Устройство для измерения физических свойств материалов при низких температурах

 

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 магнитоэлeкtpичecкoro пр'еобразрвателя 12, определяют температуру фазового перехода контролируемого рбьекта в сверхпроводящее состояние. 2 ил.ел СФае.^«•^^t сх>&VI

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4764693/28 (22) 05.12,89 (46) 23;02.92. Бюл. N. 7 (71) Научно-производственное объединение

"Монокристаллреактив" (72) .В.Я. Маликов, Ю.П. Белогуров, П, Е. Стадник, Б.Л, Таман и Л.А. Коток . (53) 620.179.16(088.8) (56) Лебедев А,Б., Кустов С.Б., Кардащев Б,К. Акустооптический зффект при активном деформировании и ползучести алюминия,—

ФТТ, 1987; т. 29, вып. 12; с. 3563-3569.

Авторское свидетельство СССР и 1576598, кл. G 01 N 29/00, 1989, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИ.ЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ ПРИ

НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ ьЯЛ 1714487 А1 (я)5 . 6 01 N 29/00, Н 01 В 12/00 (57) Изобретение относится к устройствам дла измерения температурных .зависимостей физических свойств материалов акустическим методом. Целью изобретения является повышение точности измерений. В процессе вытягивания штока 6 с контролируемым объектом 9 из градиентного стакана

10 измеряют собственную резонансную частоту колебаний акустической системы (шток с контролируемым обьектом) и определяют изменения модуля упругости и скорости звуica в заданном диапазоне температур. По изменению ЭДС, наведенной в индукционной катушке 7 магнитоэлектрического преобразователя 12, определяют температуру фазового перехода контролируемого объекта в сверхпроводящее состояние; 2 ил, 17144е7

Изобретение относится к устройствам для измерения низкотемпературных зависимостей физических свойс в материалов акустическим методом.

Известно устройство, состоящее из усилителя 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 к входу усилителя, .

Исследование физических свойств,высокотемпературных сверхпроводниковых 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 чувствительность и стабильность измеряемого параметра, обусловленные высокой теплопроводностью штока-вибратора, выполненного иэ латунной проволоки, и нелинейностью температурного градиента в пространстве 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 шток, усилитель. выход которого соединен с преобразователем, и катушку индуктивности, индуктивно связанную со штоком и подключенную к входу усилителя, снабжено стаканом и магнитоэлектрическим преОбразователем, установленными таким образом, что магнитозлектрический преобразователь и предназначенный для закрепления контрЬлируемаго объекта конец штока размещены внутри стакана, стакан выполнен из материала, теплопроводность которого не менее чем в 2 раза больше теплоправодности материала штока {например, плавленый или кристаллический кварц, сталь, латунь, алюминий, медь, стеклокрон, г дубовое дерево), шток выполнен из материала, скорость распространения в котором продольных звуковых колебаний не менее

5000 мlc. а акустический преобразователь

5 связан с мембраной через воздушный промежуток.

На фиг, 1 представлено устройство для измерения физических свойств материалов; на фиг. 2 — график зависимости квадрата

10 частоты от температуры образца высокотемпературного сверхпроводникового материала.

Устройство состоит из усилителя 1 электрических колебаний, измерителей 2 и 3 ам15 плитуды и частоты соответственно, акустического преобразователя 4, мембра ны 5, штока 6, индукционной катушки 7, / магнита 8, контролируемого объекта,9, градиентного стакана 10, сосуда 11 Дьюара с

20 азотом и магнитоэлектрического преобразователя 12, Акустический преобразователь 4, подключенный своей обмоткой к выходу усилителя 1 электрических колебаний, 25 преобразует электрический сигнал в звуко-. вые колебания и через воздушный промежуток, мембрану 5 и шток 6 воздействует на контролируемый объект 9. Со штоком 6 индуктивио связана индукционная катушка 7, 30 которая своим выходом подключена к входу усилителя 1 электрических колебаний. Таким образом замыкается петля положительной обратной связи, обеспечивающей поддержание колебаний акустической си35 стемы.(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 со40 ответственно. Зная собственную резонанс-. ную частоту F колебаний акустической системы и.длину штока с контролируемым объектом, можно определить модуль упру45 гости Е и скорость звука У вЂ” "- иэ соотношения,, Р

1 Е

2zrL р

50 где р- плотность материала.

С контролируемым объектом 9 индуктивно связана обмотка магнитоэлектрического преобразователя 12. При переходе образца в сверхпроводящее состояние и

55 при его колебании в поле магнита в индукционной катушке наводится ток, фиксирующий это состояние. Для сбора и обработки полученной информации сигнал с выхода измерителя частоты в виде двоично-десяти) 171448 чного кода поступает на микро-38M(не по- ка и построение зависимости резонансной казана). частоты от температуры осуществлялись с

Исследование физических свойств вы- помощью ПЭКВМ типа "Искра-226M". При сокотемпературных сверхпроводящих ма- этом проводились измерения квадрата частериалов проводилось в парах азота при 5 тоты(величины,пропорциональноймодулю вытягивании контролируемого объекта 9 из упругости) температуры фазового перехода градиентного стакана 10 путем механиче- контролируемого объекта в сверхпроводяского перемещения сосуда 11 Дьюара со щее состояние и момента появления (исчезскоростью 30 мм/ч в диапазоне температур - новения) сигнала ЭДС, наведенного в

80-120 К.. 10 обмотке магнитоэлектрического преобразоИз графика на фиг. 2 видно, что в про- вателя. межутке температур 89-92 К наблюдаются Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я явно выраженные аномалии, имеющие мес-:, устройство для измерения физических то при.фазовых переходах в контролируе- . свойств материалов при низкихтемператумых объектах, причем производная 15 рах, содержащее акустический преобразоквадрата частоты от температуры дважды ватель, акустически связанные. с ним и меняет знак на противоположный. между собой мембрану и предназначенный

На нижний конец штока 6, выполненно- дпл закрепления контролируемого объекта го из деревянного стержня, приклеивался с: шток, усилитель, выход которого соединен помощью специального состава {мелкодис- 20 с преобразователем, и катушку индуктивноперсный неотожжеиный тальк с кремнийор- . -сти, индуктивно связанную со штоком и подганическим маслом, взятые в массовом ключенную к входу усилителя, о т л и ч а юсоотношении2;1) контролируемый объект9 щ е е с я тем, что, с целью повышения

{высокотемпературная.сверхпроводящая точности измерений, оно снабжено стакакерамика УВа СозО7-x). 8 процессе вытяп - 25 ном и магнитоэлектрическим преобразовавания контролируемого объекта 9 иэ гради- . телем, установленным таким образом, что ентного стакана 10, выполненного из магнитоэлектрический преобразователь и латуни, измерялись изменения темпера- предназначенный для закрепления контрртуры с помощью медьконстантановой лируемого объекта конец штока размещены термопары {не показана) и собственная 30 внутристакана.стакан выполнен изматерирезонансная частота составного вибратора ала, теплопроводность которого не менее (шток 6 с образцом 9) с помощью цифрового чем 8 2 раза больше теплопроводности мачастотомера типа ЧЗ-35А в режиме измере- . териала штока, шток выполнен из материания длительности импульсов с погрещно- ла:, скорость распространения в котором стью измерения не более 0,1 . Измерения 35 продольных звуковых колебаний не менее температуры и резонансной частоты прово- 5000 м/с, а акустический преобразователь дились каждые 3 с, опрос на проведение . связан с мембраной через воздушный произмерений, прием информации, ее обработ- межуток, 1714487

2.9000

Составитель С.К иочкова

Редактор О.Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор T.Màëàö

Зака-э 688 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035; Москва, Ж-35, Раушскаю наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1Q1