Вакуумированные крутильные весы

ОП ИСАНИ Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиинСоциалистическихреспублик(22) Заявлено 03.05 присоединением заявкиГосурврственный наинтеСовета Мнннстров СССРпо делам нзабретеннйн аткрытнй(53 550.880088,8) 25.08,77 ю ень3 я 20,09 4 б) Дата опубликования опи агиоэ, О, В. П А, А. Сали(54) ВАКУУМИРОВАННЫЕ КРУТИЛЪНЫЕ ВЕСЬ Изобретение относится к области метроло. гии, точнее к вакуумированным крутильным весам, и может быть использовано прн определении гравитационной постоянной, разработке полевых и морских вариометров, про верке принципа эквивалентности, исследовании взаимодействия света с веществом, измерении внутреннего трения в нитях на низких частотах в широком интервале температу Р. 10 Известны конструкции гравитационзщ вариометров с магнитным демпфером Щ 21. Однако они не нашли практического применения иэ-за внесения в крутильную систему магнитной жесткости, сложности конструк-ции и невысокой эффективности. Конвекцт- онные потоки воздуха ограничивают стабильность=всех невакуумированных ввряометров.Вакуум защищает весы от газовых пото ков, повышает стабильность и время релаксации колебаний, при этом возникает проблема гашения энергии качаний, которые существенно влнакт на основное крутильное дни женяе, М В вакуумированных весах гашение качаний,проводнтса механическим стопором, к которому притягивается электрическим полем коромысло 31,В таком устройстве, однако, наблюдается эффект эвлипания коромысла после выключения электрического поля, возникновение качаний малой амплитуды пра отрыве коромысла от стопора, ограничение стопором кругового движения коромысла, отсутствие гашения качаний в процессе работы.Известны также весы, содержащие короМысло с грузами н зеркалом, подвешенное на вертикальной нити, размещенное в герме.тичном стеклянном корпусе, качания в которых гасатса магнитом, расположенным вблн зи одного из грузов коромысла 141. В корпус весов не вваривается стопор, коромысло может поворачиватьса на полный оборот, что ,необходимо при отваге нити подвеса током высокой частоты, после удаления магнита работоспособность весов восстанавливается.Целью изобретения является осуществление непрерывного гашения качаний, упрощение про цесса и.-мерений, повышение помехоустойивости, стабильности и сохранения ее в течение времени релаксации весов.Это достигается тем, что магни-ный демпфер выполнен в виде подвешенного к рабочему телу на прододжении нити подвеса тонкостенного цилиндра из немагнитного электропроводящего материала и укрепленной надне корпуса весов системы, формирующейвертикальное магнитное поле и включающей в себя постоянный магнит, два отрезкамагнитопровода с цилиндрическими полюсны 1ми, наконечниками, имеющими осевое отверстие и зазор, в центре которого размещен на проходящей через осевое отверстиеверхнего полюсного наконечника нити подвеса упомянутый тонкостенный цилиндр,На чертеже изорражена принципиальнаяконструктивная схема предлагаемых вакууМированных весов,Она содержит стекдянный корпус 1, верх-цоний узел 2 крепления нити, нить 3 подвеса,нижний узел 4 крепления нити, коромыслаи зеркала, коромысло 5, груз Д коромысла,зеркало 7, тонкостенный ма-нит 8, посгожный магнит 9, отрезки магнитопровода 10 5с цилиндрическими полюсцыми наконечникамивоздушный зазор 11, осевое отверстие 12полюсного наконечника и узкую щель 13.Внутри стеклянного корпуса 1 покрытого внутри и снаружи эдектропроводящей проз.форвчной пленкой двуокиси олова, рвзмещакися крутильные весы с магнитным демпфероми с помощью насоса ПНЭи иониэационно-го манометра ЛМсоздается вакуумвпорядка 1 10 тор, (Дпя простоты рассматдф 5риваются весы Кулона-Кавендиша, в принципе можно взять любую крутильную систе 1 му). В узле 2 крепления крепится конецнйти,3 подвеса. С помощью нижнего узла4 крепления к нити 3 подвешено коромысдо 5 с грузами 6. На узле 4 укрепленоэеркадо 7 для индикации движения весовоптическим методом, К нижнему концу нити3 крепится тонкостенный цилиндр 8 изэлектропроводящего немагнитного материала. 5Постоянный магнит 9 с Отрезками мвгнитопровода 10 и воздушным зазором 11 образуют магнитную систему, создающую сильноевертикальное магнитное поде, пронизывающее цилиндр 8. Цилиндрические наконечни оки отрезков магнитопровода имеют осевоеотверстие 12 и узкую щель 13, предназначенную щи заправки нити 3 в отверстие 12Магнитная система составляет совместно сподвешенным в центре воздушного зазора 5511 тонкостенным цилиндром 8 магнитныйдемпфер, предназначенный дпя гашенияэнергии качвний весов.Качания рабочего гела весов через нитьпередаются нв тонкостенный цилиндр. Мощность потерь, рассеиваемая таким цилиндром, при усреднении за период качаний в гауссовой системе единиц равна:1 Р 0,5 У бЯр 3 с р нн Йр - радиус цилиндра;б - толщини его стенки;- его длина;) - удельное сопротивление материала;В - индукция магнитного поля, направленная вдоль оси цилиндра;С - скорость света;ф - амплитуда угла качаний цилиндра;,Ю - частота качаний.Если поле иМеет горизонтальную компоненту Ве то мощность потерь энергии крутильных колебаний Юсоставит величинур=о,5 жгЪ"ир вс чб(М где 9,- амплитуда крутильных колебаний.Для квченийуобротность где шнн 19 е Ц равитационной постоян с периодом колерфвни ностью Я порядкаПри изменении ной требуются вес 2000 сек с добро где М - масса рабочего тела;ь - длина нити подвеса;ф - ускорение силы тяжести,Ддя кр 1 тильных колебаний добротность:МЕ вР сц х еаВдгде- длина плеч коромысла,Ребсте демпфере еффектиеее, если441 10, О 1 10, а масса тела цифлиндрв не превышает 0,1 М, Пусть Р =0,4 см,Р = 0,01 см,=, 0,2 см. Тогда массацидиндра изготовленного из материала судельной плотностью 8,5 г/см ( с учетомзверхней крышки) составит 7 10 Г. ПриЙ =25 см, М 0,8 г, В =5000 Гс добротз. бтность О 1 10, время релаксации Г"составит 318 сек. Магнитное поле твьойнапряженности можно подучить в воздушномзазоре мвгнитопроводв, Радиальная компонента магнитного поляфе обусловленная уширевлем потока в воздушном зазоре, при сов,Мещении оси цилиндра с центром полюсного.наконечника, не влияет на крутильное движение. Горизонтальная компонента Ц,=В 4(Ф урод отклонения от вертикали) вызывврет затухание крутильных колебаний, Дйаполучения требуемого соотношения междуЯ и Ф необходимо, чтобы;2 ф 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 всехфвесах с периодом 2 10 сек. В этом случае,требования к юсгировке корпуса повышаются. Магнитный демпфер был испытан на длин 10 нопериодныхф крутильных системах, ДобротностьЦ падала до 1 10,.при агом Ц наФотожженныхвоафрамовых нитях сохранялась на уровне 110 .15 формула изобретения Вакуумированные крутильные весыф Ю ,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 снеся. 25 тем, что, с целью упрощения изМерений, по.вьцнения стабильности рабогы и сохраненияее в течение времени релаксации весов,магнитный демпфер выполнен в виде подвещенного к рабочему телу на продолженииниги 1 подвеса тонкостенного цилиндра пз:,немагнигного электропроводящего маеериалои укрепленной на дне корпуса системы, формирующей вертикальное магнитное поле ивключающей в себя постоянный магнит, дваотрезка магнитопровода с цилиндрическимиполюсными наконечниками, имеющими осевоеотверстие и зазор, в центре которого размещен на проходящей через осевое отверстие верхнего полюсного наконечника нитиподвеса тонкостенный цилиндр,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССРМ 30355, кл. Я 01 Ч 7/02, 1973.2, Авторское свидетельство СССРИо 35392, кл. й 01 Ч 7/02, 1930.3. Проблемы гравитационных йзмеренийСб. сер. Б., вып. 1, М., ВНИИОфИ, 1971,с, 109.4.Проблемы гравитационных излучений,Сб. М., ВНИИфТРИ, 1974, с. 100., К)дчен Заказ 047/39 Тираж 717 ЦНИИПИ Государственногпо делам изо) 1 ".5, Москва, Ж 3 Подписноекомитета Совета Миретений и открытт:ЯРаушская наб д. тров С лиал ППП фПатент г. Ужгород, ул. Проектная