РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА РОЗРАХУНКІВ
2.1. Вимірювання магнітної сприйнятливості матеріалів
2.1.1. Методика вимірювання
Оскільки кремній є слабомагнітним матеріалом, то визначення його магнітних характеристик вимагало розробку спеціальної установки з високою чутливістю і точністю. Виходячи з цього, було створено "Пристій для вимірювання магнітної сприйнятливості матеріалів" [68]. Загальний вигляд установки приведено на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Загальний вигляд установки для вимірювання магнітної сприйнятливості речовин
Прототипом розробленого пристрою вибрано, за більшістю співпадаючих суттєвих ознак, пристрій для вимірювання магнітної сприйнятливості слабомагнітних речовин [69].
Недолік прототипу полягає у виникненні похибки вимірювання зумовленої деформацією пружної підвіски і пружної розтяжки, які є струмопідводами до компенсаційного вузла і деформація яких приводить до порушення незмінності початкових характеристик крутильної ваги, в наслідок того, що величина струму, яка подається у вузол компенсації крутильного моменту і характеризує магнітну сприйнятливість досліджуваної речовини залежить від кута повороту кварцової нитки в зовнішньому магнітному полі. Зі збільшенням величини зовнішнього магнітного поля збільшується і кут повороту кварцової нитки, що приводить до збільшення деформації пружної підвіски і пружної розтяжки. Відновлення їх початкових параметрів при вимиканні магнітного поля відбувається тривалий час і не повністю.
Оскільки вимірювання проводяться відносним методом, при якому еталонні і досліджувані зразки однаково орієнтовані відносно зовнішнього магнітного поля і його градієнту, то незмінність початкових характеристик крутильної ваги має першочергове значення для зменшення похибки проведених вимірювань.
Отже, завдання полягало в усуненні похибки вимірювання магнітної сприйнятливості матеріалів, зумовленої деформацією струмопідводів, за рахунок введення нових вузлів управління.
Для вирішення поставленого завдання запропонований пристрій для вимірювання магнітної сприйнятливості, який поряд з суттєвими ознаками властивими для прототипу, містить нові, відмінні від прототипу, суттєві ознаки, а саме - компаратор, два входи якого з'єднані з симетричним виходом підсилювача, реверсивний лічильник, тактовий генератор та цифроаналоговий перетворювач, при цьому входи реверсивного лічильника з'єднані з виходами компаратора і тактового генератора, а виходи - з входами цифроаналогового перетворювача, виходи якого, в свою чергу, з'єднані з вузлом компенсації крутильного моменту і вимірювачем сигналу компенсації.
Суть пристрою пояснюється кресленнями, де на рис. 2.2 зображено конструктивну схему; на рис. 2.3 - блок-схему вимірювальної частини пристрою.
Пристрій для вимірювання магнітної сприйнятливості матеріалів (рис. 2.2) складається з герметичного скляного корпуса 1, з'єднаного з вертикальною кварцовою ампулою 2 шліфовим з'єднанням 3. Корпус 1 може бути виконаний роз'ємним зі шліфовим з'єднанням 4 і з засобами для його вакуумування. Крутильна вага пристрою виконані з опорним вузлом 5, встановленим в верхній частині корпуса, кварцовим капіляром 6, розташованим у кварцовій ампулі 2 і корпусі 1, і з'єднаним з опорним вузлом через пружну підвіску 7, і з тримачем 8 для встановлення зразка досліджуваного матеріалу. Тримач 8 розташований в кварцовій ампулі 2 і закріплений на кварцовому капілярі 6. Опорний вузол 5 виконаний у вигляді немагнітних стійок 9, закріплених клейовою масою 10 до нижньої частини корпуса 1, діелектричної плити 11, встановленої на стійках 9, мідної осі 12, встановленої в центральному отворі плити 11, пластини 13 з магнітом'якого матеріалу, з'єднаної з віссю 12, і фторопластової шайби 14, встановленої на осі 12 між плитою 11 і пластиною 13. Пружна підвіска 7 виконана у вигляді стрічки з пружного струмопровідного матеріалу і з'єднана з віссю 12 пайкою. Тримач 8 виконаний у вигляді двох ниток із кварцового скла, які закріплені зваркою на нижній частині кварцового капіляра 6. Пристрій також має джерело 15 зовнішнього магнітного поля, автоматичну компенсаційну систему вимірювання крутильного моменту з від'ємним зворотним зв'язком і вимірювач 16 сигналу компенсації. Автоматична компенсаційна система має стабілізоване джерело 17 світла, дзеркальце 18, яке закріплене на кварцовому капілярі, фотоелектричний підсилювач 19, два фотоелементи 20, які включені в мостову схему, компаратор 21, реверсивний лічильник 22, тактовий генератор 23, цифроаналоговий перетворювач 24 і вузол 25 компенсації крутильного моменту, під'єднаний до виходу цифроаналогового перетворювача 24.
Для забезпечення положення кварцового капіляра 6 по вісі кварцової ампули 2 пристрій устаткований фіксуючим стаканом 26, який розташований в кварцовій ампулі 2, і закріплений верхньою частиною в корпусі 1 і який має вікно 27 для тримача 8, а також пружною розтяжкою 28 з'єднаною одним кінцем з кінцем кварцового капіляра 6 і пружиною 29 регульованого натягу, з'єднаною другим кінцем пружної розтяжки 28 і з нижньою частиною фіксуючого стакана. Регульований натяг пружини 29 забезпечений переміщенням стрижня 30 розташованим у втулці 31, і стопорним гвинтом 32. Вузол 25 компенсації крутильного моменту - магнітоелектричний з рамкою 33, яка закріплена на кварцовому капілярі, і з кільцевим постійним магнітом 34, закріпленим на корпусі 1. При цьому верхній струмопідвід до рамки виконаний у вигляді пружної підвіски 7, а нижній струмопідвід - у вигляді провідника 35, розташованого у кварцовому капілярі, пружної розтяжки 28, з'єднаної з провідником 35, пружини 29, з'єднаної з пружною розтяжкою, і провідника 36, розташованого на внутрішній стінці фіксуючого стакана. Провідник 36 з'єднаний з пружиною 29 і електрично ізольований від фіксуючого стакана. Для регулювання нульового відліку пристрій виконано з блоком корекції 37, управляюча частина якого виконана у вигляді привода 38, розташованого з допомогою кронштейна 39 на плиті 40,