Вакуумированные крутильные весы Советский патент 1977 года по МПК G01V7/10 

1

Изобретение относится к области метрологии, точнее к вакуумированным крутильным весам, и может быть использовано при определении гравитационной постоянной, разработке полевых и морских вариометров, проверке принципа эквивалентности, исследовании взаимодействия света с вешеством, измерении внутреннего трения в нитях на низкнх частотах в ишрокам интервале температур.

Известны конструкции гравитационншс ва|шометров с магнитмлм демпфером 11,(д. Однако они не нашли практического прям нения из-за внесения в крутильную снстек«у магнитной Жесткости, сложности конструк- ции и невысокой эффективности. Конвекционные потЪки воздуха ограничивают стабильность всех невакуумированных вариометров.

Вакуум защищает весы от газовых пото ков, повышает стабильность и время релаксации колебаний, при этом возникает проблема гашения энергии качаний, которые существенно влняКТ на основное крутильное движение.

В вакуумированных весах гашение жачаНИИ;проводится механическим стопором, к которому притягивается влектрическим полем коромысло зЗ.

В таком устройстве, однако, наблюдается эффект залипания коромысла после выклю. чения электрического Поля, возникновение качаний малой амплитуды прв отрыве коромысла от стопора, ограничение стопором кругового двилсения коромысла, отсутствие гашения качаний в ; процессе работы.

Известны также весы, содержащие кора 4ысло с грузами и зетжалом, подвешенное на вертикальной нити, размещенное в гермв.тичном стеклянном корпусе, качания в котоP.IX гасятся магнитом, расположенным вбли;зн одного из грузов коромысла 4j. В корпус весов не вваривается стопор, коромысло может поворачиваться на полный оборот, что .необходимо при отжиге нити подвеса током высокой частоты, после удаления магнита работоспособность весов восстанавливается.

Целью изобретения яАЛЯется осуществлени непрерывного гашения качаний, упрощение про цесса измерений, повышение помехоустойивости, стабильности и сохранения ее в течение времени релаксации весоВо

Это достигается тем, что магнитный демфер выполнен в виде подвешенного к рабочему телу на продолжении нити подвела тонко- стенного цилиндра из немагнитного электропроводящего материала и укрепленной на дне корпуса весов системы, формирующей вертикальное магнитное поле и включающей в себя постоянный магнит, два отрезка „ магнитопровода с цилиндрическими полнжными . наконечниками, имеющими осевое от1 верстие и зазор, в центре которого размещен на проходящей Через осевое отверстие верхнего полюсного наконечника нити подвеса упомянутый тонкостенный цилиндр.

На Чертеже изо ражена принципиальная конструктивная схема предлагаемых вакууМированных весов.

Она содержит стеклянный корпус 1, верхкий узел 2 крепления нити, нить 3 подвеса, нижний узел 4 крепления нити, коромысла и зеркала, коромысло 5, груз коромысла, : зеркало 7, тонкостенный 8, посгоянный магнит 9, отрезки магнитопровода 10 с цилиндрическими полюсцыми наконечниками воздушный зазор 11, осевое отверстие 12 полюсного наконечника и узкую щель 13.

Внутри стеклянного корпуса 1, покрытого внутри и снаружи электропроводящей npoa речной пленкой двуокиси олова, размещаются крутильные весы с магнитным демпфером и с помощью насоса ПНЭ-1 и ионизационного манометра создаётся вакуум поряд са 11СГтор, (Для простоты рассмат риваются весы К/лона-Кавендиша, в принuraie можно взять любую кр -тильную систе1му). В узле 2 крепления крепится конец нити 3 подвеса. С помощью нижнего узла 4 крепления к нити 3 подвешено коромысло 5 с грузами 6. На узле 4 укреплено зеркало 7 для индикации движения весов оптическим методом. К нижнему концу нити 3 крепится тонкостенный цилиндр 8 из электропроводящего немагнитного материала Постоянный магнит 9 с отрезками MarHHTonpвода 1О и воздушным зазором 11 образуют магнитную систему, создающую сильное вертнкальвов магнитное поле, пронизыва щь з цилиндр 8. Ципиндряческие наконечники отрезков магнитопровода имеют осевое отверстие 12 и узкую щель 13, предназначенную заправки нити 3 в отверстие 12 Магнитная система составляет совместно с подвешенным в центре воздушного зазора 11 тонкостенным цилиндром 8 магнитный дбмпфор, прелназначеншй для гашения энергии качаний Весов.

Качания рабочего тела весов через нить передаются на тонкостенный цилиндр. Мощность потерь, рассеиваемая таким ци;шндром, npi усреднении за период качаний в гауссовой системе единиц равна:

Р О, 1Г б тpв V ии

I - радиус цилиндра;

где & - толщини его стенки; 1т - его длина;

р - удельное сопротивление материала;В - индукция магнитного поля, направ

ле1гаая вдоль ос:и цилиндра; С - скорость света; р - амплитуда утла качаний цилиндра t0 - частота качаний. Если поле H -ieeT горизонтальную компоненту Bjj, То мощность потерь энергии крутильных колебаний W составит величину

,iCr 0hp Ъ C Лi,()

где амплитуда крутильных колебаний. Для качвмий обротность

М g L р с

(3)

Qo,frr j-fiBuj

где М - масса рабочего тела} Ь - длина нити подвеса; § - ускорение силы тяжести. Для крутильных колебаний добротность:

ллеш р с

W

1 В

где 6. - длина пЛеч коромысла. Работа демпфера аффективна, если 941-10 , а масса тела цилиндра не превышает 0,1 М Пусть f 0,4

( 0,01 см. If 7 0,2 см. Тогда масса цилиндра,изготовленного из материала с удельной плотностью 8,5 г/см ( с учетом Верхней крышки) составит 710 Г. При Jj 25 см, М р,8г, В 500О Гс доброг. ность Q 1-Ю .время релаксации Г-г составит 318 сек. Мапштное поле такой напряженности можно получить в воздушном зазоре Магннтопровода. Радиальная компонента магнитного поля/ обусловленная ушнрением потока в воздушном зазоре при сов решении оси цнлнндра с центром полюсного йаконечннка, не влияет на крутильное дай- жение. Горизонтальная компонента Ц,В ( отклонения от вертикали) вызывви ет затухание крутильных колебаний. Дйя получения требуемого соотношения между

Q и iG|| необходимо, чтобы

h

шш.р

Л.-л/-г2g-i.q .

При изменений гравитационной постоянной требуются весы с периодом коле аннй 2000 сек с добротностью -Q, порядка :2 lO. в этом случае 61 не должно превышать 5-10 рад. Юстировкой положения кор пуса прибора можно свести d. к требуемой величине. Некоторые сложные 4язические эксперименты выгоднее проводить на всех весах с периодом 2-10 сек. В этом случае |требования к юстировке корпуса повышаются. Магнитный демпфер был испытан на длин нопериодныхкрутильных системах. Добротность iQ падала до 1 «Ю ,.при этом Д на отожженных 1В101афрамовых нитях сохранялась на уровне 1 10 . Формула изобретения Вакуумированные крутильные весы, : содержащие укрепленное на вертикальной нити подвеса рабочее тело в виде коромысти с грузами и зеркалом, размещенное в герметичном стеклянном корпусе, и магнитный Демпфер, -о т. л и ч а ю щи е с я. тем, что, с целью упрощения и-зМерений, по вышеиия сгабильносги работы и сохранет1я ее в течение времени релаксации весов, магнитный демпфер выполнен в виде подвошенного к рабочему телу на продолжении НИТИ подвеса тонкостенного цилиндра из (Немагнитного электропроводящего Ma«et3ia/i;i и укрепленной на дне корпуса системы, формирующей вертикальное магнитное поле и включающей в себя постоянный магнит, два отрезка магнитопровода с цилиндрическими полюсными наконечниками, имеющими осевое отверстие и зазор, в центре которого размещен на проходящей через осевое отверстие верхнего полюсного наконечника нити подвеса тонкостенный цилиндр. Источники информации, принятые во вннi-мание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. (Ц О1 V 7/О2, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР № 35392, кл. «i 01 V 7/02, 1930. Г 3. Проблемы гравитационных измерений Сб..сер. Б., вып. 1, М., ВНИИОФИ, 1971, с. 109. 4.Проблемы гравитационных излу« еннй, Сб. М., ВНИИФТРИ, 1974, с. 10О.