Вакуумированные крутильные весы

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиин

Социалистических

Республик (11) 569989 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено03.05.76 (21) 2355574/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Е (5l) M. Кл.

Я 01! Ч 7/10

Гвсурврственный нвмнтет

Совете Мнннстрав СССР а денни наабретеннй н аткрытнй (43) Опублнковаяо 25.08.77рюллетень № 31 (53) УДК 550.880 (088. 8) (4б) Дата опубликования описания 20.09.77

В. П, Измайлов, О, В. Карагиоэ, О. В. Петров и А. A. Силин

{72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ВАКУУМИРОВАННЫЕ КРУТИЛЪНЫЕ ВЕСЫ

Изобретение относится к области метрологии, точнее к вакуумированным крутильным весам, и может быть использовано прн определении гравитационной постоянной, разработке полевых и морских вариометров, про- 5 верке принципа эквивалентности, исследовании взаимодействия света с вешеством, измерении внутреннего трения в нитях на низких частотах в широком интервале температурр- 10

Известны конструкции гравитационненх вариометров с магнитным демпфером Щ2).

Однако они не нашли практического применения иэ-за внесения в крутильную систему магнитной жесткости, сложности конструк- II ции и невысокой эффективности. Конвекционные потоки воздуха ограничивают стабильность=всех невакуумированных варяометров.

Вакуум защищает весы от газовых пото- N ков, повышает стабильность и время релаксации колебаний, при этом возникает проблема гашения энергии качаний, которые существенно влиякт на основное крутильное дви женя е. М

В вакуумированных весах гашение качаний:,проводится механическим стопором, к которому притягивается электрическим полем коромысло(31 .

В таком устройстве, однако, наблюдается эффект эалипания коромысла после выключения электрического поля, возникновение качаний малой амплитуды пря отрыве коромысла от стопора, ограничение стопором кругового движения коромысла, отсутствие гашения качаний в процессе работъ1.

Известны также весы, содержащие коромысло с грузами н зеркалом, подвешенное на вертикальной нити, размещенное в герме.тичном стеклянном корпусе, качания в которых гасятся магнитом, расположенным вбли»

:зи одного из грузов коромысла 4). В корпус весов не вваривается стопор, коромысло может поворачиваться на полный оборот, что ,необходимо при отнмге нити подвеса током высокой частоты, после удаления магнита работоспособность весов восстанавливается.

1Лелью изобретения является осуществление непрерывного гашения качаний, упрощение про. цесса и.-мерений, повышение помехоустой569989 ивости, стабильности и сохранения ее в течение времени релаксации весов.

Это достигается тем, что магни-ный демпфер выполнен в виде подвешенного к рабочему телу на продолжении нити подвеса тонкостенного цилиндра из немагнитного электропроводящего материала и укрепленной на дне корпуса весов системы, формирующей вертикальное магнитное поле и включающей в себя постоянный магнит, два отрезка „1О магнитопровода с цилиндрическими полюсны1 ми, наконечниками, имеющими осевое отверстие и зазор, в центре которого размещен на проходящей через осевое отверстие верхнего полюсного наконечника нити подвеса упомянутый тонкостенный цилиндр.

На чертеже изорражена принципиальная .конструктивная схема предлагаемых вакууМированных весов.

Она содержит стеклянный корпус 1, верх-цо ний узел 2 крепления нити, нить 3 подвеса, нижний узел 4 крепления нити, коромысла и зеркала, коромысло 5, груз Р коромысла, зеркало 7, тонкостенный ма-нит 8, nocromный магнит 9, отрезки магнитопровода 10 2s 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 проз-ф0 рачной пленкой двуокиси олова, размещаются крутильные весы с магнитным демпфером и с помощью насоса ПНЭ-1 и ионизационно- го манометра ЛМ-2 создается .вакуум

«ф порядка 1 10 тор. (Для простоты рассматф5 риваются весы Кулона-Кавендиша, в принципе можно взять любую крутильную систе1му}. В узле 2 крепления крепится конец нйти.3 подвеса. С помощью нижнего узла

4 крепления к нити 3 подвешено коромыс- 0 ло 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 иэ электропроводящего немагнитного материала. (5

Постоянный магнит 9 с отрезками магнитопроводв 10 и воздушным зазором 11 образуют магнитную систему, создающую сильное вертикальное магнитное поле, пронизывающее цилиндр 8. Билиндрические наконечни- В ки отрезков магнитопровода имеют осевое отверстие 12 и узкую щель 13, предназначенную для заправки нити 3 в отверстие 12

Магнитная система составляет совместно с подвешенным в центре воздушного зазора S5

11 тонкостенным цилиндром 8 магнитный демпфер, предназначенный для гашения энергии качений весов.

Качания рабочего гела весов через нить передаются нв тонкостенный цилиндр. Мош- 60 ность потерь, рассеиваемая таким цилиндром, при усреднении за период качаний в гауссовой системе единиц равна: .1

Р =О,>F1 6"Hp В С Ч со, д - радиус цилиндра; б - толщини его стенки; И - его длина; р - удельное сопротивление материала;

В - индукция магнитного поля, направленная вдоль оси цилиндра;

С - скорость света;

$ — амплитуда угла качаний цилиндра;

Ю - частота качаний.

Если поле имеет горизонтальную компоненту В, то мощность потерь энергии крутильных колебаний q составит величину

Р=О, YI О"Ир В1С Ч, „(P„) где Ч,- амплитуда крутильных колебаний.

Для квчаний уобротность где где М - масса рабочего тела;

4 - длина нити подвеса; ф - ускорение силы тяжести, Для кр1 тильных колебаний добротность:

МЕ ae„P С к еЪВ ()

rae 6 - длина плеч коромысла, Работа де«пфера эффективна, если

941 10, Q„>1 10, а масса тела циф линдрв не превышает 0,1 М, Пусть =0,4см, Р = 0,01 см, Э =. 0,2 см. Тогда масса цилиндра изготовленного из материала с удельной плотностью 8,5 г/см (с учетом з верхней крышки) составит 7 10 Г. При

Й =25 см, М 0,8г, В =5000 Гс доброт з. бт ность Q 1 10, время релаксации Г"составит 318 сек. Магнитное поле твьой напряженности можно получить в воздушном зазоре мвгнитопровода. Радиальная компонента магнитного поляф обусловленная уширением потока в воздушном зазоре, при сов вмещении оси цилиндра с центром полюсного наконечника, не влияет íà крутильное движение. Горизонтальная компонента Ц,=В4 (Ф óÅîà отклонения от вертикали) вызывв ет затухание крутильных колебаний, Дйя. получения требуемого соотношения между

Я и El необходимо, чтобы 2ина,q

2fl,Ц, При изменении гравитационной постоянной требуются весы с периодом коле фаний

2000 сек с добротностью Q порядка

5699R9

;2 10 . В эуом случае Ы. не должно превышать 5 10 рад. Юстировкой положения корпуса прибора можно свести Ы. к требуемой величине. Некоторые сложные физические аксперименгы выгоднее проводить на всех

Дф весах с периодом 2 10 сек. В этом слу1 чае:требования к юсгировке корпуса повышаются.

Магнитный демпфер был испытан на длин о нопериодных" крутильных системах. Добротность:Ц падала до 1 10,.при агом Ц на

Ъ отожженныхэ ольфрамовых нитях сохранялась на уровне 1 10 .

Формула изобреrения

Вакуумированные крутильные весы

;содержащие укрепленное на вертикальной нити подвеса рабочее тело в виде коромысла с грузами и зеркалом, размещенное в герметичном стеклянном корпусе, и магнитный демпфер, "о т.л и ч а ю щ и е с и ес я..р тем, что, с целью упрощения изМерений, по.вьпнения стабильности рабогы и сохранения ее в течение времени релаксации весов, магнитный демпфер выполнен в виде подвешенного к рабочему телу на продолжении ниги1 подвеса тонкостенного цилиндра пз

:,немагнигного электропроводящего мааериало 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 вни мание при экспертизе .

1. Авторское свидетельство СССР

Nâ 30355, кл. 9 Ol V 7/02, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

No 35392, кл. Q 01 Ч 7/02, 1930.

3. Проблемы гравитационных йзмерений ,Сб. сер. Б., вып. 1, М., ВНИИОФИ, 1971, с. 109.

4.Проблемы гравитационных излучений, Сб. М., ВНИИФТРИ, 1974, с. 100.

569989

17

Составитель А„Чупрунова

Редактор Д. Пинчук Техред А. демьянова Корректор С. К)дченко

Заказ 3047/39 Тираж 717 Подписное

ЦНИИПИ Государственного sîìèòåòà Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытт:й

) 1 ". 5, Москва, Ж 35, Раушскаа наб„д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4