Устройство для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов Советский патент 1988 года по МПК G01R33/16 

1

Изобретение относится к устройствам для измерения магнитной восприимчивости материалов с высокой проводимостью, преимущественно неферромагнитных металлов и сплавов, и предназначено для работы со сверхпроводящими материалами.

Целью изобретения является повьше- ние точности измерения магнитной восприимчивости материалов с высокой проводимостью.

На фиг.1 изображена конструктивная схема устройства для измерения магнитной восприимчивости слабомагнитных материалов; на фиг.2 - нижняя часть устройства при измерении в условиях криогенных температур; на фиг.З - бло р-схема измерительной части устройства.

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

Корпус 1 может быть выполнен разъемным со шлифовым соединением 4 и со средствами для его вакуумирования и 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 1 и соединенным с опорным узлом через упругую подвеску 7, и с держателем 8 для установки образца исследуемого материала. 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 11, установленной на стойках 9,

Q медной оси 12, установленной в центральном отверстии стеклотекстолитовой платы 11, гластины 13 из магнитомяг- кого материала, соединенной с осью 12, и фторопластовой шайбы 14, уста 5 новленной на оси 12 между платой 11 и пластиной 13. Упругая подвеска 7 выполнена в виде ленты из упругого токопроводящего материала (бериллие- вая бронза) и соединена с осью 12

20 пайкой. Держатель 8 выполнен в виде двух нитей из кварцевого стекла, закрепленных сваркой на нижней части кварцевого капилляра 6.

Устройство содержит также источ25 ник 15 внешнего магнитного поля, ав- томатическую компенсационную систему измерения крутящего момента с отрицательной обратной связью и измеритель 16 сигнала компенсации.

0 Автоматическая компенсационная система имеет стабилизированный источник 1 7 света, зеркальце 18, закрепленное на кварцевом капилляре, фотоэлектрический усилитель 19, два

с фотоэлемента 20, включенных в мостовую схему, и узел 21 компенсации крутящего момента, подключенный к выходу фотоэлектрического усилителя 19. Для обеспечения положения кварце0 вого капилляра 6 по оси кварцевой ампулы 2 и, следовательно, для исключения смещения образца исследуемого 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 пружиной 25 регулируемого натяжения, соединенной с другим концом упругой растяжки 24 и с нижней частью фиксирующего стакана.

Для исключения искажения внешнего магнитного поля фиксирующий стакан 22 выполнен из слабомагнитного материала (нейзильбера). Упругая растяжка 24 и пружина 25 выполнены из упругого немагнитного электропроводящего материала.

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

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 I (стойках 9). При этом верхний токо- провод к рамке выполнен в виде упругой подвески 7, а нижний токопровод в виде проводника 31, расположенного в кварцевом капилляре, упругой растяжки 24, соединелной с проводником 31, пружины 25, соединенной с упругой 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 выполне- ны все прочие электрические соединения.

Для исключения электрического взаимодействия кварцевого капилляра с кварцевой ампулой фиксирующий стакан 22 выполнен из электропроводящего материала и заземлен (фиг,1). Лля температурной изоляции зоны расгюложения исследуемого образца от полости корпуса фиксирующий стакан выполнен из материала с теплопроводностью. Для минимизации температурного удлинения фиксирующего стакана при испытании в условиях крио- reHHoi i 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 токо- подводам рамки 29.

Для исключения влияния нагрузки измерителя 16 на сигнал компенсации

измеритель подключен к выходу фотоэлектрического усилителя 1 9 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

35

сигнала компенсации.

0

Для регулировки нулевого отсчета устройство может быть выполнено с блоком 35 коррекции, управляющая Q часть которого выполнена в виде привода 36, размещенного посредством кронщтейна 37 на плите 38, и постоянного стержневого магнита 39, соеди- . ненного с приводом 36. Управляемая 2 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 I может быть выпс.чнен со средствами для его соединения с вакуумным насосом или источником нейтрального газа.

При проведении измерения в области высоких температур устройство (фиг,1) снабжено нагревателем образ5

ца исследуемого материала (не пока- 3ai ).

При проведении измерений в области криогенных температур устройство снабжено азотным 41 и гелиевым 42 со судами Дыоара, установленными на стойке 43 посредством кронштейна А4. Крышка гелиевого сосуда 42 выполнена в виде частей 45 и 46, соединенных резьбой и уплотнительного (фторопластового) кольца 47.

Измерение магнитной восприимчивое тк материала выполняют на описанном устройстве в следующем порядке.

Образец 48 исследуемого материала устанавливают с помощью клея в держатель 8, соединяют кварцевую ампулу 2 с корпусом 1, вакуумируют систему и проводят установку нулевого положа 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, Затем включают питание автоматической компенсационной системы и выполняют балансировку моста так, чтобы на выходе фотоэлектрического усилителя 19 сигнал компенсации отсутствовал

Включают источник 15 внешнего магнитного поля, которое, воздействуя на образец 48, стремится повернуть кварцевый к апилляр 6. Поворот последнего вызывает разное освещение фотоэлементов 20 и, следовательно, раз- 6aj.ianc моста и появление сигнала компенсации на выходе фотоэлектрического 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, эле ктромагнптные силы, непрерывно действующие на образец, вновь поворачивают кварцевый зсапилляр и т.д. Вследствие этого кварцевый капилляр получает непрерывные крутильные колебания вокруг некоторого положения равновесия, а на выходе усилителя 19 (и на выходе усилителя-повторителя 33) имеется сигнал компенсации, со- деззжащий постоянную и переменную сос- танляющие. Фильтр 34 нижних частот пропускпет в измеритель 16 только

постоянную составляющую указанного сигнала.

В лабораторных условиях испытан г экспериментальный образец устройства, имеющего следующие основные параметры: собственная частот колебаний крутильных весов без образца равна 136 г, размеры испытываемых образцов

10 1,5х1,0ч10 мм, масса образцов 50- 170 мг, расстояние от образца до оси кварцевого капилляра составляет 10 мм, диаметр капилляра 0,5 мм, его длина 1000 мм.

15 Испытания показали, что указанное устройство имеет чувствительность при комнатной и высокой температуре в поле напряженностью 0,75 кЭ, рав-. нуто 5-10 дин, при криогенных темпе- 20 ратурах в слабых магнитных полях чувствительность устройства составляет 1 1 О дин. Следовательно, чувствительность предлагаемого устройства выше чувствительности известного на

25 два порядка (чувствительность известной установки равна дин при комнатной температуре и 810 дин при 4,2 К)с

30 Формула изобретения

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 капил. ляром, 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 усили- . таль и узел компенсации крутящего 55 момента, подключенный к выходу фотоэлектрического усилителя, а также измеритель сигнала компенсации, о т- личающееся тем, что, с

50

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 рас тяжкой, соединенной одним концом с концом кварцевого капилляра, и пружиной регулируемого натяжения, соединенной с другим концом упругой рас-

тяжки и с.нижней частью фиксирующе- 5 водностью и с малым температурным

832408

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 - личающееся тем, что фиксирующий стакан выполнен из электропроводящего материала с низкой теплопро

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

го стакана.

коэффициентом расширения и заземлен.

к ранне Kjftututmf/ue

Фиг.З