Пирометрические конусы — это пирометрические устройства , которые используются для измерения тепловой работы во время обжига керамических материалов в печи. Конусы, часто используемые в наборах по три, размещаются в печи вместе с изделиями, которые нужно обжечь, и, поскольку отдельные конусы в наборе размягчаются и падают при разных температурах, они обеспечивают визуальное указание того, когда изделия достигли требуемого состояния зрелости, комбинации времени и температуры.
Пирометрические конусы дают эквивалент температуры ; они не являются простыми приборами для измерения температуры.
Пирометрический конус представляет собой «пирамиду с треугольным основанием определенной формы и размера; «конус» формируется из тщательно пропорционированной и однородно смешанной партии керамических материалов таким образом, что при нагревании в указанных условиях он изгибается из-за размягчения, при этом кончик конуса становится на одном уровне с основанием при определенной температуре. Пирометрические конусы изготавливаются последовательно, температурный интервал между последовательными конусами обычно составляет 20 градусов Цельсия. Наиболее известные серии — это конусы Зегера (Германия), конусы Ортона (США) и конусы Стаффордшира (Великобритания)». [1] [2]
Для некоторых продуктов, таких как фарфор и бессвинцовые глазури , может быть выгодно обжигать в диапазоне двух конусов. Трехконусная система может использоваться для определения однородности температуры и проверки производительности электронного контроллера. Трехконусная система состоит из трех последовательно пронумерованных конусов:
Кроме того, большинство печей имеют разницу температур сверху вниз. Величина разницы зависит от конструкции печи, возраста нагревательных элементов, распределения нагрузки в печи и количества конусов, на которых обжигается печь. Обычно печи имеют большую разницу температур при более холодных количествах конусов. Конусы следует использовать на нижних, средних и верхних полках, чтобы определить, какая разница существует во время обжига. Это поможет в способе загрузки и обжига печи, чтобы уменьшить разницу. Нисходящая вентиляция также выровняет разницу температур.
И температура, и время, а иногда и атмосфера влияют на конечное положение изгиба конуса. Температура является преобладающей переменной. Температура называется эквивалентной температурой, поскольку фактические условия обжига могут несколько отличаться от тех, при которых конусы были изначально стандартизированы. Наблюдение за изгибом конуса используется для определения того, когда печь достигла желаемого состояния. Кроме того, можно расположить небольшие конусы или стержни для механического срабатывания органов управления печью, когда температура поднимается достаточно для их деформации. Необходимо соблюдать точное, последовательное размещение больших и малых конусов, чтобы гарантировать достижение надлежащего температурного эквивалента. Необходимо приложить все усилия, чтобы всегда наклонять конус на 8° от вертикали. Большие конусы должны быть установлены на 2 дюйма выше пластины, а маленькие конусы — на 15/16 дюймов. Поскольку конусы имеют собственное основание, «самоподдерживающиеся конусы» исключают ошибки при их монтаже.
Пирометрические конусы могут использоваться в «контролере печи» — устройстве, которое определяет размягчение конуса и выдает механический выходной сигнал через триггерный узел, обычно для выключения печи. [3]
Пирометрические конусы являются чувствительными измерительными приборами, и для пользователей важно, чтобы они оставались последовательными в том, как они реагируют на нагревание. Производители конусов следуют процедурам для контроля изменчивости (внутри партий и между партиями), чтобы гарантировать, что конусы заданного сорта остаются последовательными по своим свойствам в течение длительных периодов. Были опубликованы ряд национальных стандартов [4] [5] [6] и стандарт ISO [7] относительно пирометрических конусов.
Хотя конусы разных производителей могут иметь относительно схожие системы нумерации, они не идентичны по своим характеристикам. Если вносится изменение от одного производителя к другому, то иногда могут потребоваться допуски на различия.
В 1782 году Джозайя Веджвуд создал точно масштабированное пирометрическое устройство, подробности которого были опубликованы в Philosophical Transactions of the Royal Society of London в 1782 году (т. LXXII, часть 2). Это привело к его избранию членом Королевского общества . [8] [9] [10] [11] [12]
Современная форма пирометрического конуса была разработана Германом Зегером и впервые использована для управления обжигом фарфоровых изделий на Королевской фарфоровой фабрике в Берлине ( Königliche Porzellanmanufaktur ) в 1886 году, где Зегер был директором. [13] Конусы Зегера производятся небольшим количеством компаний, и этот термин часто используется как синоним пирометрических конусов . [14] [15] Компания Standard Pyrometric Cone Company была основана в Колумбусе, штат Огайо , Эдвардом Дж. Ортоном-младшим в 1896 году для производства пирометрических конусов, а после его смерти был создан благотворительный фонд для управления компанией, который известен как Edward Orton Jr. Ceramic Foundation или Orton Ceramic Foundation . [16]
Пирометрические конусы часто называют конусами Ортона в Соединенных Штатах , но при жизни Ортон предпочитал называть их конусами Сегера . [17]
Я надеюсь, что никто никогда не применит мое имя к системе конусов каким-либо образом, потому что доктор Зегер заслуживает всей славы, которая есть, предоставив нам эту самую удобную систему. Мои конусы маркируются как Стандартные пирометрические конусы . Я колебался, печатать ли термин Конусы Зегера на своей продукции, потому что немецкие производители конусов... могли посчитать, что я пытаюсь подрезать или обмануть их... Название Конус Зегера тогда станет своего рода памятником этому выдающемуся человеку, которого всегда следует признавать первым ученым-керамистом во всей истории.
— Эдвард Ортон-младший, «Замечания о конусах Сегера», Clay Record (15 ноября 1900 г.)
На двухгодичной выставке керамического искусства малых форм Orton Cone Box Show [ 18] в качестве ограничения по размеру для заявок использовалась пирометрическая конусная коробка компании Orton Cone.
Следующие температурные эквиваленты для пирометрических конусов были получены из ссылок в разделе Внешние ссылки.