Предлагается контактный способ измерения температуры в крутильно-колебательном вискозиметре с использованием термопары в качестве подвеса и молибденовой пластины в качестве контактного элемента.

Материаловеды с возрастающим интересом обращаются к исследованию структурных превращений в жидких металлах  и сплавах в связи с их влиянием на свойства кристаллических и аморфных твёрдых тел. Одним из наиболее эффективных и  часто используемых способов исследования структуры жидкости является измерение политерм кинематической вязкости. Наиболее известным и удобным методом измерения вязкости расплавов металлов является метод затухающих крутильных колебаний цилиндрического тигля с расплавом, описанный Е.Г. Швидковским еще в 1955 году [1]. Однако в классическом варианте методики температура измеряется термопарой в печи, а не в тигле, что требует тщательной предварительной тарировки показаний термопар внутри и вне тигля, а также длительного термостатирования при температуре измерения, что увеличивает время проведения эксперимента и не является вполне воспроизводимым (погрешность тарировки может достигать 10-15 градусов). Таким образом, возникает задача реализовать такой способ измерения температуры, при котором время выдержки было бы минимальным, а так же не возникало бы необходимости в предварительных тарировках.

Наиболее естественным решением явилось бы использование пирометра. Однако пирометры с такой же, как у термопары точностью сильно удорожают и усложняют установку. Мы предлагаем в качестве датчика температуры оставить термопару в контакте с тиглем, при этом подвес выполнить полифилярным – на двух или четырёх термопарных проволоках. Это возможно без ограничений по вязкости при использовании датчика колебаний, обладающего высокой чувствительностью. Причем высокочувствительный датчик необходим  лишь при исследовании жидкостей, обладающих вязкостью большей, чем 0,3·10-4 м2/с (это на два порядка выше вязкости типичных металлов) для предотвращения влияния подъёмов-опусканий подвеса в вертикальной плоскости, которые возникают при использовании полифилярного подвеса. Применённый нами ёмкостный датчик обладает чувствительностью 26 В/градус и позволяет проводить измерения вплоть до углов 0,03-0,05 градуса, при которых подъем тигля составляет десятые доли нанометра и при данных частотах не влияет на измерения вязкости. Все это позволяет использовать термопару в качестве подвеса и применять даже для жидкостей с большой вязкостью расчетный аппарат, разработанный для монофилярного подвеса.

Очень важным является вопрос о характере контакта термопары с тиглем. Мы испытали два варианта: 1) тигель стоит на корольке термопары; 2) использование в качестве контактного элемента молибденовой пластины, к которой приварены проволоки термопары.

Первый способ показал свою работоспособность при использовании керамических тиглей. Разница показаний термопар внутри тигля и под ним составила 1-2 К в диапазоне температур 600-900 К, т.е. меньше  погрешности градуировки термопар. Однако при использовании кварцевых тиглей (они необходимы для исследования вязкости аморфных металлов из-за их высокой активности) разница составила 4-6 К в интервале температур 900-1200 К – как раз величину  погрешности градуировки термопары. К тому же недостатком такого способа измерения является необходимость дополнительной фиксации тигля в вертикальном положении.

Использование контактной плоской пластины позволило довести разницу показаний до 1-2 К в диапазоне 900-1200 К, причем в этом случае не требуется дополнительной фиксации тигля при используемых параметрах измерения (период колебаний порядка 2-3 с).

Список литературы

1. Е. Г. Швидковский. Некоторые вопросы вязкости расплавленных металлов. – М.: Гостехиздат, 1955, 206 с.