Пристрій для вимірювання фізичних властивостей матеріалів

Изобретение относится к устройствам для измерения температурных зависимостей физических свойств материалов акустическим методом. Известно устройство (1), состоящее из усилителя электрических колебаний, возбуждающего и приемного пьезокварцев. измерителей частоты и амплитуды, Возбуждение ультразвуковых колебаний частотой 100 кГц и измерение внутреннего трения исследуемого образца проводилось методом составного вибратора. При этом возбуждающий и приемный пьезокварцы прикладываются непосредственно к исследуемому образцу и вместе с ним составляют единую акустическую систему. Частота электрического сигнала, подаваемая на вибратор. поддерживается равной собственной частоте акустической системы за счет использования автогенераторной схемы. Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и выбранным в качестве прототипа является устройство (2) для измерения физических свойств материалов, содержащее акустический преобразователь, акустически связанные с ним и между собой мембрану и предназначенный для закрепления контролируемого объекта шток, усилитель, выход которого соединен с преобразователем звука, катушку индуктивности, индуктивно связанную со штоком и подключенную ко входу усилителя, стакан. установленный в емкости с жидким азотом, и магнитоэлектрический преобразователь. Основным недостатком известного устройства является температурная нестабильность сигнала магнитоэлектрического преобразователя, обусловленная изменением температуры внутри стакана, а. следовательно, и точность измерений. Задачей изобретения является создание устройства для изучения физических свойств материалов, обеспечивающего работу при постоянной температуре, исключение температурного дрейфа наведенной в индукционной катушке ЭДС. и. следовательно, повышение точности измерений. Поставленная задача решается тем. что в устройстве для измерения физических свойств материалов, содержащем преобразователь звука, акустически связанные с ним и между собой мембрану и предназначенный для закрепления контролируемого объекта шток, усилитель, выход которого соединен с преобразователем звука, катушку индуктивности, индуктивно связанную со штоком и подключенную ко входу усилителя. стакан, установленный в емкости с жидким азотом, в котором расположен шток в парах азота, и магнитоэлектрический преобразователь. согласно изобретению, магнитоэлектрический преобразователь размещен на наружной стенке стакана в жидком азоте. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Преобразователь звука, подключенный своей обмоткой к выходу усилителя, преобразует электрический сигнал в звуковые колебания и через мембрану и шток воздействуе т на образец контролируемого материала. Со штоком индуктивно связана индукционная катушка, которая своим выходом подключена ко входу усилителя. Таким образом замыкается петля положительной обратной связи, обеспечивающей поддержание колебаний акустической системы (мембрана, шток, образец) на собственной резонансной частоте. Шток с образцом вводится внутрь стакана, который установлен в сосуде Дьюара с жидким азотом. Жидкий азот на внешней стенке стакана и пары азота внутри него создают линейно изменяющееся по высоте температурное поле. Магнитоэлектрический преобразователь, который состоит из индукционной катушки и постоянного магнита, размещен на наружной стенке стакана в жидком азоте, в непосредственной близости от образца. Находясь в постоянном магнитном поле в колебательном режиме, образец при переходе в с верх про водящее состояние наводит в индукционной катушке преобразователя ЭДС. Измеряя собственную резонансную частоту колебаний акустической системы в процессе вытягивания штока с образцом из стакана, можно определить изменение модуля упругости и скорости звука в заданном диапазоне температур. Диапазон температур задается величиной и скоростью вытягивания образца из стакана. По изменению ЭДС, наведенной в индукционной катушке преобразователя, можно определить температур у фазового перехода образца в сверхпроводящее состояние и температурную зависимость магнитной восприимчивости материала. Размещение магнитоэлектрического преобразователя в жидком азоте на наружной стенке стакана при перемещении штока с образцом а парах азота внутри стакана обеспечивает работу преобразователя при постоянной температуре, исключает температурный дрейф наведенной в индукционной катушке ЭДС, и, следовательно, повышает точность измерения физических свойств материалов в заданном диапазоне температур. На чертеже представлено устройство для измерения физических свойств материалов. Устройство состоит из усилителя 1 электрических колебаний, измерителей амплитуды 2 и частоты 3, преобразователя 4 звука, мембраны 5, штока 6, индукционной катушки 7, магнита 8, исследуемого образца 9, стакана 10. сосуда Дьюара 11 с азотом и магнитоэлектрического преобразователя 12. Работа устройства осуществляется следующим образом. Преобразователь звука 4, подключенный своей обмоткой к выходу усилителя, преобразует электрический сигнал в звуковые колебания и через мембрану 5 и шток 6 воздействует на исследуемый образец 9. Со штоком 6 индуктивно связана индукционная катушка 7. которая своим выходом подключена ко входу усилителя 1. Таким образом замыкается петля положительной обратной связи, обеспечивающая поддержание колебаний акустической системы на собственной резонансной частоте. Измеряя собственную резонансную частоту F с помощью измерителя частоты 3 и зная длину штока с исследуемым образцом L, можно определить модуль E 1 E из соотношения F = pL × , где r - плотность материала. r 2 r С исследуемым образцом 9 индуктивно связана обмотка магнитоэлектрического преобразователя 12. При переходе образца в сверхпроводящее состояние в индукционной катушке наводится ток, фиксирующий · этот переход и магнитную восприимчивость образца. Измерение физических свойств ВТСП - материалов проводится в парах азота, при вытягивании исследуемого образца из стакана 10 путем механического перемещения сосуда Дьюара 11 со скоростью 30 мм/час в диапазоне температур 80-120 К. Пример конкретного выполнения. упругости Ε и скорость звука На нижний конец штока 6, выполненного из деревянного стержня, приклеивали с помощью специального состава (мелкодисперсный тальк с кремнеорганическим маслом в соотношении 2:1) исследуемый образец 9 ВТСП-керамики. На внешней стенке стакана 10, выполненного из кварца, устанавливали магнитоэлектрический преобразователь 12. Стакан с преобразователем устанавливали в сосуд Дьюара 11 с жидким азотом. В процессе вытягивания исследуемого образца из стакана измерялись изменения температуры с помощью медьконстантоновой термопары (на чертеже не показана) и собственная резонансная частота составного вибратора (шток с образцом) с помощью цифрового частотомера типа 43-35А в режиме измерения длительности импульсов. с погрешностью измерения не хуже 0,1%. Измерения температуры и резонансной частоты проводились каждые 3 сек., опрос на проведение измерений, прием информации, ее обработка и построение зависимости резонансной частоты от температуры осуществлялись с помощью микро-ЭВМ. Измерение температурной зависимости магнитной восприимчивости проводились с помощью 2-координатного самописца типа Н-307, на вход "У" которого подавался сигнал с магнитоэлектрического преобразователя, а на вход "X" - с термопары. Предлагаемое устройство для измерения физических свойств ВТСП-материалов по сравнению с прототипом обеспечивает работу преобразователя при постоянной температуре, исключает температурный дрейф наведенной в индукционной катушке преобразователя ЭДС и, следовательно, повышает точность измерения.