201149. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés fémhuzal átmérőjének mérésére
HU 201149 B A találmány tárgya fémhuzal átmérőjének mérésére vonatkozó eljárás, amelynek során a fémhuzal adott hosszúságú szakaszán ismert állandó értékű áramot hajtunk át és mérjük a fémhuzal adott szakasza elejének és végének potenciálkülönbségét, azaz az áramjárta szakasz feszültségét, és az áram és a feszültség ismeretében számítással meghatározzuk a fémhuzal átmérőjét. A találmánynak tárgya továbbá fémhuzal átmérőjének mérésére alkalmas kapcsolási elrendezés, amely áramgenerátort, az áramgenerátor kimenetét és mérendő átmérőjű fémhuzalra csatlakoztató árambevezetőket, a fémhuzal egy adott szakaszának potenciálkülönbségét mérő feszültségmérő egységet és adott esetben a fémhuzal átmérőjét a mért paraméterekből kiszámító, kijelzővel ellátott aritmetikai egységet tartalmaz. A találmány szerinti eljárás és az azt megvalósító kapcsolási elrendezés fémhuzalok átmérőjének periódikus vagy akár folyamatos meghatározására, mérésére alkalmazható, elsősorban olyan területeken, ahol adott fémhuzal átmérőjének nagypontosságú mérésére van szükség, ugyanakkor mechanikai mérésre adott körülmények között nincs lehetőség, így például a lámpagyártás területén. Ismeretes, hogy wolfram és molibdén huzal gyártásakor a vastagabb huzalok átmérőjét mikrométerrel mérik, míg vékonyabb mérettartományban a huzal egy adott hosszúságú, például 200 mm szakaszának tömegét mérik meg, és ebből az adatból számítják ki a huzal átmérőjét. A megoldás hátránya, hogy a tömegmérés során a huzalt a mérés helyén darabolni kell, így csak a huzal elején és végén végezhető el a mérés. Hosszú fémhuzal esetén ez a két mérés nem elegendő az átmérő megbízható megadásához. Ismert módszer fémhuzal átmérőjének mérésére a fémhuzal egy adott hosszúságú szakasza villamos ellenállásának meghatározása annak alapján, hogy a villamosellenállás függ a fémhuzal átmérőjétől. Ez a mérés wolfram és molibdén esetén rendkívül pontatlan, csak durva becslésre alkalmas, és pontossága mindössze 7-10 %. Számos gyártástechnológia esetén azonban legalább 0,5 % pontosságra van szükség, ami villamos ellenállásméréssel nem valósítható meg. Ennek az eljárásnak az a hibája, hogy a fémhuzal adott hosszúságú szakaszának ellenállása az átmérőn kívül a fémhuzal fajlagos ellenállásától is függ, amely rendkívüli módon hőmérséklet és anyagszerkezet függő. Termosztálás vagy más hőmérséklet-kompenzáló módszer nem vezet eredményre, mert a hőmérséklet kiegyenlítődés termikus időállandója összemérhető az ipari körülmények között - a nagy áthúzási sebesség miatt - rendelkezésre álló rövid idővel. A fajlagos ellenállás anyagszerkezet függése (alakítás mértéke, alkalmazott technológiai műveletek, szennyezettség, stb.) további hibát okoz. Wolfram és molibdén huzal húzása során csupán az alakítás által okozott anyagszerkezetváltozás hozzávetőlegesen 6-8 %-ot tesz ki. Találmánnyal célunk olyan eljárás és kapcsolási elrendezés kidolgozása, amely lehetővé teszi a fémhuzal átmérőjének szakaszos vagy folyamatos nagypontosságú mérését. Célunk ezen belül, hogy az eljárás teljes mértékben automatizálható legyen, és a kapcsolási elrendezés viszonylag egyszerű felépítés, kis méretek mellett könnyen gyártható és a gyártóberendezések körzetében akadálytalanul elhelyezhető legyen. Találmányunk azon a felismerésen alapul, hogy egy fémhuzal átmérőjét a huzal egy adott szakaszán eső villamos feszültségnek a mérőáram által okozott hőmérséklet növekedése következtében létrejövő megváltozásának segítségével határozhatjuk meg. Ha tehát a mérendő átmérőjű fémhuzalon ismert nagyságú állandó áramot hajtunk át, és mérjük az áramjárta fémhuzal szakasz kezdeti feszültségét majd egy megválasztott időszakasz múlva ismét megmérjük a huzalszakasz feszültségét, akkor a rendelkezésre álló négy paraméterből meghatározható a fémhuzal átmérője. Az áramjárta huzal felmelegedésekor anyagának fajlagos ellenállása a hőmérséklet függvényében a következőképpen változik: (1) p = po [1 + cto (T - To)], ahol a p0 a viszgált huzal fajlagos ellenállása T0 hőmérsékleten, cto a fajlagos ellenállás hőfoktényezője. Mind a p0, mind az (Xo anyagszerkezet függő, de a két mennyiség (2) M = po Oo szorzata wolfram és molibdén esetén vizsgálataink szerint - az ipari gyakorlatban megkövetelt pontosságot figyelembe véve - nem függ az anyag szerkezetétől (a huzal alakítottsági fokától, kismértékű szennyezettségétől, az alkalmazott hőkezeléstől). Ez más fémekre is hasonlóan érvényes (Matthiessen szabály). Ezen kívül az M 0-100 °C hőmérsékleti tartományban a hőmérséklettől sem függ. így a p felbontható egy anyagszerkezet függő és egy hőmérséklet függő tag összegére: (3) p = po + M (T - To). Ha a huzal hőmérséklete az áramjárta huzal 1 hosszúságú szakaszán a Vi feszültség mérésekor Ti, akkor a huzal fajlagos ellenállása a következő: (4) pi = po + M (Ti - To). Ezen összefüggés felhasználásával a (3)-ból a T0 referencia hőmérséklet kiküszöbölhető. (5) p = pi + M (T - Ti). A T idő különbséggel az 1 hosszan mért V2 és V i feszültségek hányadosai az (5) segítségével kifejezhetők: (6) V2/V1 = p2/pi = 1+ (T2 - Ti) Pl A következőkben szükséges az I0 áram hatására létrejövő T2 - T| hőmérséklet-változás meghatározása. Ezt az 1 hosszúságú huzalszakaszra vonatkozó hőmérleg adja meg, a huzalban felhalmozódó hőt az általa felvett villamos teljesítmény és a huzal felületén távozó hőteljesítmény különbsége határozza meg: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
