамки непригодно для термографии. Поэтому подбирают такую скорость затухания, чтобы при взаимодействии термотока рамка гальванометра достаточно быстро отклонялась до равновесного положения, но не колебалась возле него (рис. 3.19 в).

3.7. ПЕЧИ

Основные требования, предъявляемые к печам для термографии, заключаются в возможности плавного изменения температуры, регулировки скорости нагрева в широких пределах, равномерности распределения тепла печи и возможности неоднократного воспроизведения того или иного температурного режима. Наиболее пригодны для термографии электрические печи сопротивления как тигельные, так и трубчатые. Тигельные печи используются для работы с навесками 2-3 г, трубчатые ‑ для малых навесок 2-100 мг. В качестве нагревателей используется проволока, ленты или спирали из жаростойкого металла или сплава. Некоторые металлы и сплавы, используемые в термографии для изготовления печей, приведены в таблице.

При температурах выше 1300-1400 °С приходится применить нагреватель из молибдена или вольфрама, а также использовать сплавы платины с родием (от 10 до 40 % родия). Молибденовые и вольфрамовые нагреватели, хотя и могут дать высокую температуру, но неудобны тем, что требуется инертная атмосфера, атмосфера восстановительного газа или вакуума, так как они быстро окисляются. Платиновые нагреватели обладают другими недостатками: они дороги и при высоких температурах подвергаются постепенному распылению, что приводит к потере драгоценного металла. Кроме того, с некоторыми металлами, серой, углеродом, а также в атмосфере CO, CO2, O2 и т. д. платина образует твердые растворы или соединения и становится очень хрупкой.

3.8. Металлы и сплавы, используемые для изготовления печей

Нагреватели из неметаллических проводников (уголь, карборунд) позволяют получить температуры до 1400 °С, но для термографии они неудобны, так как трудно осуществлять регулировку плавного и равномерного нагрева. Чтобы получить качественные термограммы, необходимо плавно регулировать нагрев печи. Есть несколько методов нагрева печи, но в настоящее время наиболее широко распространен следующий метод. Печь вместе с навеской нагревается равномерно с постоянной скоростью. Обеспечение прямолинейного нагрева является одним из главных условий при применении методов, основанных на свойствах квазистационарного теплового режима. Этот режим означает, что температура в любой точке тела в температурном поле есть линейная функция времени, а градиент температуры - величина постоянная. Простейшим способом регулирования скорости нагрева является введение в цепь последовательно с печью некоторого добавочного сопротивления (реостата), который уменьшает силу тока, проходящего через печь. Увеличивая силу ока путем постоянного выведения реостата, можно добиться почти прямолинейного нагрева. Вместо реостата можно использовать автотрансформатор с плавной регулировкой силы тока. Такой принцип нагрева используется программный регулятор температуры. Температура нагрева непрерывно контролируется термопарами.

Материал	Состав, %	Удельное сопротивление, Ом. мм2/м	Предельная рабочая температура, °С	Температура плавления, °С
Платина	100	0,1	1400	1770
Молибден	100	0,045	2200	2620
Вольфрам	100	0,05	3000	3380
Железохромникелевые сплавы
Нихромы, богатые железом	Cr 15-20 Ni 30-50 Fe 50-55	1,06	1000	1400-1420
Нихромы типа тройного сплава	Cr 15-18 Ni 60-65 Fe 18-22	1,16	1050	1380-1410
Нахромы типа двойного сплава	Cr 19-21 Ni 76-79 Fe 0,5	1,08	1150	1390-1420
Кантал	Cr 20 Al 5 Co 3 Остальное железо	1,05	1000	1390

3.9. УСТАНОВКА ПРИБОРОВ ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

Приборы для термического анализа чувствительны к внешним воздействиям, особенно при работе с высокой чувствительностью записи ДТА. Поэтому при установке их требуется соблюдение следующих правил. Место для установке аппаратов необходимо выбирать очень тщательно. Помещение не должно подвергаться вибрациям сотрясениям, так как приборы работают по нескольку часов непрерывно при высокой чувствительности гальванометра ДТА и ДТG. Основание прибора устанавливается на бетонном полу или бетонной подушке. Деревянный пол непригоден для приборов термического анализа. Приборы необходимо фиксировать по уровню, чтобы исключить искажения записи вследствие задевания рамок гальванометров за катушки магнитов или демпферов весов за боковые стенки. В помещении должна поддерживаться постоянная температура (колебания не более 1-2 °С). Большие колебания температуры искажают показания термопар. При работе приборов с записью кривых ТГ и ДТГ в помещении должны отсутствовать воздушные потоки, так как даже слабые воздушные потоки мешают измерениям, вызывая колебания весов. Поэтому приборы для термического анализа не устанавливают около батарей отопления. Так как для регистрации тепловых эффектов используется светочувствительная бумага, необходимо, чтобы помещение было затемнено. Тогда не будет подсветки фотобумаги при работе приборов, а заправку и проявление бумаги можно производить на месте. Следует очень тщательно проверять правильность установки и монтажа приборов, так как ошибки установки и монтажа существенно влияют на запись тепловых эффектов.

3.10. Влияние неправильной установки и монтажа приборов термического анализа на запись тепловых эффектов

От неправильной установки и монтажа приборов термического анализа зависит качество термограмм и точность полученных результатов. Ошибки в установке и монтаже термических приборов часто приводят не только к искажению кривых записи, но и к полному отсутствию записи при проведении эксперимента. Поэтому необходимо знать основные ошибки, допускаемые при установке и монтаже приборов термического анализа.

Установка приборов не по уровню. Приводит к задеванию рамки гальванометров за магниты. Это отражается на кривых записи в виде резких ступенчатых изломов или зигзагообразных кривых (рис. 3.20). Установка приборов не на капитальном полу приводит к сотрясению очень чувствительных гальванометров, при этом на кривых записи появляются небольшие зубчики.

Рис. 3.20 ‑ Вид термограммы при установке приборов не по уровню

Обрывы в цепи термопар приводят к существенным искажениям в записи термограмм и к полностью неправильной записи тепловых эффектов. Если обрыв произошел между точками 1 и 2 (рис. 3.21), то простая запись будет показывать кривую нагревания эталона, но показания ее не будут соответствовать действительности, так как на гальванометр будет влиять термоэдс другого горячего спая. Дифференциальная запись будет представлять зеркальное отражение простой записи (рис. 3.22).

Обрыв цепи между точками 6 и 7 вызывает нулевую запись кривой ДТА. Простая запись будет нормальной (рис. 3.23).

Обрыв между точками 4 и 8 приводит к тому, что простая запись дает нулевую линию, а дифференциальная запись будет нормальной (рис. 3.24).