SU1714487A1 - Устройство дл измерени физических свойств материалов при низких температурах - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к устройствам дл  измерени  температурных зависимостей физических свойств материалов акустическим методом. Целью из;обретени   вл етс  повышение точности измерений. В процессе выт гивани  штока 6 с контролируемым о&ьектом 9 из градиентного стакана 10 измер ют собственную резонансную частоту колебаний акустической системы (шток с контролируемым обьектом) и определ ют изменени  модул  упругости и скорости звука в заданном диапазоне температур. По изменению ЭДС. наведенной в индукционной катушке 7 магнито- элeкtpичecкoro пр'еобразрвател  12, определ ют температуру фазового перехода контролируемого рбьекта в сверхпровод щее состо ние. 2 ил.ел СФае.^«•^^t сх>&VI

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  измерени  низкотемпературных зависимостей физических свойств материалов акустическим методом,.

Известно устройство, состо щее из уси лител  электрических колебаний, возбуждающего и приемного пьезокварцев, измерителей частоты и амплитуды.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство контрол  параметров раздела кристалла и жидкой среды, содержащее акустический преобразователь, акустически св занные с ним и между собой мембрану и предназначенный дл  закреплени  контролируемого объекта шток, усилитель, выход которого соединен с,преобразователем, и катушку индуктивности , индуктивно св занную со штоком и подключенную квходу усилител .

Исследование физических свойств, высокотемпературных сверхпроводниковь)х материалов таких, как модуль упругости, затухание И скорость звука проводитс  в парах азота при выт гивании исследуемого образца, в направлении температурного градиента путем механического перемещени  сосуда Дьюара с жидким азотом.

Недостатком известного устройства  вл ютс  отсутствие контрол  температуры фазового перехода, невысокие чувствительностъ и стабильность измер емого параметра, обусловленные высокой теплопроводностью штока-вибратора, выполненного из латунной проволоки, и нелинейностью температурного градиента в пространству над поверхностью азота.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  физических свойств материалов при низких температурах , содержащее акустический преобразователь , акустически св занные с ним между собой мембрану и предназначенный дл  закреплени  контролируемого объекта щток, усилитель, выход liOToporo соединен с преобразователем , и катушку индуктивности, индуктивно св занную со штоком и подключенную к входу усилитеу:) , снабжено стаканом и магнитоэлектрическим преОбразователем , установленными таким образом, что магнитоэлектрический преобразователь и предназначенный дл  закреплени  контрЬлируемого объекта конец штока размещены внутри стакана, стакан выполнен из материала, теплопроводность которого не менее чем в 2 раза больше теплопроводности материала штока (например , плавленый или кристаллический К8,арц, сталь, латунь, алюминий,медь, стеклокрон.

дубовое дерево), шток выполнен из материала , скорость распространени  в котором продольных звуковых колебаний не менее 5000 м/с. а акустический преобразователь св зан с мембраной через воздушный промежуток .

На фиг. 1 представлено устройство дл  измерени  физических свойств материалов; на фиг. 2 - график зависимости квадрата частоты от температуры образца высокотемпературного сверхпроводникового материала .

Устройство состоит из усилител  1 электрических колебаний, измерителей 2 и 3 амплитуды и частоты соответственно, акустического преобразовател  А, мембраны 5, штока 6, индукционной катушки 7, магнита 8, контролируемого объекта.Э, градиентного стакана 10, сосуда 11 Дьюара с азбтом и магнитоэлектрического преобразовател  12,

Акустический преобразователь 4, подключенный своей обмоткой к выходу усилител  1 электрических колебаний, преобразует электрический сигнал в звуковые колебани  и через воздушный промежуток , мембрану 5 и шток 6 воздействует на контролируемый объект 9. Со штоком б индуктивно св зана индукционна  катушка 7, котора  своим выходом подключена к входу усилител  1 электрических колебаний; Таким образом замыкаетс  петл  положительной обратной св зи, обеспечивающей поддержание колебаний акустической системы (шток, контролируемый объект) на собственной резонансной частоте. Напр жение на выходе усилител  1 электрических колебаний и частота измер ютс  с помощью измерителей 2 и 3 амплитуды и частоты соответственно . Зна  собственную резонансную частоту F колебаний акустической системы и длину ...штока с контролируемым объектом, можно определить модуль упругости Е и скорость звука ни  Vf

F V . 1JE 2ytL p

где/Э-плотность материала.

С контролируемым объектом 9 индуктивно св зана обмотка магнитоэлектрического преобразовател  12. При пер|еходе образца в сверхпровод щее состо йие и при его колебании в поле магнита в индук ционной катушке наводитс  ток, фиксирующий это состойние. Дл  сбора и обработки полученной информации сигнал с выхода измерител  частоты в виде двоично-дес тичного кода поступает на микро-ЭВМ (не показана ).

Исследование физических свойств вы сйкотемпературных сверхпровод щих материалов проводилось в парах азота при выт гивании контролируемого объекта 9 из градиентного стакана 10 путем механического перемещени  сосуда 11 Дьюа0а со скоростью 30 мм/ч в диапазоне температур 80-120К.

Из графика на фиг, 2 видно, что в промежутке температур 89-92 К наблюдаютс   вно выраженные аномалии, имеющие место при фазовых переходах в контролируемых объектах, причем производна  квадрата частоты от температуры, дважды мен ет знак на противоположный.

На нижний конец штока 6, выполненного из дерев нного стержн , приклеивалс  с помощью специального состава (мелкодисперсный неотожженный тальк с кремнийоргзническим маслом, вз тые в массовом соотношении 2:1) контролируемый объект 9 (высокотемпературна  сверхпровод ща  керамика УВааСизОу-х). В процессе выт гсвани  контролируемого объекта 9 из градиентного стакана 10, выполненного из латуни измер лись изменени  температуры с помощью медьконстантановой термопары (не показана) и собственна  резонансна  частота составного вибратора (штОк 6 с образцом 9) с помощью цифрового частотомера тиг аЧЗ-35А в режиме измерени  длительности импулйсов с погрещностью измерени  не более 0,1 %. Измерени  температуры и резонансной частоты проводились каждые 3 с. опрос на проведение измерений, прием информации, ее обработка и построение зависимости резонансной частоты от температуры осуществл лись с помощью ПЭКВМ типа Искра-226М. При этом проводились измерени  квадрата частЬты (величины, пропорциональной модулю упругости) температуры фазового перехода контролируемого объекта в сверхпровод щее состо ние и момента по влени  (исчезновени ) сигнала ЭДС. наведенного в

обмотке магнитозлектрического преобразовател .

Формул а иаобретени  , Устройство дл  измерени  физических свойств материалов при низких температуpax , содержащее акустический преобразователь , акустически- св занные- с ним и между собоймембрану и предназначенный дл 1 закреплени  контролируемого объекта шток, усилитель, выход которого соединен

с преобразователем, и катушку индуктивности , индуктивир св занную со штоком и подключенную к входу усилител , О т л и ч а ющ е е с   тем. что. с целью повышени  точности измерений, оно снабжено стаканом и магнитозлектрическим преобразователем , установленным таким образом, что магнитоэлектрический преобразователь и предназначенный дл  закреплени  контролируемого объекта конец штока размещены

внутри стакана, стакан выполнен из материала , теплопроводность которого не менее чем в 2 раза больше теплопроводности материала штока, шток выполнен из материала , скорость распространени  в котором

продольных 31вуковых колебаний не менее 5000 м/с. а акустический преобразователь св зан с мембраной через воздушный промежуток .

fiK/a

86

92 TM

90

ФизЛ

Claims (2)

1. Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я Устройство для измерения физических мых объектах. причем производная 15 квадрата частоты от температуры дважды меняет знак на противоположный.

   На нижний конец штока 6. выполненного из деревянного стержня. приклеивался с помощью специального состава (мелкодис- 20 лерсный необожженный тальк с кремнийорганическим маслом, взятые в массовом соотношении 2:1) контролируемый объект 9 (высокотемпературная сверхпроводящая керамика УВагСизОт-х). В процессе вытягг- 25 вания контролируемого объекта 9 из гради- \ много кода поступает на микро-ЭВМ (не показана).

   Исследование физических свойств высокотемпературных сверхпроводящих материалов проводилось в парах азота при вытягивании контролируемого объекта 9 из градиентного стакана 10 путем механического перемещения сосуда 11 Дьюара со скоростью 30 мм/ч в диапазоне температур 80-120 К. 10

   Из графика на фиг.
2. 2 видно, что в промежутке температур 89-92 К наблюдаются явно выраженные аномалии, имеющие место при фазовых переходах в контролируе- свойств материалов при низких температурах, содержащее акустический преобразователь, акустически' связанные-с ним и между собой· мембрану и предназначенный дг ! закрепления контролируемого объекта шток, усилитель, выход которого соединен с преобразователем, и катушку индуктивности, индуктивно связанную со штоком и подключенную к входу усилителя, о тлим a tout е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено стаканом и магнитоэлектрическим преобразователем, установленным таким образом, что ентного стакана 10, выполненного из магнитоэлектрический преобразователь и . - предназначенный для закрепления контрртуры с помощью медьконстантановой лируемого объекта конец штока размещены термопары (не показана) и собственная 30 внутри стакана, стакан выполнен из материала. теплопроводность которого не менее чем в 2 раза больше теплопроводности материала штока, шток выполнен из материала, скорость распространения в котором продольных звуковых колебаний не менее 5000 м/с. а акустический преобразователь дились каждые 3 с. опрос на проведение связан с мембраной через воздушный произмерений, прием информации, ее обработ- межуток.

   латуни, измерялись изменения температермопары (не показана) и собственная резонансная частота составного вибратора (шток 6 с образцом 9) с помощью цифрового частотомера типа ЧЗ-35А в режиме измерения длительности импульсов с погрешностью измерения не более 0,1 %. Измерения температуры и резонансной частоты прозо35