Устройство для измерения поверхностного натяжения твердого тела Советский патент 1984 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к приборам для измерения физ 1ко-химических констант вещества, а именно- его поверхностного натяжения. Известны устройства для измерения поверхностного натяжения металлов в твердом состоянии методом нулевой ползучести. Определение d этими устройствами сводится к измерению оптическим способом расстояния между двумя ме ками нанесенными на нагруженные и вертикально подвешенные в термоста те образцы до и после отжига f 1 . Основными недостатками этих уст ройств является низкая производител ность и большая погрешность измерений (/ 10-15%). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство Для измерения поверхност ного натяжения твердого тела, содч°р жащее механический рычаг, одно плечо которого соединено с образцом, а второе - с системой компенсации и измерения силы, действующей на эт плечо. Система компенсации и измере ния силы, пропорциональной силе поверхностного натяжения, состоит из компенсационного груза и средства его перемещения вдоль рычага 2 Недостаток известного устройства - необходимость отыскивать положение компенсационного груза, при котором ползучесть в образце отсутртвует, что обусловливает длительность измерений. Кроме того, при определении ci с 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 вр мени и упрощение методики измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения поверхностного натяжения твердо го тела, содержащем механический рычаг, одно плечо которого соединено .с образцом, а второе - с системой компенсации и измерения силы, действующей на это плечо, система компенсации и измерения силы выпол нена в виде струны, причем плечо i чага прикреплено к середине-струны а каждая ее половина снабжена измерителем, собственной частоты колебаний. , На чертеже представлена схема прибора для измерения поверхностно 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, образуквдий механический рычаг, который вместе с зеркальцем 5, осветителем 6 и шкалой 7образует 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 соответственнЪ 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 горизонтальном 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 необходимое напряжение между электродами 12 и 14, затем образец отжигают в вакууме при ,90 Т . 8течение 2-3 ч нагревают до температу и ползучести ,95 Т,, (где Т f, температура плавления, 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 напряжение образца в зоне нагрева обращается в нуль, а равнодействующая веса нижнейчасти от зоны нагрева образца и силы поверхностного натяжения, с которой образец действует на рычаг, принимает свое предельное значение. А так как изменение действия образца на рычаг в любой момент компенсируется соответствующим изменением действия струн на тот же рычаг, то последний при этом находитс я в равновесии, а образец - в состоянии нулевой ползучести. Измеряют собственные частоты V и .2 концов струн 21 и 22 соответственно. Вращением прибора вокруг горизонтальр|ой оси 21 на 180° образец переводят в новое вертикальное положение и еще раз определявзт частоты указанных струн f и По измеренным значениям V г Vj г Уг известному диаметру (а) образца находят значение поверх ностного натяжения otпо формуле -jh f-2- } где-к D V tyffi - постоянная при . D - диаметр; : L длина, . - плотность стру 0 и И плечи сил натя жений струн и поверхностног о натяжения отно сительно оси вращения рычага соответст венно. Постоянную К в формуле (1) можно определить по известным значениям cit и d образца ка.кого-нибудь материала, либо вычислить непосредствен но по параметрам струн. Формулу (1) получают в результате совместного рещения двух .уравнений равновесия недеформируемого ры«1ага соответствую1аих двум различ ным вертикальным положениям образца При этсм используют известную формулу. Vc-ltlT , (21 - 2t fps выражающую зависимость собственной частоты попереяйых колебаний гибкой нерастяжнмой натянутой струны ее параметров. ., . . Проведены измерения некоторых ме таллов на предлагаемо приборе со струнами из вольфрама диаметром D 16 мкм и длиной L 4,78 см. При этом постоянная прибора К найдена по известным значениям параметров струны, а их первоначальное натя)сение соответствует частоте 100 Гц. Результаты опытов представлены в таблице. 415 0,655 415 0,633 0,684 488 0,673 0,574 582 0,560 В сравнении с известным время ЗДИМО9 дан измерения на предлагаемом прибО рё.,|существенн6 сокращается, так как нет необходимости искать положение компенсационного груза, при которсяй 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 (л/1%) , так как измерение oi при известном радиусе образца сводится к измерению V , что осуществляется ;легко резонансным способом с погрешностью не более ,01%.

-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