ПРИБОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ Советский патент 1973 года по МПК G01N13/02 

Изобретение относится к приборам для определения физико-химических констант вещества.

Известны приборы для измерения поверхностого натяжения твердых тел, основанные на .методах растворения .вещества «нейтральной капли, «нулевой ползучести, скола кристаллов, щлифования и др.

Однако известные приборы позволяют лищь оценить величину поверхностого натяжения.

Наиболее надежные данные для .металлов получают методом нулевой ползучести.

Известный прибор, в котором использовано явление «нулевой ползучести, позволяет обнаружить только область, а не линию «нулевой ползучести, что вносит в результаты, измерения большую погрещность, требует использования больщого числа образ-цов для проведения одного эксперимента, дает большую погрешность измерений, .которая может превыщать 10%.

Целью изобретения является повыщение точности измерений.

Для этого прибор содержит компенсационное устройство в виде механического рычага с компенсационным грузом и средство для перемещения груза, например электромагнит, причем один конец рычага соединен с колечКО.М образца, а на другом его конце расположено зеркальце оптической системы отсчета.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 пояснена идея, реализуемая в приборе; на фиг. 2 приведена схема прибора.

Идея, реализуемая в приборе, состоит в следующем.

Пусть образец цилиндрической формы из исследуемого металла подвешен за один конец.

В узком заштрихованном участке (области ползучести) при помощи цилиндрической градиентной печи создается температура, при которой наблюдается заметная ползучесть металла ( 0,95 пл, где tn.li - температура плавления, °С). Вес нижней части образца от пунктирной линии - Р.

Под действием сил поверхностного натяжения этот участок будет сжиматься, стремясь создать минимальную поверхность при заданном неизменном объеме (цилиндрическая форма участка будет переходить в сферическую), образец будет сжиматься.

Если к образцу приложить внешнюю силу РО, компенсирующую действие сил поверхпостного натяжения, то не будет происходить ползучести материала, т. е. будет иметь место так называемая «нулевая ползучесть. В рассматриваемом случае на участок проволоки, подвергающийся ползучести, действует внешняя сила Р. Если Р , РО, то образец будет сжиматься (укорачиваться), при - удлиняться. Условие Р РО означает полную компенсацию действия сил поверхностного натяжения весом нижней части образца. При этом поверхностное натяжение определяется формулой „ А где а - поверхностное натяжение, г - радиус образца. Пусть условие эксперимента таково, что Р РО- Л.л.я компенсации действия сил поверхностного натяжения нужно приложить к нижней части образца некоторую дополнительную силу / так, чтобы выполнялось условиеР + Р.Тогда поверхностное натяжение определится формуЛОЙ а + / кг Отсюда видно, что задача определения поверхностного натяжения а сводится к нахождению сил / и Я при известном радиусе образца г. ,-..чf Предложенный прибор позволяет создавать и измерять силу }, а также определять величину р. Прибор для измерения поверхностного натяжения металлов в твердом со стоянии содержит (фиг. 2) стеклянную камеру 1, Б которой можно создать вакуум ;( il.O- тор-) или инертную среду через отвод 2,Стержень 3 ,с-упоро-м 4, образующий механический |рычаг, .который вместе с зеркальцем 5, осветителем 6 и шкалой 7 образует оптичвскую -систему отсчета, компенсационный груз ,8 известного веса Р, дополнительный груз 9 из того же материала, что образец, панея-ь Ли, укрепляемую на ..боковом отводе при помощи койароаы-х фланцев 11, с держатеяем образца 12 к вводами 13-15 для печи 16 и.д&у-х . (Механический рычаг 3 должен быть изготовлен .из 1неферромагнитного материала, недефор.мирук щегося при рабочей температуре, а компенсационный груз 8 - из ферромагнитHOfo .-материала. Прибор -работает следующим образом. Образец 1-7 .в жиде тонкой нитн с /колечком йа одйом |КОнде жестко прикреплен другим кондом .к .держателю 12. После откачки н последующего заполнения -камеры водородом при давлении -1-2 тор образец подвергается йчистже в ;газово.м разряде, подавая необхоДймое напряжение ,между электродами 13 и .18. .После .-этого образ.ец отжимают при температуре 0,90 .пл в течение 2-3 час. Затем .зец нагревают до температуры ползуче-сти ,. Положение «зайчнка па шкале 7 в этот момент принимают за нулевое, при этом определяют положение компенсационного груза /о. которое обеспечивает равновесное состояние рычага. Через 2-3 часа в результате ползучести образец может сжиматься или растягиваться в зависимости от соотношения между Р и PQ. Это фиксируется смещением «зайчика вниз или вверх. Момент начала ползучести определяют достаточно точно, так как расстояние шкалы от упора 4 в 200-250 ра,з больше величины L (фиг. 2). Пере.мещая компенсационный груз 8 при помощи электромагнита 19, создают дополнительную силу /, которая препятствует изменению размера образца в результате ползучести, а «зайчик в это время удерживается около нуля. Пусть новое положение компенсационного груза, при котором «зайчик удерживается около нуля, будет /. Тогда из условий равновесия рычага, когда компенсационный груз занимает положение / и /о, определяется дополнительная сила /; / P-f , где Д/ - /о - /. Затем, увеличив дополни- / t-eP f Л« 1. 1 4,ltJ. . у и . л -llltJ/Л - ЧШ тельную нагрузку на образец тельную нагрузку на образец при помощи компенсационного груза, дают возможность компенсационного груза, дают образцу растянуться до образования небольшой шейки на участке ползучести. Отрезав нижнюю от шейки часть образца и взв7сиГ ее,найдём весТГтогдГп ол7ч7м вьГ ражение Р+Р которое позволяет рассчитать поверхностное натяжение исследуемого материала. Погрешность измерения поверхностного натяжения твердого материала на приборе не превышает 1% при коэффициенте надежности 99,00%. Предмет изобретения Прибор для измерения поверхностного наяжения металлов в твердом состоянии в обасти их ползучести, состоящий из закрытой камеры с отводами для создания в ней вакуума или среды, печи, держателя образца и ермопар, отличающийся тем, что, с цеью повышения точности измерений, он соержит компенсационное устройство в виде еханического рычага с компенсационным рузом и средство для перемещения груза, наример электромагнит, причем один конец ычага .соединен с колечком образца, а на ругом его -конце расположено зеркальце опической системы отсчета.

Фиг.