SU569989A1 - Вакуумированные крутильные весы - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области метрологии , точнее к вакуумированным крутильным весам, и может быть использовано при определении гравитационной посто нной, разработке полевых и морских вариометров, проверке принципа эквивалентности, исследовании взаимодействи  света с вешеством, измерении внутреннего трени  в нит х на низкнх частотах в ишрокам интервале температур .

Известны конструкции гравитационншс ва|шометров с магнитмлм демпфером 11,(д. Однако они не нашли практического пр м нени  из-за внесени  в крутильную снстек«у магнитной Жесткости, сложности конструк- ции и невысокой эффективности. Конвекционные потЪки воздуха ограничивают стабильность всех невакуумированных вариометров .

Вакуум защищает весы от газовых пото ков, повышает стабильность и врем  релаксации колебаний, при этом возникает проблема гашени  энергии качаний, которые существенно влн КТ на основное крутильное движение.

В вакуумированных весах гашение жачаНИИ;проводитс  механическим стопором, к которому прит гиваетс  влектрическим полем коромысло зЗ .

В таком устройстве, однако, наблюдаетс  эффект залипани  коромысла после выклю. чени  электрического Пол , возникновение качаний малой амплитуды прв отрыве коромысла от стопора, ограничение стопором кругового двилсени  коромысла, отсутствие гашени  качаний в ; процессе работы.

Известны также весы, содержащие кора 4ысло с грузами и зетжалом, подвешенное на вертикальной нити, размещенное в гермв .тичном стекл нном корпусе, качани  в котоP .IX гас тс  магнитом, расположенным вбли;зн одного из грузов коромысла 4j. В корпус весов не ввариваетс  стопор, коромысло может поворачиватьс  на полный оборот, что .необходимо при отжиге нити подвеса током высокой частоты, после удалени  магнита работоспособность весов восстанавливаетс .

Целью изобретени   АЛЯетс  осуществлени непрерывного гашени  качаний, упрощение про цесса измерений, повышение помехоустойивости , стабильности и сохранени  ее в течение времени релаксации весоВо

Это достигаетс  тем, что магнитный демфер выполнен в виде подвешенного к рабочему телу на продолжении нити подвела тонко- стенного цилиндра из немагнитного электропровод щего материала и укрепленной на дне корпуса весов системы, формирующей вертикальное магнитное поле и включающей в себ  посто нный магнит, два отрезка „ магнитопровода с цилиндрическими полнжными . наконечниками, имеющими осевое от1 верстие и зазор, в центре которого размещен на проход щей Через осевое отверстие верхнего полюсного наконечника нити подвеса упом нутый тонкостенный цилиндр.

На Чертеже изо ражена принципиальна  конструктивна  схема предлагаемых вакууМированных весов.

Она содержит стекл нный корпус 1, верхкий узел 2 креплени  нити, нить 3 подвеса, нижний узел 4 креплени  нити, коромысла и зеркала, коромысло 5, груз коромысла, : зеркало 7, тонкостенный 8, посго нный магнит 9, отрезки магнитопровода 10 с цилиндрическими полюсцыми наконечниками воздушный зазор 11, осевое отверстие 12 полюсного наконечника и узкую щель 13.

Внутри стекл нного корпуса 1, покрытого внутри и снаружи электропровод щей npoa речной пленкой двуокиси олова, размещаютс  крутильные весы с магнитным демпфером и с помощью насоса ПНЭ-1 и ионизационного манометра создаётс  вакуум пор д са 11СГтор, (Дл  простоты рассмат риваютс  весы К/лона-Кавендиша, в принuraie можно вз ть любую кр -тильную систе1му ). В узле 2 креплени  крепитс  конец нити 3 подвеса. С помощью нижнего узла 4 креплени  к нити 3 подвешено коромысло 5 с грузами 6. На узле 4 укреплено зеркало 7 дл  индикации движени  весов оптическим методом. К нижнему концу нити 3 крепитс  тонкостенный цилиндр 8 из электропровод щего немагнитного материала Посто нный магнит 9 с отрезками MarHHTonpвода 1О и воздушным зазором 11 образуют магнитную систему, создающую сильное вертнкальвов магнитное поле, пронизыва щь з цилиндр 8. Ципиндр ческие наконечники отрезков магнитопровода имеют осевое отверстие 12 и узкую щель 13, предназначенную заправки нити 3 в отверстие 12 Магнитна  система составл ет совместно с подвешенным в центре воздушного зазора 11 тонкостенным цилиндром 8 магнитный дбмпфор, прелназначеншй дл  гашени  энергии качаний Весов.

Качани  рабочего тела весов через нить передаютс  на тонкостенный цилиндр. Мощность потерь, рассеиваема  таким ци;шндром , npi усреднении за период качаний в гауссовой системе единиц равна:

Р О, 1Г б тpв V ии

I - радиус цилиндра;

где & - толщини его стенки; 1т - его длина;

р - удельное сопротивление материала; В - индукци  магнитного пол , направ

ле1гаа  вдоль ос:и цилиндра; С - скорость света; р - амплитуда утла качаний цилиндра t0 - частота качаний. Если поле H -ieeT горизонтальную компоненту Bjj, То мощность потерь энергии крутильных колебаний W составит величину

,iCr 0hp Ъ C Лi,()

где амплитуда крутильных колебаний. Дл  качвмий обротность

М g L р с

(3)

Qo ,frr j-fiBuj

где М - масса рабочего тела} Ь - длина нити подвеса; § - ускорение силы т жести. Дл  крутильных колебаний добротность:

ллеш р с

W

1 В

где 6. - длина пЛеч коромысла. Работа демпфера аффективна, если 941-10 , а масса тела цилиндра не превышает 0,1 М Пусть f 0,4

( 0,01 см. If 7 0,2 см. Тогда масса цилиндра,изготовленного из материала с удельной плотностью 8,5 г/см ( с учетом Верхней крышки) составит 710 Г. При Jj 25 см, М р,8г, В 500О Гс доброг. ность Q 1-Ю .врем  релаксации Г-г составит 318 сек. Мапштное поле такой напр женности можно получить в воздушном зазоре Магннтопровода. Радиальна  компонента магнитного пол / обусловленна  ушнрением потока в воздушном зазоре при сов решении оси цнлнндра с центром полюсного йаконечннка, не вли ет на крутильное дай- жение. Горизонтальна  компонента Ц,В ( отклонени  от вертикали) вызывви ет затухание крутильных колебаний. Дй  получени  требуемого соотношени  между

Q и iG|| необходимо, чтобы

h

шш.р

Л.-л/-г2g-i .q .

Claims (4)

1. При изменений гравитационной посто нной требуютс  весы с периодом коле аннй 2000 сек с добротностью -Q, пор дка :2 lO. в этом случае 61 не должно превышать 5-10 рад. Юстировкой положени  кор пуса прибора можно свести d. к требуемой величине. Некоторые сложные 4 зические эксперименты выгоднее проводить на всех весах с периодом 2-10 сек. В этом случае |требовани  к юстировке корпуса повышаютс . Магнитный демпфер был испытан на длин нопериодныхкрутильных системах. Добротность iQ падала до 1 «Ю ,.при этом Д на отожженных 1В101афрамовых нит х сохран лась на уровне 1 10 . Формула изобретени  Вакуумированные крутильные весы, : содержащие укрепленное на вертикальной нити подвеса рабочее тело в виде коромысти с грузами и зеркалом, размещенное в герметичном стекл нном корпусе, и магнитный Демпфер, -о т. л и ч а ю щи е с  . тем, что, с целью упрощени  и-зМерений, по вышеии  сгабильносги работы и сохранет1  ее в течение времени релаксации весов, магнитный демпфер выполнен в виде подвошенного к рабочему телу на продолжении НИТИ подвеса тонкостенного цилиндра из (Немагнитного электропровод щего Ma«et3ia/i;i и укрепленной на дне корпуса системы, формирующей вертикальное магнитное поле и включающей в себ  посто нный магнит, два отрезка магнитопровода с цилиндрическими полюсными наконечниками, имеющими осевое отверстие и зазор, в центре которого размещен на проход щей через осевое отверстие верхнего полюсного наконечника нити подвеса тонкостенный цилиндр. Источники информации, прин тые во вннi-мание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. (Ц О1 V 7/О2, 1973.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 35392, кл. «i 01 V 7/02, 1930. Г
3. 3. Проблемы гравитационных измерений Сб..сер. Б., вып. 1, М., ВНИИОФИ, 1971, с. 109.
4. 4.Проблемы гравитационных излу« еннй, Сб. М., ВНИИФТРИ, 1974, с. 10О.