Способ калибровки рычажных магнитных весов и эталонный образец для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01R33/12 

1

(21) 4217212/24-21

(22)26.03.87

(46) 07.08.89. Бил.№ 29 (72) А.С. Котосонов, С.В.Кувшинников и И.С.Володина (53) 621.317.44(088.8) (56) Иванов Е.В. и др. Оптимальная форма наконечников магнита для измерения восприимчивости методом Фа- радея.- 11ТЭ, 1970, К 2, с.221-222.

Чечерников В.И. Магнитные.измерения.- М., иэд-во М1У, 1969, с.135.

(54). СПОСОБ КАЛИБРОВКИ РЫЧАЖНЫХ МАГНИТНЫХ ВЕСОВ И ЭТАЛОННЫЙ ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть исполЬ. зовано для определения абсолютных значений удельной магнитной восприим чивости слабомагнитных веществ с

помощью рычажных магнитных весов.

-чшзю изобретения является повышение

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения абсолютньк значений удельной магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ с помощью рычажных магнитных весов.

Цель изобретения - повышение точ-. нести калибровки за счет исключения погрешности, обусловленной анизотропией свойств образца, Колебаниями его состава и структуры.

На фи).1 показана схема рычажных магнитных весов; на фиг.2 - устройточности калибровки за счет исключения погрешности, обусловленной анизотропией свойств образца, колебаниями его состава и структуры. В способе на эталонный образец в виде углеродной матрицы, армированной углерод- лым волокном, воздействуют однородным полем Н. в направлении оси образца, прикладывают к нему монотонно увеличивающийся вращающий момент и фиксируют его величину М в момент срыва образца. Затем осуществляют два измерения восприимчивости образца в рычажных весах при ориентации образца вдоль и перпендикулярно направлению неоднородного поля их магнитной системы, фиксируя значения f, и fj силы, действующей на образец.

JTJ1

Константу Н„--- рычажных магнитных d

весов определяют из соотношения

. 2 ил. dZ 2М и

т

ство для определения величины анизотропии магнитной, восприимчивости эталонного образца в однородном поле. 1

1

Схема содержит рычажные . весы 1, кварцевую нить 2, этааонный образец 3, полюсные наконечники 4 электромагнита, блок 5 регистрации, полюсные наконечники 6 электромагнита, создающие однородное поле Н , подвес 7 торзионных весов (кварцевая нить), гониометрическую головку 8.

Способ осуществляют следующим образом.

Х5 СО IsD СО СЛ

3 . ,149929 Производят измерение анизотропии магнитной восприим швости о&раэца при помощи торзиокных магиитга гх весов (фиг,2). Для этого эталонньй образец 3 цилиндрической формь; помещают на подвес 7 торзионных магнитных весов, выполненный в виде тонкой кварцевой нити., верхний конец которой прикреплен у гониометрической головке В; Образец « 3 находится в области сГднородного магнитного поля . Под действием пондеромоторных сил образец 3 занимает положениеJ при котором ось его минимальной по абсолютному значению .е восприимчивости совпадает по направлению с вектором пу. При этом положа-. ИНН образца отсчет по гониометричес кой головке В б О,;

Затем начинают вращать гониометри- 20 ческугс головку 8. Со стороны йодвеса 7 на образец действует вращающий мо мент

М

С- б

(1)

9 25

де С - упругая постоянная кварцевой нити, которую определяют по периоду Т крутильных колеба- НИИ стержня с моментом инер- : . дни 1, подве 1 нного на кварце о вый подвес

С «

4f4

Этот момент компенсируется действием пондеромоторных сил, возникающих при 35 повороте образца 3 на угол jCfC if ) откосительно cBoeijo первоначального положения, Ifoмпeнcиpyющий момент пон- деромоторных сил равен

ui

M(j &X-Bin 2(|,

(2)

С-(0кр- ) ,(3)

2сtr

откуда ЛДг р ( - т) или

2Мв

н

ДХ

(4)

Таким образом по величине б,ропределяют анизотропию магнитной восприимчивости образца.

Далее образец 3 с известным значением анизотропии магнитной восприимчивости и Те помещают на подвес рычажных магнитных весов I (фиг,1) таким образом, чтобы его ось (ось минимальной по абсолютному значению восприимчивости Xj, совпадала по направлению с век тором неоднородног магнитного поля Н у и измеряют силу f. , действующую на образец со сторо ны неоднородного магнитного поля,.

Затем образец 3 -поворачивают так, чтобы его ось была перпендикулярна вектору неоднородного магнитного поля IT у, т.е. была направлена вдоль оси Z Ha фиг.1. Наличие аксиальной симметрии восприимчивости образца 3 устраняет вращение его в горизонтальной плоскости под действием пондеромоторньЕх сил, что позволяет точно измерить силу f/ ствующую на него со стороны неоднородного магнитного поля в данном случае,

По полученным экспериментальным данным рассчитывают константу .рычал ных весов Н у -г,

вг

н ,:

у Q L 2Mg

(5)

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для определения абсолютных значений удельной магнитной восприимчивости слабомагнитных веществ с помощью рычажных магнитных весов. Целью изобретения является повышение точности калибровки за счет исключения погрешности, обусловленной анизотропией свойств образца, колебаниями его состава и структуры. В способе на эталонный образец в виде углеродной матрицы, армированной углеродным волокном, воздействуют однородным полем H_X в направлении оси образца, прикладывают к нему монотонно увеличивающийся вращающий момент и фиксируют его величину M_B в момент срыва образца. Затем осуществляют два измерения восприимчивости образца в рычажных весах при ориентации образца вдоль и перпендикулярно направлению неоднородного поля их магнитной системы, фиксируя значения F₁ и F₂ силы, действующей на образец. Констрантину H_Y(δН_Y/δZ) рычажных магнитных весов определяют из соотношения H_Y(δН_Y/δZ)=((F₁-F₂)^.H^X₂)/2M_B. 2 ил.

где . Л 3k: - анизотропия магнитной восприимчивости образца 3, При увеличении Mg возрастает соответственно и М за счет увеличения, угла .tf. Когда величина sin 2ц достигнет значения равного 1(Ц IT/A) пондеромоторные силы будут не в состоянии компенсировать дальнейшее возрастание крутя- щего момента М

Поэтому при повороте гониометрической головки 8 на угол 0 происходит резкое угловое смещение (срыв) образца 3 из положения равно- вески, установившегося в магнитном поле Условие срыва образца Mig Мц ип н

Повышение точности калибровки рычажных магнитных весов при использовании предложенного способа достигается за счет использования конкретного образца со значением d f опре,деленным абсолютным методом.

Способ используют для калибровки рычажных магнитныя весов Gahn-2000 с электромагнитом N-177 Используют образец из пековой матрицы, армированной углеродным волокном. Температура обработки образца t рр «« я . Анизотропию магнитной воЬ- приимчивости измеряют на торзионных весах в однородном магнитном поле индукцш БЭ 8020 Гс, определенной

при помощи датчика ядерного магнит ного резонанса Ш1-1. Упругую констан- ту кварцевой нити определяют, иэме- ,рив период крутильных колебаний

Т 30,72 i 0,05 с алюминиевого стержня с моментом инерции I (35619 ± 0,03) гсм. Значение анк-v зотропии магнитной восприимчивости образца d ЗГу-Я: (2,17 1

tOfOl) -10 см . Для этого же образца измеряют .силы f и f на рычажных магнитных весах при различных значениях тока через обмотки электромагнитаt По формуле (5) вычисляют значение

„ НУ .

yaz

При тех же значениях тока через обмотки электромагнита измеряют силы, действующие на образец поликристалли- ческого графита МПГ-6. Используя зна6Hsчения %57 полученные предлагае мым. способом, рассчитывают удельную

Ток магнита, А

Из данных, приведенных в таблице, видно, что разброс значений х уд для поликристаллического графита, опреде - ленных по предлагаемому способу ка- либровки, составляет /-0,04-10 сьГ-г в то время как для известного способа

разброс этих значений составляет 15-10 , т.е. в четыре раза больше.

Определение анизотропии магнитной .восприимчивости образца производят один раз, а использовать этот образец для калибровки рычажных магнит- ньпс весов можно неоднократно и в течение длительного времени. Значение

НуТ--, определенное при калибровке,

используют в качестве основного параметра установки для Определения магнитной восприимчивости при помощи рычажных магнитных весов.

Эталонный образец, выполненный в риде углеродной матрицы, армировосприимчивость, поликристаллического графита по формуле

-|й;. «

тИ,-масса образца поликристаллч- ческого графитя.

Калибровку магнитных рычажных ва- сов проводят также по известному способу. В качестве образца для калибровки используют химически чистую платину (0,999), удельная магнитная восприимчивость которой при температуре 290 К составляет Ж pi 0,97 10 см г;- Образец платины имеет массу o( 10,1)мг. Опредй... ЗНУ ляют Н, рассчитывают значения

ЗГудДля образца поликристаллическсго графита. Результаты измерений приведены в таблице. .r3:iz:i;: :i

10

чивостью.

ванной углеродным волокном, технолог . гичен, обладает достаточной по величине анизотропной магнитной восприим40 чивостью.

Формула изобретения

I, Способ калибровки рычажных маг- g нитных весов, йключаюший измерение силы, действующей на этапоннь й образец в неоднородном постоянном магнитном поле магнитной систеь« 1 рычажных магнитных весов, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности калибровки, предварительно на анизотропный эталонный образец с . аксиальной симметрией магнитной вос- приимчивости воздействуют однородным gg постоянным магнитным полем, направленным вдоль оси анизотропного эта-( лонного образца с аксиальной симметрией магнитной восприимчивости и прикладывают к нему монотонно воз50

растающий вращающий момент, направ

ленный перпендикулярно оси анизотропного эталонного образца с аксиальной симметрией магнитной восприимчивости фиксируют значения напряженности однородного постоянного магнитного поля и вращающего момента в момент начала углового перемещения анизо-. тропного эталонного образца с аксиальной симметрией магнитной восприимчивости из равновесного положения, затем последовательно воздействуют на анизотропный эталонный образец с аксиальной симметрией магнитной восприимчивости неоднородным постоян 1КЛМ магнитным полем магнитной систем рычажных магнитных весов в направлении оси эталонного образца с аксиальной симметрией магнитной воспри- имчивости и в направлении, перпенди- .кулярном оси анизотропного эталонног образца с аксиальной симметрией магнитной восприимчивости и измеряют силы, действующие йа анизотропный эталонный образец с аксиальной симметрией магнитной восприимчивости при абоих направлениях неоднородного постоянного магнитного поля рычажных магнитных весов, а константу рычажных магнитных весов определяют из соотношений

.2

Н й V

Saz

I i z filHj

2М

8

8

5

0

5

0

и Н

где Hj--- - константа рычажных магнитных весов;

f.jf - значения сил, действующих на эталонный образец в неоднородном постоянном магнитном поле магнитной системы рычажных магнитных весов при расположении оси эталонного образца вдоль направления неоднородного постоянного магнитного поля магнитной системы рычажных весов и перпендикулярно ему cooTBeTCTBe iHo; Mg - значение вращающе о момента в момент начала углового перем.- щения образца из равновесного положения; Ну- значение напряженности

однородного ТОСТОЯННОГО

магнитного поля.

2. Эталонный образец для капибров ки рычажных магнитных весов из слабомагнитного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности калибровки, он выполнен в виде углеродной матрицы, армированной углеродным волокном.