Прибор для измерения небольших перемещений
Класс 42Ь, 12„
А 55О59
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ, ВЫДАННОМУ НАРОДНЫМ КОМИССАРИАТОМ ОБОРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Зарегистрировано в Бюро изобретений Госплана при С
11 1
В. И. Орлов.
Прибор для измерения небольших пе
Заявлено 8 ноября 1937 года за И 3427.
Опубликовано 30 нюня 1939 года.
Предлагаемое изобретение касается электрического прибора для измерения .небольших перемещений, основанного на изменении падающего на фотоэлемент количества света.
Согласно изобретению, экраном для светового луча служит тонкий слой непрозрачной жидкости, помещенной между прозрачными пластинками, одна из которых укреплена с возможностью перемещения таким образом, чтобы изменялась толщина слоя жидкости, а с нею и величина пропускающего свет отверстия.
Схема прибора изображена на прилагаемом чертеже, на котором фиг. 1 изображает поперечный разрез прибора и фиг. 2 — вид сверху прозрачной пластинки.
На чертеже имеются следующие обозначения: 1 — прозрачные пластинки, 2 — ртуть, 3 в фотоэлемент, 4 — гальванометр, 5 †лам накаливания, 6 †лин, 7 †пузыр воздуха, 8 †отверст для выхода воздуха, .0 †резинов прокладки и 10 †метал.лическая обойма.
На пути пучка света, падающего от источника 5 на фотоэлемент 3, установлены стеклянные пластинки 1, между которыми помещена капля непрозрачной жидкости, например, ртути. Пластинкам удобно придать форму частей двух концентрических сферических поверхностей. Тогда получается устройство, представляющее собой своеобразную жидкосгную диафрагму, площадь раба.его отверстия которой зависит от расстояния между пластинками. Площади отверстия пропорционален фототок, измеряемый гальванометром 4.
С помощью линзы 6 можно сконцентрировать свет в узкий пучок; тогда незначительные изменения отверстия диафрагмы будут резко сказываться на величине фототока. Если применить в качестве источника света лампочку от карманного фонаря и взять селеновый фотоэлемент, то прибор получится весьма. компактным.
Очевидно, что при изменении расстояния между пластинками 1 на Л, жидкость из объема Fdo (F — поверхность соприкосновения капли ртути с пластинками) вытеснится в объем
5dF, так как бесконечно малыми высшего порядка можно пренебречь.
При этом полный объем жидкости остается неизменным, следовательно
РЖ = ЫР, откуда
dF F сй о
Если Р ввееллииккоо, à 8 мало, произdF водная —. может принимать очень
dn большие значения. Это значит, что, с уменьшением 8, F будет черезвычайно быстро расти. Таким образом, незначительные изменения линейных величин могут быть преобразованы в значительные изменения площади.
Для описанного прибора
F к (Ra- — r- ), а следовательно, dF гг (Rã — уг)
d6
Если положить R = 50 мм, r = 5 мм, 8=0,1 мм, то — (2 ОО ж) з 14 — 7 000 лл
O l лл
Температурное расширение ртути мало влияет на показания прибора.
Приращение объема ртути Vo, âñëåäствие повышения температуры на dT
0dF Ьуо 1 йТ следовательно о — =- — — = F)
dT o
Коэфициент объемного расширения ртути ) = 0,00018, поэтому
dF ллг
dT rpag.
Вследствие того, что боковая поверхность капли ртути, расплющенной между пластинками, имеет небольшой радиус кривизны, возникают значительные силы поверхностного натяжения, сжимающие объем ртути и стремящиеся раздвинуть пластины.
Силы поверхностного натяжения, возникающие в искривленных частях поверхности жидкости, определяются формулой Лапласа: где я — коэфициеит поверхностного натяжения жидкости, r= — — радиус кривизны.
Это давление, согласно закону Паскаля, распределяется равномерно по всей поверхности жидкости.
Поэтому сила, ра сталкивающая пластины, определится:
2а 2х (Я г — у2) и для ртути а= 490 сл
При R =50 мм, 6 = 0,1 мм,.
Р=2,5 кг.
Такая сила будет противодействовать сближению пластин, а потому ее необходимо компенсировать с помощью пружины или посредством утяжеления верхней пластины. Сила эта будет непрерывно возрастать при сближении пластин. Приращение силы при сближении на 4о, очевидно, бу- дет равно
4P== — — —, Ьо.
2а F о-
Расчет приводит к выводу, что отверстие жидкостной диафрагмы фотоэлектрического прибора наполовину закроется уже при перемещении пластинок на 0,0005 мм. При этом противодействующая сила возрастет всего лишь на 12,5 г, что вполне приемлемо.
Предмет изобретения.
Прибор для измерения небольших перемещений путем экранирования светового луча, падающего на фотоэлемент, отличающийся тем, что экраном служит тонкий слой непрозрачной жидкости, помещенный между прозрачными пластинками, одна из которых укреплена с возможностью перемещения таким образом, чтобы изменялась толщина слоя непрозрач-ной жидкости, а с нею и величина пропускающего свет отверстия.
