Устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) 09 а)а С О 1 ОПИСАНИЕ НИЯ АВТО ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ т(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕ ТУРНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБРА ЦОВ МАТЕРИАЛОВ, содержащее криоста размещенные в нем пассивный и актив ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Физико-технический инстиких температур АН УССР(56) Авторское свидетельствоУ 410286, кл. С 01. Н 3/18, 19 ный захваты для крепления образца ивыведенную из криостата тягу для при"ложения нагрузки к образцу, о т л и - э- ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности испытаний путемобеспечения высокоточного определения усилия, приложенного к образцу,оно снабжено установленным в криостате соосно с тягой сверхпроводящимкоаксиальным резонатором с центральными отверстиями в его торцовых стен- А- ках, а центральный проводник резонатора проходит через эти отверстия исоединен своим верхним концам с тягой, а нижним - с активным захватом.Ф1 1935Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройст-вам для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов,и может быть использвано для высокоточного определения таких механических свойств, как предел прочности,предел текучести, предел упругостии др.Цель изобретения - повышение точности испытаний путем обеспечениявысокоточного определения усилия,приложенного к образцу,На чертеже изображено устройстводля низкотемпературных механических 15испытаний образцов материалов,1Устройство содержит криостат 1,размещенные в нем опорную трубу 2,соосную опорной трубе 2 тягу 3, верх 20ний конец которой выведен из криостала 1 для присоединения к нагружающему механизму 1 не показан), пассивный 4 и активный 5 захваты для крепления образца 6, В опорной трубе 225соосно тяге 3 установлен сверхпроводящий коаксиальный резонатор 7 с коаксиальными линиями 8 и 9 связи,предназначенными для введения в резонатор 7 высокочастотных колебанийи связанными с системами возбужденияи регистрации резонансных колебаний(не показаны). Система регистрациидолжна содержать высокостабильныйперестраиваемый СВЧ генератор,осциллограф и индикатор амплитуды СВЧ 35сигнала. Центральный проводник 10резонатора 7 проходит через центральные отверстия, выполненные вторцовых стенках резонатора 7, и соединен своим верхним концом с тягой 403, а нижним - с активным захватом 5.Пассивный захват 4 соединен с опорной трубой 2. Для расширения диапазона измеряемых усилий центральныйпроводник 1 О резонатора 7 выполнен 45из материала с высоким пределом упругости, например из стали, а на поверхность проводника 10 электролитически нанесен тонкий слой свинцаили ниобия. Резонатор 7 выполнен из 50меди (латуни) с электролитически нанесенным слоем свинца, либо из ниобия. Для сохранения высоких эталонных качеств резонатора 7 и предотвращения изменения его добротности 55со временем, устройство может бытьснабжено вакуумным стаканом 11, закрепленным на опорной трубе 2 и ох 09 2ватывающим нижнюю часть опорной трубы 2 с резонатором 7, Добротность резонатора 7 составляет 10 - 1 О при температуре 4,2 К и растет с понижением температуры до 1 О . еУстройство работает следующим об. разом.Исследуемый образец 6 устанавливают в захватах 4 и 5. Пассивный эа. хват 4 жестко соединяют с опорной трубой 2, а активный захват 5 - с нижним концом центрального проводника 10 резонатора 7. Последний уста-. навливают в опорной трубе 2, проводя центральный проводник 10 через отверстия в его торцовых стенках, Верхний конец центрального проводника 10 соединяют с тягой 3. На нижнюю часть опорной трубы 2 с размещенными в ней резонатором 7 и захватами 4 и 5 с исследуемым образцом 6 надевают вакуумный стакан 11, Собранные таким образом элементы помещают в криостат 1, при этом верхний конец тяги 3 и коаксиальные линии 8 и 9 связи выводят из криостата для соединения с нагружающим механизмом и системой возбуждения и регистрации резонансных колебаний соответственно. После предварительной откачки до 10 мм рт.ст. (1 О Па) криостата 1 в негО заливают жидкий азот и жидкий гелий. При температуре жидкого гелия резонатор 7 находится в сверхпроводящем состоянии, С помощью системы возбуждения в резонаторе 7 возбуждают электромагнитные колебания типа Нд с длиной волны 3 =3 см. Реэонанская частота Г коаксиального резонатора при возбуждении колебаний этого типа связана с его геометрическими размерами соотношением: где с - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме С = 2,997925, 1 О м/с);7 = 3,1416;д - диаметр центрального проводника 10, м;1 - высота рабочей полости резонатора 7, м;Ы - корень трансцендентного уравнения, описывающего распределение электромагнитных колебаний в полости резонатора 7, зависящий от соотноше(6) Составитель Г.АлеховРедактор П.Коссей ТехредМ.Пароцай Корректор Е,рошко Заказ 7307/44 Тираж 896 . ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская иаб., д. 4/5ИВ Вм Филиал ПЛП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ния внутреннего диаметра резонатора 7 и диаметра й центрального проводника 10Из формулы 1) следует связь между диаметром а центрального проводника 1 О и резонансной частотой а:) ---(2) При включении нагружающего механизма усилие передается последовательно тяге 3, центральному проводнику О резонатора 7 и, наконец, исследуемому образцу 6. Это усилие вызывает упругую деформацию центрального проводника 10, проявляющуюся, в частности, в уменьшении его диаметра о, Вследствие уменьшения диаметра а центрального проводника резонатора 7 изменяется его резонансная частота Г, что фиксируется системой регистрации резонансных колебаний. Измеряя резонансную .частоту Е резонатора 7, определяют диаметр д центрального проводника О (по формуле (2и определяют деформацию 1, центгального проводника О в направлении, перпендикулярном его осигде а, - исходное значение диаметрацентрального проводника 10.В упругой области деформация Е вдоль оси цилиндрического стержня центрального проводника 10) связана с поперечной деформацией с 1 по известному закону через коэффициент Пуассона Величина действующей на центральный проводник О силы, растягива-щей его, по закону Гука равнаР = Е 3"Е, (5)где Е - модуль упругости материалацентрального проводника 10;1 О б - площадь поперечного сеченияцентрального проводника10, мОпределив по резонансной. частотеГ величину упругой деформации центрального проводника 10 и воспользовавшись соотношениями (4) и 5), определяют величину усилия Р, вызвавшего эту деформацию На практике для быстрого определения усилия по резонансной частоте 25Х предварительно строят градуировоч-ную кривую центрального проводника1 О с заданными о Ь, Я Е н 11Относительная погрешность измерения деформации центрального проводника 1 О определяется точностью измерения резонансной частотыАС 3 ЬГФ Ка г ф где К 1,В диапазоне нагрузок 0-200 кГ от 35 носительная погрешность определенияусилия составляет 10 - 10 . С пони.жением температуры вследствие увеличения добротности резонатора 7 точность измерения усилия возоастает.