Крутильные весы

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22 Заявлено 1306.77(21) 24 96246/18-25с присоединением заявки Но(51)М. Кл. С 01 Ч 7/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) КРУТИЛЬНЫЕ ВЕСЫ Изобретение относится к метрологиии может быть использовано при определении. гравитационной постоянной,разработке гравитационных вариаметров, исследовании взаимодействия света с веществом,Известны крутильные весы в формерычага с грузами на концах, подвешен-.ного с помощью крутильной нити 11,(2 Им свойственен высокий уровейьпогрешностей при измерении, вызываемых в частности, конвективными движениями воздуха, возникающими при изменении температруы.Известны также крутильные весы,содержащие коромысло с грузами и зеркалом, подвешенное с помощью крутильной нити в вакуумированном корпусе 31Целью изобретения является уменьшение температурной погрешности приизмерениях.Для достижения этого в крутильныхвесах установлено термокомпенсирующее устройство, выполненное в Формемассивного тела, укрепленного на кон. це стержня, который расположен вдольлинии равновесия коромысла исоединен с корпусом посредством регулято,ра положения и длины стержня; крометого последний выполнен в форме штатива, снабженного стодорными иходовыми винтами и кареткой.На чертеже изображена схемакрутильных весов5Предлагаемые крутильные весысодержат коромысла 1 с грузами 2 и3, подвешенное в вакуумированномкорпусе 4 на крутильной нити 5, итермокомпенсирующее устройство, содержащее массивное тело б, укрепленное на конце температурочувствительного стержня 7Последний выполнен,например, из оргстекла, фторопластаили эбонита, и установленного вдоль 15 линии равновесия коромысла 1. Другойконец стержня 7 Фиксируется во втулке 8 стопорящим винтом 9. Стойка 10соединяет втулку 8, зафиксированнуювинтом 11 с кареткой 12, насаженной 20 на ходовой винт 13 и расположеннойвнутри направляющего цилиндра 14.Стойка 10 проходит через сквознойнаправляющий паэ цилиндра 14 и вместе с кареткой 12 может перемешаться 25 без вращения в пределах этого пазатолько в осевом направлении цилиндра 14. Кодовой винт 13 закреплен вовнутреннем кольце подшипника 15,Фланец 16 прижимает наружное кольцо 30 подшипника 15 к цилиндру 14, стопор 6 93323ная гайка 17 фиксирует внутреннеекольцо подшипника 15. На ходовом винте 13 укреплен маховик 18 тонкой настройки температурной компенсации,Штатив 19, соединенный с направляющимцилиндром 14, укреплен на корпусе 4. 5Штатив 19, цилиндр 14 с кареткой12 и втулка 8 с винтом 9 служат в качестве механического регулятора положения и длины стержня 7.При измерениях с помощью данных Окрутильных весов изучаемой величины,например постоянной тяготения , в качестве меры могут быть использованылибо период Т колебаний коромысла.(динамический режим), либо отклонение 5коромысла 1 от исходного положенияравновесия (статический режим). Обаэти параметра определяются размерамикрутильных весов и крутильной жесткостью Х нити 5. Однако известно,что и размеры, и жесткость изменяютсявместе с изменением температуры.для компенсации этого вредноготемпературного влияния служит массивиое тело б, которое добавляет к крутильной жесткости нити 5 подвесагравитационную жесткость, равную (прималых амплитудных крутильных колебаний)Ъ"п МЕЕ гсе,-вэ ЗОгде Х 1 -гравитационная жесткостьщ,М - масса грузов 2 или 3 и массатела б соответственно;В, В - расстояние от оси вращенияКоромысла 1 до центров масс грузов 352,3 и тела б соответственно,Стержень 7, коэффициент линейногорасширения которого значительно превосходит коэффициент линейного расширения 64 материала коромысла 1, приколебаниях температуры перемещает телоб вдоль линии равновесия коромысла 1.При этом изменяется расстояние а=2,-2,что обуславливает (при 31,) а) согласно формуле (1) температурный коэффициент с гравитационной жесткости,равный(х)огде а(,- длина участка стержня 7 отстопорящего винта 9 до конца, несущего тело б,При Х 4 Х температурная погрешность крутильных весов в динамическом режиме работы при изменении температуры на 1"С составит величину 55где ьТ - изменение периода колебанийкоромысла 1 при изменениитемпературы на 1 С; 6 Од. - температурный коэффициентЯмодуля упругости материаланити 5 подвеса;с(. - коэФфициент линейного расширения материала нити 5. 65 Из Формулы (3) видно, что для достижения температурной компенсациивесов необходимо, чтобы первый членправой части был равен сумме трехостальных членов. У вольфрамовойнити подвеса сс(сС . Если изготовитькоромысло из легких немагнитных материалов (кварц стекло, ситал) с малым коз ффициен том л иней но го расширения (4., то из выражений (2) и (3)получаем уравнение температурнойкомпенсации в видес х г)3 д хПри условии с 4 уравнение (4)справедливо и для статического режима работы весов.Из уравнения (4) следует, что температурная погрешность весов можетбыть сведена к минимуму выбором длины Ь стержня 7 (грубая компенсация)с последующей настройкой расстояния,а между взаимодействующими массами3 и б с помощью маховика 18.ПУсть в-0,1, что легко обеспечитьХдня весов с.ТЭ 2 10 С, а -2 см. с(. -1;10.Тогда для обеспечения температурнойкомпенсации потребуется стерженьдлиной 1=4,4 см. Если Х,104 ССБ,гсм, вг, то для получениях,-5,10 "СОЯ тело б должно иметь массу Мг (радиус тела б при плотности 8,5 гсмсоставит 1,1 см).Такую массу можно разместить так,чтобы аю 2 см,После отжига нити 5 подвеса токомвысокой частоты, когда в ней снимаются внутренние напряжения, устраняет=ся дрейф нуль-пункта и устанавливаетсяокончательное положение равновесиякоромысла 1, тело б вместе со стержнем 7 устанавливается на линии равновесия коромысла 1. Критерием правильности такой установки является равенство между интервалами времени, втечение которых движущееся коромыслонаходится по разные стороны от начального положения равновесия,Предложенные крутильные весы обеспечивают уменьшение температурнойпогрешности, обусловленной в основном термоэластическим коэффициентомвольФрамовой нити подвеса(с(-б,б.10 ), примерно, на двапорядка. Следовательно, погрешностьЖ на 1 С составит величину 4.10ТПри наличии оптимальной геометриии магнитного демпфирования качанийтакие весы обеспечат проведениеметрологических измерений в обычныхлабораторных условиях. Точностьопределения гравитационной постояннойна длиннопериодных вакуумированныхвесах может составить 10 . Погреш 4ность измерений у полевых гравитационных вариометров, изготовленных набазе предлагаемых крутильных весов,понизится до сотых долей ответа.б 93323 Ю.Евдокирова ставител хреДЛ, Ал Корр ектШа актор Е Тираж 688 Государственною комитета елам изобретений и открытий Жооква Ж, Раушская набаказ 63 д.4/5 П Патентф, г.Ужгород, ул.Проектная,4 ил Формула изобретения 1, Крутильные весы, содержащие коромысло с грузами и зеркалами, подвешенное с помощью крутильной нити в вакуумированном корпусе, о т л ич а ю щ и е с я тем, что, с целью уменьшения температурной погрешностипри измерениях,в них установлено термокомпенсирующее устройство, вйполненное в форме массивного тела, укрепленного на конце стержня, который расположен вдоль линии равновесия коромысла и соединен с корпусом посредством регулятора положения и длины стержня.2. Весы по п.1, о т л и ч а ю - щ и е с я тем, что механический регулятор положения и длины стержнявыполнен в форме штатива, снабженного стопорными и ходовыми винтами икареткой. 5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Сагитов М.У. Постоянная тяготения и масса земли, 1969, с,48-85.2,Брагинский В.Б. Физическиеэксперименты с пробными телами,1970, с.б 7. 3. Карагиоэ О,В,.и др. Об определении гравитационной постоянной вакуумированными крутильными весами.Известия АН СССР Физика Земли, 9 5,1976, с.108,