Способ определения плотности твер-дых веществ

О П И С А Н И Е828016ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(088,8) 3) Опубликовано 07.05,81, Бюл ь 17 вит СОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ ои сущ- плот- гидроный на бразца , чаще о техническ определения х веществ ием основан эким спосо тверд Наиболее бл ности является ности образцов статическим вз измерении о бъе по массе вытес всего воды 121,ива ма испытуемогоенной им жидко Изобретение относится к области физики твердого тела и может быть использовано в тех отраслях техники, где необходимо знать зависимость между физическими характеристиками и плотностью 5 реально приготовленного образца. Например, при производстве ферритов весьма важным для отработки технологии приготовления деталей заданной конфигурации является знание плотности материала де тали, сведения о распределении плотности вещества по объему детали, а также оведения о распределении плотноспи:вещества по объему детали и соответственно равномерность,распределения магнитного момен та и магнипных потерь дтирины полосы ферромагнитного резонанса, измеряемых на,сферах диаметром -. 3,5 мм,Известен ультразвуковой метод определения плотности твердых тел. Однако 20 этот метод не обладает достаточной точностью 111. Однако, применение этого метода длямалых образцов, 20 - 200 лг, ограничивается рядом факторов, из которых значительную роль играет сила поверхностногонатяжения используемой жидкости (вода), действующая на подвес (обычно проволочку), на который укрепляется образец перед спусканием его в воду,Объем исследуемого образца равенобъему вытесненной им жидкости и определяется общим выражением1) -Р - Р, - ь1 жгде Р - масса образца;Р , - вес образца в жидкости;д - плотность жидкости;Л - величина действующей на подвес силы поверхностного натяжения жидкости,направление действия которой (вверх иливниз) определить невозможно. Здесь дляпростоты приведен общий вид выражения.При проведении точных измерений необходимо, конечно, учитывать плотностьвоздуха и плотность жидкости прп температуре измерения и ряд других поправок Если, например, измеряется образец объемом 10,цлР в воде, коэсрфицпент поверхностного натяжения которой828016- 73 днес,п, с использованием проволочного подвеса диаметром 0,1 лл, то величина Л может доститать +2,3 дн., значит, вносить в измерение объема образца погрешность до 25 оо. Важно отметить, что при многократных измерениях одного и того же образца силы Л, как правило, взаимно не компенсируются, поэтому среднее арифметическое может значительно отличаться от истинного значения плотности,В+ - Х(А -ол(61Равновесие сил на втором этапе измерения может быть записано следующим образом: В+ р + Ь - д(1 в+ У+ Г.)=А+ - Н,(ЬА + ,) +Р, (7) где У , - часть объема подвеса Ь, находя-,ность, вносимая использованием подвеса, щаяся в жидкости Г, мала, - 0,05+; 55 пренебрежимо мала; Р - добавочная мас+0,0 б ллз, мокет быть вычислена с боль- са гирь, требуемая для уравновешивания шой точностью и, следовательно, погрсш- системы (фиг. 1, б (8), Часть подвеса а,где р - масса измеряемого образца;А. - масса одно)о из дополнительныхгрузов с подвесом;.В - масса второго дополнительногогруза;В+ - масса второго дополчительпогогруза с подвесом;Р - масса гирь, требуемая для уравповешивапил системы весов с подвешенными к коромыслам дополн 1 ительными грузами, находящимися в жидкости и помещенными на один из грузов измеряемым образцом;Г, - часть объема подвеса груза, находящаяся в жидкости;.О- плотность материала грузов;. - плотность жидкости.На фиг, 1 показаны этапы (а и б) взвешивания, осуществляемые по предлагаемому способу.Предварительно определяются массы измеряемого образца р, грузов А и В и проволочных подвесов а и Ь, а также плотность совокупности груза А + груз В + подвес а-:- В Извсстно, что плотность образца ооъемогм 1 слз можно определить с относительной погрешностью - 0,1%. В дальнейшем для упрощения записи там, где это удобно, сумма масс груза и подвеса обозначается заглавной буквой с индексом +, например груз А + подвес . в :-А -.Гидростатическое взвешивание состоит из двух этапов, фиг. 1, а: взвеп.ивание одного груза А 1 на подвесе а 2 вместе с,измеряемым образцом р 3 в жидкости 4 на аналитических весах б; фиг. 1, б: определение разницы в весах груза В б и подвеса Ь 7 с добавленным к ним образцом р З,и груза А+ подвес а, подвешенных к противоположным концам коромысла весов и погруженных в воду на одинаковую глубину (вполне достаточна одинаковость поЦелью изобретения является повышение точности определения плотности микрообразцов.Поставленная цель достигается тем, что 5 в способе определения плотности веществпутем гидростатического взвешивания производят взвешивание образца с грузами, масса которых на 3 - 4 порядка превышает массу, исследуемого образца, и )О плотность образца определяют по формуле груяения грузов +1 +2 лщ), фиг. 1, б.Конструктивные особенности весов и грузов по фиг. 1 не показаны.Обработка результатов наблюденийпроводится следующим образом.Первый этап дает возможность определить эффективную плотность совокупностиобразец р+груз А+подвес а с весьма высокой точностью, так как неопределенная до- Ю оавка:+Л очень мала по сравнению с силой тяжести груза АР+ А" 1 - ,Аф - (Р - Л ):, 25 Второй этап является объединяющим итребует подробного изложения. Масса телапли комплекса тел равна их среднейплотности, умноженной на объем. Для измеряемого образца р = Х Р и далее по З 0 аналогии: А = О УА, В = Юз Х Ув, а=-а) Ь - 1 ввПо предлагаемому способу плотностиматерпалов образца, грузов и проволочныхподвссов по отдельности не измеряются, а З 5 измеряются эффективные плотности компас. сов тел, псэтому можем написать следующие выражения:+г( А1 В;д) (/А+ - , Р: ЗА р (1 гА - , У -)- К,), (4) 40Из выражения (3) находим объем груза А с подвесом аЛ+ В - .ОРвА: а -828016 находящуюся в воде, мы не выделяем, так 7 и проведя соответствующие преобразовакак в этом нет необходимости. ния, получаем выражение для объема груПодставив выражение 5 в выражение за(В -Р) 0+ ВЫ., - 1 И.О - Л + (О - д) - Р 0 - Г,ИО измеряемого обс помощью которого и уравнения (6) приходим к окончательному выражению для определения плотности5 разцазр д - Зр - , Л+ + В - .- 2(Я(9)/г масса измеряемого образца,масса одного из дополнительныхгрузов с подвесом;масса второго дополнительногогруза;масса второго дополнительногогруза с подвесом; где р -А+ -масса гирь, требуемая для уравнивания системы весов с подвешенными к коромыслам дополнительными грузами, находящимися в жидкости и помещенныП р и м е р. Для измерения плотности вещества сферического образца феррита массой 42,62 мг использованы лабораторные весы АДВс вариацией показаний -1-1,5 деления и гирями 2-го класса, дистиллированная вода, вольфрамовая проволока 0,05 мм для подвесов (выбраны подвесы одинаковой массы 2,3 мг, хотя это и не является обязательным), два латунных груза в виде полированных полусфер с углублениями (см. фиг. 2), массой 16,5313 г (А) и 16,2339 г (В). Трехкратное определение плотности материала грузов, выполненное с промежутками 2 - 3 дня, дало следующие значения: 08,40549; Р,40516 и 8,40556 г/сл. Для расчетов взято среднее арифметическое 8,4054 г/см. Поскольку масса проволочного подвеса составляла всего 0,0023 г, мояно считать, что материал каядого груза обладает указанной плотностью.Для измерения плотности образца проведенные в серии других измерений дали значения плотности вещества - 5,73 и - 5,75 г/см, Измерение плотности прямым измерением с помощью формулы (1) на этих яе весах с тем же подвесом и грузом 10 В дало значение плотности - 4,71 г/смз,хотя максимальная (рентгеновская) плотность этого вещества равна 5,74 г/см и при рассмотрении шлифов пористость была определена не выше 1".15 Способ определения плотности твердых 20 веществ путем гидростатического взвешивания, отли ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, ми кроо бр азцов, производят взвешивание образца с грузами, масса которых на 3 - 4 25 порядка превышает массу исследуемогообразца, и плотность образца определяют по формуле ми на один ,из грузов измеряемым образцом;30 " - часть объема подвеса груза, находящаяся в яидкости;О, - плотность материала грузов; д ж - плотность жидкости.Источники информации, принятые во З 5 внимание при экспертизе:1. Глыбин И. П.Автоматические плотномеры. 1 иев, Техника, 1975, с. 5 - 20.2. Ильинский Г. А. Определение плотности минералов. Л., Недра, 1975, с. ЗО 40 (прототип), 828016Слзене новская Заказ 577/509 1-1 ПО Поиск Гошникова Коррсктор ИТира к 915СР по делам изобретенийушская наб., д. 45ред. Патент