Вакуумные микровесы Советский патент 1980 года по МПК G01G1/40 

(54) ВАКУУМНЫЕ МИКРОВЕСЫ

1

Изобретение относится к гравиметрии и может быть использойано при микрогравиметрических исследованиях в физике твердого тела, химии, металлургии.

Известны вакуумные микровесы Гулбрансена, содержащие вакуумированный стеклянный корпус, в котором на вольфрамовой опоре разм€1тено квар цевое коромысло, связанное через нити подвеса с контргрузом и исследуемым образцом, в которых измерение веса исследуемого образца, менякяцего вес под действием физико-химических превращений, осуществляется по откло-15 нению коромысла весов от начального положения tl.

Недостатком известных весов является их невысокая точность, обусловленная сложностью калибровки и не- 20 надежностью метода контроля отклонения коромысла.

Наиболее близкими по технической сущности являются электромагнитные вакуумные весы, содержащие кварцевый 25 вакуумированный корпус с коромыслом, снабженным обмоткой и размещенным на упругом ленточном подвесе, установленным в зоне действия постоянного магнита и катушки подмагничивания, 30

причем на каждом плече короьалсла закреплена нить, первая из которых связана с противовесом, а свободный конец второй размвцен в термостате для подвеса испытуемого образца {2J.

Однако такие весы, несмотря на .их удовлетворительную точность, иметот невысокую помехозащищенность в работе при давлениях Ю - 10 мм рт.ст., обусловленную действием термокюлекулярных потоков, вызывгиощйх кажущееся изменение массы, устраняелюе на практике строгой идентификацией выполнения Нитей подвеса, противовеса и исследуемого образца, тщательным териюстатированием с точностью порядка +0, и т.п.

Цель изобретений - повьшение точности за счет иcкJlqчeния в/шяния на результаты измерений действия тёрмомолекулярных потоков.

Цель достигается тем, что плечо коромысла, связанное с противовесом снабжено размещенной в одной плоскости с осью качания весовслюдяной пластиной, выполненной с поверхностями разной степени черноты и установленной в дополнительном термостате, закрепление на корпусе весов.

На чертеже схематически показаны вакуумные микровесы.

Весы, содержат кварцевый корпус 1, вакуумируемый через патрубок 2 и снабженный шлифами 3 для подсоединения сменных колб 4 и 5, в которых размещены соответственно противовес 6 и исследуемый образец 7, связанные через нити подвеса 8 с коромыслом 9, укрепленном на упругом ленточном подвесе 10 и снабженном обмоткой 11, находящейся внутри катушки подмагничивания 12 в зоне действия постоянного магнита 13, Колба 5 с образцом 7 noMemeHa в термостат 14, а слюдяная пластина 15, связанная с коромыслом 9, расположена в термостате 16. Нижняя поверхность слюдяной пластины 15 зачернена, а верхняя - покрыта слоей напыленного алюминия и полирована до степени черноты порядка 0,08-0,12. До начала взвёшйййнйя калиёров- ка микровесов, компенсирующая погретности от радиометрических сил, вызываемых термомолекулярными потоками, и заключающаяся в том, что к нитям подвеса 8 прикрепляют противовес 6 и идентичный по геометрическим и весовым параметрам исследуемому образцу 7 макетный образец. Затем, в соответствии с температурными режимами процесса, измерения, изменяют температуру термостата 14, изменяя и регистрируя ту температуру термостата 16, при которой коромысло 9 занимает строго горизонтальное положение, что соответствует отсутствию тока в обмотке 11 коромысла 9.

Посколькупри нарушении перпендикулярности катушки подмагничивания и обмотки коромысла весов , возникающий при изменении веса исследуемого образца, высокочастотный ток, проходящий через катушку подмагничивания изменяет свое значение, изменение значения тока катушки подмагничива:ния усиливается и подается на обмотку корсзмысла, которое полем постоянного магнитна возвращается в исходное положение. При этом радиометрические силы, действующие на систему подвеса, компенсируются радиометрическими силами, возникающими из-за разности температур черненой и полированной поверхностей слюдяной пластины 15. Таким образом, находится тарировочная зависимость температуры термостата 16 от темперйТУрй тёрмостата 14 для нулевого положения коромысла 9, учитывающая кажущуюся потерю веса от радиометрических сил. Весы работают следующим образом. ,1Цля проведения процесса вовеш ;;ванШШкётный ЪбразецэаменяетЪя исследуемым образцом 7, включается термостат 14, в термостате 16, в соответствии с найден.ной зависимостью поддерживается определенная температура, катушка подмагничивания 12 запитывается высокочастотным током, изменяющим свое значение при потере Веса исследуемым образцом 7 и воздействующим на обмотку 11 коромысла 9, постоянный ток которой, возникающий при возвращении коромысла 9 полем постоянного магнита 13 в исходное положение, является мерой потери веса исследуемого образца 7.

Таким образом, установка на коромысле дополнительной слюдяной пластины, Обеспечивающей появление компенсирующих радиометрических сил того же порядка величины, что и радиометрические силы, вызывающие кажущееся изменение веса, позволит снизить требования к точности изготовления системы подвески, к точности термостатирования и,в конечном счете повысит помехозащищенность весов от термомолекулярных потоков, возникающих из-за разницы температур отт дельных элементов конструкции весов. При микровзвешивании при криогенных температурах, термостаты заменяются сосудами Дьюара, а слюдяная пластина устанавливается черненой стороной вверх, при этом процесс компенсации радиометрических сил останется неизменным.

Формула изобретения

, . t

Вакуумные микровесы, содержащие кварцевый вакуумируемый корпус с кормыслом, снабженным обмоткой и размещенным на упругом ленточном подвесе, установленном в зоне действия постоянного магнита и катушки подмагничивния, причем на каждом плече коромысл закреплена нить, первая из которых связана с противовесом, а свободный конец второй размещен в термостате для подвеса испытуемого образца, о тл и ч а ю щ и е с я тем, что, с цель повышения точности за счет исключени влияния на результаты измерений действия термомолекулярных потоков, плечо коромысла, связанное с противовесом, снабжено размещенной в одной плоскости с осью качания весов слюдяной пластиной, выполненной с поверхностями разной степени черноты и установленной в дополнительном термостате, закрепленном на корпусе весов

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Robens В. Fluctuations of vacuum microbalance readings Vacuum. 1971, 21, № 7, p. 265-267, Пер. экспресс-информация, Вакуумная техника, 1972, ВИНИТИ, № 4, с. 31 (прототип) .