Устройство для измерения поверхностного натяжения твердого тела

 

-УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА, содержащее механический рычаг , одно плечо которого соединено с образцом, а второе - с системой компенсации и измерения силы, действующей на это плечо, отличающееся тем, что, с целью сок-, ращения времени и упрощения методики измерений, система компенсации и измерения силы выполнена в виде струны, причем плечо рычага прикреплено к середине струны, а каждая ее половина снабжена измерителем собственной частоты колебаний. (Л С о: сд 00 со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (191 (11) 3(51) 0 01 И 13 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

ЙИБА:.gjp j:.-:,, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3491160/18-25 (22) 17 ° 09.82 (46) 07.01.84. Бюл. М 1 (72) A.A. Иаремкулов, Б.Х. Унежев и A.Х. Эфендиев (71) Кабардино- БалкарСкий государ ственный университет .(53) 532.612 .3(088.8) (56) 1..Хоконов Х.Б. Методы измерения поверхностной энергии и натяжения металлов и сплавов в твердом состоянии. В кн.: "Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах". Киажнев, "Штиинца", 1974, с, 196-249.

2. Авторское свидетельство СССР

9 408198, кл. 0 01 И 13/02, 1974 (прототий). (54) (57) .УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕЙИЯ

ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ТВЕРДОГО

ТЫЛА, содержащее механический рычаг, одно плечо которого соединено с образцом, а второе — с системой компенсации и измерения силы, действующей на это плечо, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью сок-. ращения времени и упрощения методики измерений, система компенсации и измерения силы выполнена в виде струны, причем плечо рычага прикреплено к середине струны., а каждая ее половина снабжена измерителем собственной частоты колебаний.

1085739

На чертеже представлена схема прибора для измерения поверхностно- 65

Изобретение относится к приборам для измерения физико-химических констант вещества, а именно- его поверхностного натяжения.

Известны устройства для измерения поверхностного натяжения металлов в твердом состоянии методом нулевой ползучести °

Определение с этими устройствами сводится к измерению оптическим способом расстояния между двумя метками нанесенными на нагруженные и вертикально подвешенные в термостате образцы до и после отжига (1 ).

Основными недостатками этих устройств является низкая производитель-15 ность и большая погрешность измере. ний (10-15%).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения поверхност- 10 ного натяжения твердого теда, содер- . жащее механический рычаг, одно пле-. чо которого соединено с образцом, а второе — с системой компенсации и измерения силы, действующей на это 25 плечо. Система компенсации и измерения силы, пропорциональной силе поверхностного натяжения, состоит из компенсационного груза и средства его перемещения вдоль рычага 32). 30

Недостаток известного устройства — необходимость отыскивать положение компенсационного груза, при . котором ползучесть в образце отсутргауег„ что обусловливает длительность измерений °

Кроме того, при определении.сБс помощью известного устройства необходимо путем взвешивания вне прибора найти вес той части. образца, которая противодействует поверхностной силе сжатия, а так как указанный вес части образца точно определить трудно, то при этом допускается некоторая неконтролируемая погрешность.

Цель изобретения — сокращение времени и упрощение методики измере- . ний °

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения поверхностного натяжения твердого тела, содержащем механический рычаг, одно плечо которого соединено .с образцом а второе — с систеI

55 мой компенсации и измерения силы, действующей на это плечо, система компенсации и измерения силы выполнена в виде струны, причем плечо рычага прикреплено к середине. струны, а каждая ее половина снабжена измерителем собственной частоты колебаний. го натяжения металлов в твердом состоянии.

Схема содержит стеклянную камеру

1, в которой можно создать вакуум или инертную среду через отвод 2, стержень 3 с осью 4, образующий механический рычаг, который вместе с зеркальцем 5, осветителем б и шкалой

7 образует оптическую систему отсчета, груз 8, панель 9, укрепляемую на боковом отводе при помощи коваровых фланцев 10 с держателем образца 11 и электровводами 12 для образца 13, вводами 14 для печи и 15, 16 для термопар, микровинт 17 и держатель 18 с пьезоэлементами 19 и 20, к которым соответственнЬ крепятся концы 21 и 22 струны,с электровводами 23 и 24. Устройство снабжено горизонтальной осью 25 вращения.

Механический рычаг с грузом 8 и зеркальцем 5 предварительно приведен в строгое равновесие в горизонтальнбм положении и жестко присоединен другим концом к середине натянутой струны АВ, Прибор работает следующим образом.

Образец 13 цилиндрической формы с колечком на одном конце жестко прикреплен другим концом к держателю 11. После откачки и последующего заполнения камеры водородом при давлении 1-2 Тор образец подвергается очистке в газовом разряде, подавая необхбдимое напряжение между электродами 12 и 14, затем образец огжигают в вакууме при 0,90 Т<

В течение 2-3 ч нагревают до температуры ползучести . 0,95 Т,ц,, (где Т:„„-температура плавленйя, К) и выдерживают его при этой температуре до-тех пор, пока основная собственная частота одной из струн не достигнет предельного значения, момент наступления указанного значения легко определяют по ее временной зависимости.

В результате внутреннее напряже- ние образца в зоне нагрева обращается в нуль, а равнодействующая веса нижней части от зоны нагрева образца и силы поверхностного натяжения, с которой образец действует на рычаг, принимает свое предельное значение. A так как изменение действия образца на рычаг в любой момент компенсируется соответствующим изменением действия струн на тот же рычаг, то последний при этом находится в равновесии, а образец — в состоянии нулевой полз„ ести.

Измеряют собственные частоты 1„ и концов струн 21 и 22 соответственно. Вращением прибора вокруг горизонтальной оси 21 на 180 образец переводят в новое вертикаль106573 9

Измерения

Металл

Предлагаемые Известные

580 0,574 582 0,560

В сравнении с известным время .необ> видимое для измерения на предлагаемом приборе, существенно сокращается, raK как нет необходимости искать положение компенсационного груза, при котором обеспечивается нулевая ползучесть образца, отпадает необходимость и в измерении веса некоторой части образца вне прибора. При всем этом предлагаемый прибор не уступает по точности известному (1%), так как измерение

oI. при известном радиусе образца сводится к измерению 4, что осуществляется легко резонансным способом с погрешностью не более

0,01Ъ.

/

Составитель A. Кощеев

Редактор И. Ковальчук Техред Л. Мартяшова КорректорМ. лароши, Заказ 11033/44 Тираж 829 Подписное

BHHIIIIH.Ãîñóäàðñòâåíí0ãî комитЕта СССР по делам изобретений.и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ное положение и еще раз определяют з частоты укаэанных струн Ч и . -., и

По измеренным значениям,, с

Мг, itг . и известному диаметру . н (а) образца находят значение Поверхностного натяжения о по формуле 5 в ( где- к = 32). г t р!Ф " постоянная при-, бора; э - диаметр; 10

- длйна, p . - плотность струн;

0в и 2 - плечи сил натяжениА струн и поверхностного натяжения отно. сительно.оси вращения рычага соответст-: .венно.

Постоянную К в формуле (1) можно определить по известным значениям и а образца какого-нибудь материала, либо вычислить непосредствеино по параметрам струн. 25

Формулу (1) получают в результате совместного рещения двух,уравнений равновесия недеформируемого рычага, соответствующих двум раэлич« ным.вертикальным положениям образца.

При этом испольэукт известную фор— р (2) г 1уз выражающую зависимость собственной частоты поперечных колебаний гибйой нерастяжимой натянутой струны. ее параметров.

Проведены измерения некоторых МЕ,таллов на предлагаемом приборе со струнами из вольфрама диаметром

0 16 мкм и длиной Ь 4,78 см. При том постоянная прибора К найдена о известным значениям параметров труны, а их первоначальное натяжеие соответствует частоте 100 Гц.

Результаты опытов представлены таблице.

Ие T,,К cL н/м T- „K 4 н/M

Jn 415 0,655 415 0,633

Sn 490 0,684 488 0,673