Устройство для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов

 

Изобретение предназначено для измерения магнитной восприимчивости материалов с высокой проводимостью, преимущественно неферромагнитных материалов и сплавов. Устройство для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов имеет герметичный стеклянный корпус 1, соеди

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (511 4 С 01 К 33/16

ВСрро., )В

KKEg;, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4086133/24-21 (22) 11.04.86 (46) 23.03,88. Бюл. ¹ 11 (75) В.М.Цмоць, N.lO.Âoéòóñèê, В.М.Мельник и В.С.Штым (53) 62).31?,44(088.8) (56) Мельник В.М. Установка для измерения магнитной восприимчивости.

Физическая электроника. Изд-во Львовского ун-та, 1970, № 2, с, 97-99.

„,SU» 1383240 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ СЛАБОМАГНИТНЫХ

MATEРИАЛОВ (57) Изобретение предназначено для измерения магнитной восприимчивости материалов с высокой проводимостью, преимущественно неферромагнитных материалов и сплавов ° Устройство для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов имеет герметичный стеклянный корпус 1, соеди1383240 ненный с вертикальной кварцевой ампулой 2, крутильные весы с опорным узлом 5, с которым через упругую подвеску 7 соединен кварцевый капилляр

6. Узел 5 включает немагнитные стойки 9, на которых установлена стеклотекстолитовая плата I) с медной осью

12, на которую нанизана фторопластовая шайба.14 и к которой присоединена пластина 13 из магнитомягкого ма-, Изобретение относится к устройствам для измерения магнитной восприимчивости материалов с высокой проводимостью, преимущественно неферромагнитных металлов н сплавов, и предназ5 начено для работы со сверхпроводящими материалами.

Целью изобретения является повьппение точности измерения магнитной вос- 10 приимчивости материалов с высокой проводимостью.

На фиг.l изображена конструктивная схема устройства для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов; на фиг.2 — нижняя часть устройства при измерении в условиях криогенных температур; на фиг.3 — блок-схема измерительной части: устройства. 20

Устройство для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов содержит герметичный стеклянный корпус 1, соединенный с вертикальной кварцевой ампулой 2 шлифовым 25 соединением 3, преимущественно коническим.

Корпус 1 может быть выполнен разьемным со шлифовым соединением 4 и со средствами для его вакуумирования и 30 вывода электрических соединений (не показаны). Корпус 1 может быть металлизирован для его экранирования от электростатического и теплового поля.

Крутильные весы устройства выполнены с опорным узлом 5, установленным в верхней части корпуса, кварцевым капилляром 6, размещенным в кварцевой ампуле 2 и корпусе I и соединенным с опорным узлом через упругую 40 подвеску 7, и с держателем 8 для установки образца исследуемого материатериала, Устройство имеет также фик.сирующий стакан 22 иэ слабомагнитного материала, размещенный в ампуле 2 и

1 закрепленный верхней частью в корпусе I, с окном 23 для держателя 8 образца и упругую растяжку 24, соединенную с кварцевым капилляром 6 и пружиной 25 регулируемого натяжения.

Устройство имеет высокую точность измерения. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

2 ла. Держатель 8 размещен в кварцевой ампуле 2 и закреплен на кварцевом капилляре 6.

Опорный узел 5 может быть выполнен в виде немагнитных стоек 9, закрепленных клеевой массой 10 к нижней части корпуса 1, стеклотекстолитовой платы ll, установленной на стойках 9, медной оси 12, установленной в центральном отверстии стеклотекстолитовой платы 11, Гпастины 13 из магнитомягкого материала, соединенной с осью

12, и фторопластовой шайбы 14, установленной на оси 12 между платой 11 и пластиной 13. Упругая подвеска 7 выполнена в виде ленты иэ упругого токопроводящего материала (бериллиевая бронза) и соединена с осью 12 пайкой. Держатель 8 выполнен в виде двух нитей из кварцевого стекла, закрепленных сваркой на нижней части кварцевого капилляра 6.

Устройство содержит также источник !5 внешнего магнитного поля, автоматическую компенсационную систему измерения крутящего момента с отрица тельной обратной связью и измеритель

16 сигнала компенсации.

Автоматическая компенсационная система имеет стабилизированный источник 17 света, зеркальце 18, закрепленное на кварцевом капилляре, фотоэлектрический усилитель 19, два фотоэлемента 20, включенных в мостовую схему, и узел 21 компенсации крутящего момента, подключенный к выходу фотоэлектрического усилителя 19.

Для обеспечения положения кварцевого капилляра 6 по оси кварцевой ампулы 2 и, следовательно, для исключения смещения образца исследуе! 38 3240 мого материала из рабочей области внешнего магнитного поля источника

15 устройство снабжено фиксирующим стаканом 22, расположенным в кварцевой ампуле 2, закрепленным верхней частью в корпусе 1 и имеющим окно 23 для держателя 8, упругой растяжкой

24, соединенной одним концом с концом кварцевого капилляра 6, и пружи- !р ной 25 регулируемого натяжения, соединенной с другим концом упругой растяжки 24 и с нижней частью фиксирующего стакана.

Для исключения искажения внешнего !5 магнитного поля фиксирующий стакан

22 выполнен из слабомагнитного материала (нейзильбера). Упругая растяжка 24 и пружина 25 выполнены из упругого немагнитного электропроводящего 20 материала.

Регулируемое натяжение пружины 25 может быть обеспечено посредством перемещаемого стержня 26, размещенного во втулке 27, и стопорного винта 25

28. Втулка 27 соединена с фиксирующим стаканом 22 резьбовым соединением и выполнена из электроизоляционного материала.

Для исключения приложения тормозных крутящих моментов к подвижным частям крутильных весов узел 21 компенсации крутящего момента выполнен магнитоэлектрического типа с рамкой

29, закрепленной на кварцевом капилляре, и кольцевым постоянным магнитом 30, закрепленным на корпусе 1 (стойках 9). При этом верхний токопровод к рамке выполнен в виде упру- 40 гой подвески 7, а нижний токопровод— в виде проводника 31, расположенного в кварцевом капилляре, упругой растяжки 24, соединенной с проводником

31, пружины 25, соединенной с упру- 45 гой растяжкой, и провода 32, расположенного на внутренней стенке фиксирующего стакана, провод 32 соединен с пружиной 25 и электрически изолирован от фиксирующего стакана.

Соединение подвески 7 и оси 12, а также пружины 25 и стержня 26 с проводами выполнено посредством пайки. Также посредством пайки выполнены все прочие электрические соединения.

Для исключения электрического взаимодействия кварцевого капилляра с кварцевой ампулой фиксирующий стакан 22 выполнен из электропроводящего материала и заземлен (фиг.1). Для температурной изоляции зоны расположения исследуемого образца от полости корпуса фиксирующий стакан выполнен из материала с ни кой теплопроводностью. Для минимизации температурного удлинения фиксирующего стакана при испытании в условиях криогенной или высокой температур фиксирующий стакан выполнен из материала с малым температурным коэффициентом расширения. Всем указанным требованиям удовлетворяет выполнение фиксирующего стакана 22 из нейзильбера.

Для снижения погрешности компенсации фотоэлектрический усилитель 19 выполнен в виде усилителя напряжения с дифференциальным входом и симметричным выходом, подключенным к токоподводам рамки 29.

Для исключения влияния нагрузки измерителя 16 H cHI HRJI компенсации измеритель подключен к выходу фотоэлектрического усилителя 19 через буферный усилитель-повторитель 33 с асимметричным выходом.

Для исключения влияния переменной составляющей сигнала компенсации на точность его регистрации устройство снабжено фильтром 34 нижних частот, подключенным между буферным усилителем-повторителем 33 и измерителем 16 сигнала компенсации.

Для регулировки нулевого отсчета устройство может быть выполнено с блоком 35 коррекции, управляющая часть которого выполнена в виде привода 36, размещенного о редством кронштейна 37 на плите ЗЯ, и постоян— ного стержневого магнита 39, соединенного с приводом 36. Управляемая часть блока коррекции представляет собой ось 12 и пластину 13 опорного узла. Для экранирования расположенных в корпусе 1 элементов компенсационной системы измерения от магнитного поля источника 15 на плите 38 может быть установлен экран 40 (пермаллой), который может быть заземлен.

Корпус может быть выполнен со сред— ствами для его соединения с вакуумным насосом или источником нейтраль— ного газа.

При проведении измерения в области высоких температур устройство (фиг.1) снабжено нагревателем образ1383240 ца исследуемого материала (не показан).

При проведении измерений в области криогенных температур устройство снабжено азотным 41 и гелиевым 42 сосудами Дьюара, установленными на стойке 43 посредством кронштейна 44.

Крышка гелиевого сосуда 42 выполнена в виде частей 45 и 46, соединенных 10 резьбой и уплотнительного (фторопластового) кольца 47.

Измерение магнитной восприимчивости материала выполняют на описанном устройстве в следующем порядке. 15

Образец 48 исследуемого материала устанавливают с помощью клея в держатель 8, соединяют кварцевую ампулу

2 с корпусом 1, вакуумируют систему и проводят установку нулевого положе- 20 ния кварцевого капилляра 6 с помощью блока 35 коррекции. При этом луч света от стабилизированного источника

17, отражаясь от зеркальца 18, осве-" щает оба фотоэлемента 20 равномерно. 25

Затем включают питание автоматической компенсационной системы и выполняют балансировку моста так, чтобы на выходе фотоэлектрического усилителя 19 сигнал компенсации отсутство- 30 вал.

Включают источник 15 внешнего магнитного поля, которое, воздеиствуя на образец 48, стремится повернуть кварцевый капилляр 6. Поворот послед35 него вызывает разное освещение фотоэлементов 20 и, следовательно, разбаланс моста и появление сигнала компенсации на выходе фотоэлектрическо- 4 го усилителя 19. Этот сигнал поступает на рамку 29 узла 21 компенсации крутящего момента и поворачивает кварцевый капилляр в исходное положение. Луч света от зеркальца 18 вновь освещает оба фотоэлемента 20 равномерно, сигнал компенсации исчезает, электромагнитные силы, непрерывно действующие на образец, вновь поворачивают кварцевый капилляр и т.д.

Вследствие этого кварцевый капилляр

50 получает непрерывные крутильные колебания вокруг некоторого положения равновесия, а на выходе усилителя 19 (и íà выходе усилителя-повторителя

33) имеется сигнал компенсации, содержащий постоянную и переменную составляющие, Фильтр 34 нижних частот пропускает в измеритель 16 только постоянную составляющую указанного сигнала.

В лабораторных условиях испытан экспериментальный образец устройства, имеющего следующие основные параметры: собственная частот колебаний крутильных весов без образца равна

136 r, размеры испытываемых образцов

1,5х1,0 10 мм, масса образцов 50170 мг, расстояние от образца до оси кварцевого капилляра составляет 10 мм, диаметр капилляра 0,5 мм, его длина

1000 мм.

Испытания показали, что указанное устройство имеет чувствительность при комнатной и высокой температуре в поле напряженностью 0,75 кЭ, равную 5 10 дин, при криогенных температурах в слабых магнитных полях чувствительность устройства составляет

-6

1 10 дин. Следовательно, чувствительность предлагаемого устройства выше чувствительности известного на два порядка (чувствительность известной установки равна 4"10 дин при комнатной температуре и 8 10 дин при 4,2 К), Формула и з обретения

1. Устройство для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов, содержащее герметичный стеклянный корпус, соединенный с вертикальной кварцевой ампулой шлифом, крутильные весы, выполненные с опорным узлом, установленным в верхней части корпуса, с кварцевым капилляром, размещенным в кварцевой ампуле и корпусе и соединенным с опорным узлом через упругую подвеску, и с держателем для установки образца исследуемого материала, размещенным в кварцевой ампуле и закрепленным на кварцевом капилляре, источник внешнего магнитного поля, автоматическую компенсационную систему измерения крутящего момента с отрицательной обратной связью, имеющую стабилизированный источник света, зеркальце, закрепленное на кварцевом капилляре, два фотоэлемента, включенных в мостовую схему, фотоэлектрический усилитель и узел компенсации крутящего момента, подключенный к выходу фотоэлектрического усилителя, а также измеритель сигнала компенсации, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с

1383240

8 целью повышения точности измерения магнитной восприимчивости материалов с высокой проводимостью, оно снабжено фиксирующим стаканом, расположенным в кварцевой ампуле, закрепленным верхней частью в корпусе, выполненным из слабомагнитного материала и имеющим окно для держателя образца исследуемого материала, упругой растяжкой, соединенной одним концом с концом кварцевого капилляра, и пружиной регулируемого натяжения, соединенной с другим концом упругой растяжки и с.нижней частью фиксирующего стакана.

2. Устройство по и.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что узел компенсации крутящего момента выполнен магнитоэлектрического типа с рамкой, закрепленной на кварцевом капилляре, и кольцевым постоянным магнитом, закрепленным на корпусе, при этом верхний токопровод к рамке выполнен в виде упругой подвески, а нижний токопровод — в виде проводника, расположенного в кварцевом капилляре, упругой растяжки, соединенной с этим проводником, пружины регулируемого натяжения, соединенной с упругой растяжкой, и провода, расположенного на внутренней стенке фиксирующего стакана, соединенного с пружиной регулируемого натяжения и электрически изолированного от фиксирующего ста10 кана.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что фиксиРующий стакан выполнен из электропроводящего материала с низкой теплопро15 водностью и с малым температурным коэффициентом расширения и заземлен.

4. Устройство по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что фотоэлектрический усилитель выполнен в виде усилителя напряжения с дифференциальным входом и симметричным выходом, подключенным к токопроводам рамки и через буферный усилительповторитель с асимметричным выходом и фильтром нижних частот — к измерителю.

1383240

Составитель А. Дивив

Техред М.Дидык Корректор А;Тяско

Редактор С.Пекарь

Заказ 1291/42

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4