Устройство для измерения физических свойств материалов при низких температурах Советский патент 1992 года по МПК G01N29/00 H01B12/00 

Изобретение относится к устройствам для измерения низкотемпературных зависимостей физических свойств материалов акустическим методом,.

Известно устройство, состоящее из уси лителя электрических колебаний, возбуждающего и приемного пьезокварцев, измерителей частоты и амплитуды.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство контроля параметров раздела кристалла и жидкой среды, содержащее акустический преобразователь, акустически связанные с ним и между собой мембрану и предназначенный для закрепления контролируемого объекта шток, усилитель, выход которого соединен с,преобразователем, и катушку индуктивности, индуктивно связанную со штоком и подключенную квходу усилителя.

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

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

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения физических свойств материалов при низких температурах, содержащее акустический преобразователь, акустически связанные с ним между собой мембрану и предназначенный для закрепления контролируемого объекта щток, усилитель, выход liOToporo соединен с преобразователем, и катушку индуктивности, индуктивно связанную со штоком и подключенную к входу усилитеу:)я, снабжено стаканом и магнитоэлектрическим преОбразователем, установленными таким образом, что магнитоэлектрический преобразователь и предназначенный для закрепления 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 распространения в котором продольных звуковых колебаний не менее 5000 м/с. а акустический преобразователь связан с мембраной через воздушный промежуток.

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

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

Акустический преобразователь 4, подключенный своей обмоткой к выходу усилителя 1 электрических колебаний, преобразует электрический сигнал в звуковые колебания и через воздушный промежуток, мембрану 5 и шток 6 воздействует на контролируемый объект 9. Со штоком б индуктивно связана индукционная катушка 7, которая своим выходом подключена к входу усилителя 1 электрических колебаний; Таким образом замыкается петля положительной обратной связи, обеспечивающей поддержание колебаний акустической системы (шток, контролируемый объект) на собственной резонансной частоте. Напряжение на выходе усилителя 1 электрических колебаний и частота измеряются с помощью измерителей 2 и 3 амплитуды и частоты соответственно. Зная собственную резонансную частоту F колебаний акустической системы и длину ...штока с контролируемым объектом, можно определить модуль упругости Е и скорость звука ния Vf

F V . 1JE 2ytL p

где/Э-плотность материала.

С контролируемым объектом 9 индуктивно связана обмотка магнитоэлектрического преобразователя 12. При пер|еходе образца в сверхпроводящее состояйие и при его колебании в поле магнита в индук ционной катушке наводится ток, фиксирующий это состойние. Для сбора и обработки полученной информации сигнал с выхода измерителя частоты в виде двоично-десятичного кода поступает на микро-ЭВМ (не показана).

Исследование физических свойств вы сйкотемпературных сверхпроводящих материалов проводилось в парах азота при вытягивании контролируемого объекта 9 из градиентного стакана 10 путем механического перемещения 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 наблюдаются явно выраженные аномалии, имеющие место при фазовых переходах в контролируемых объектах, причем производная квадрата частоты от температуры, дважды меняет знак на противоположный.

На нижний конец штока 6, выполненного из деревянного стержня, приклеивался с помощью специального состава (мелкодисперсный неотожженный тальк с кремнийоргзническим маслом, взятые в массовом соотношении 2:1) контролируемый объект 9 (высокотемпературная сверхпроводящая керамика УВааСизОу-х). В процессе вытягсвания контролируемого объекта 9 из градиентного стакана 10, выполненного из латуни измерялись изменения температуры с помощью медьконстантановой термопары (не показана) и собственная резонансная частота составного вибратора (штОк 6 с образцом 9) с помощью цифрового частотомера тиг аЧЗ-35А в режиме измерения длительности импулйсов с погрещностью измерения не более 0,1 %. Измерения температуры и резонансной частоты проводились каждые 3 с. опрос на проведение измерений, прием информации, ее обработка и построение зависимости резонансной частоты от температуры осуществлялись с помощью ПЭКВМ типа Искра-226М. При этом проводились измерения квадрата частЬты (величины, пропорциональной модулю упругости) температуры фазового перехода контролируемого объекта в сверхпроводящее состояние и момента появления (исчезновения) сигнала ЭДС. наведенного в

обмотке магнитозлектрического преобразователя.

Формул а иаобретения , Устройство для измерения физических свойств материалов при низких температуpax, содержащее акустический преобразователь, акустически- связанные- с ним и между собоймембрану и предназначенный дл 1 закрепления контролируемого объекта шток, усилитель, выход которого соединен

с преобразователем, и катушку индуктивности, индуктивир связанную со штоком и подключенную к входу усилителя, О т л и ч а ющ е е с я тем. что. с целью повышения точности измерений, оно снабжено стаканом и магнитозлектрическим преобразователем, установленным таким образом, что магнитоэлектрический преобразователь и предназначенный для закрепления 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 распространения в котором

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

fiK/a

86

92 TM

90

ФизЛ

Изобретение относится к устройствам для измерения температурных зависимостей физических свойств материалов акустическим методом. Целью из;обретения является повышение точности измерений. В процессе вытягивания штока 6 с контролируемым о&ьектом 9 из градиентного стакана 10 измеряют собственную резонансную частоту колебаний акустической системы (шток с контролируемым обьектом) и определяют изменения модуля упругости и скорости звука в заданном диапазоне температур. По изменению ЭДС. наведенной в индукционной катушке 7 магнито- элeкtpичecкoro пр'еобразрвателя 12, определяют температуру фазового перехода контролируемого рбьекта в сверхпроводящее состояние. 2 ил.ел СФае.^«•^^t сх>&VI