SU693323A1 - Крутильные весы - Google Patents

Description

(54) КРУТИЛЬНЫЕ ВЕСЫ

1

Изобретение относитс  к метрологии и может быть использовано при определениИгравитационной посто нной, разработке гравитационных вариаметров , исследовании взаимодействи  света с веществом.

Известны крутильные весы в форме рычага с грузами на концах, подвешенкого с помощью крутильной нити 1, 2. .Им свойственен высокий уровень погрэдшостей при измерении, вызываемых в частности, конвективными движени ми воздуха, возникающими при изменении температруы.

Известны также крутильные весы, содержащие коромысло с грузами и зеркалом , подвешенное с помощью крутильной нити в вакуумированн м корпусе f3i

Целью изобретени   вл етс  уменьшение темп.чратурной по грешностипри измерени х.

Дл  достижени  зтого в крутильных весах установлено термокомпенсирующее устройство, выполненное в форме .массивнозго тела, укрепленного на кон .це стержн , который расположен вдоль линии равновеси  коромысла и соединен с корпусом посредством регул то ,ра положени  и длины стержн ; кроме того последний выполнен в форме

штатива, снабженного стоиорными и ходовыми вйнтами и кареткой.

На чертеже изображена схема крутильных весов.

Предлагаемые крутильные весы содержат коромысло 1 с грузами 2 и 3, подвешенное в вакуумированном корпусе 4 на крутильной нити 5, и термокомпенсирующее устройство, со0 держащее массивное тело 6, укрепленное на конце температурочувствительного стержн  7. Последний выполнен, например, из оргстекла, фторопласта или эбонита, и установленного вдоль

5 линии равновеси  коромысла 1. Другой конец стержн  7 фиксируетс  во втулке 8 стопор щим винтом 9. Стойка 10 соедин ет втулку 8, зафиксированную винтом 11 с кареткой 12, насаженной

0 на ходовой винт 13 и расположенной внутри направл к цего цилиндра 14. Стойка 10 проходит через сквозной направл ющий паз цилиндра 14 и вместе с кареткой 12 может перемещатьс 

5 без вращени  в пределах этого паза только в осевом направлении цилиндра 14, Ходовой винт 13 закреплен во внутреннем кольце подшипника 15. Фланец 16 прижимает наружное кольцд

0 подшипника 15 к цилиндру 14, стопорна  гайка 17 фиксирует внутреннее кольцо подшипника 15, На ходовом вин те 13 укреплен маховик 18 тонкой настройки температурной компенсации. Штатив 19, соединенный с направл ющи цилиндром 14, укреплен на корпусе 4. Штатив 19, цилиндр 14 с кареткой 12 и втулка 8 с винтом 9 служат в ка честве механического регул тора поло жени  и длины стержн  7, При излюрени х с помсадью данных крутильных весов изучаемой величины, например посто нной т готени /, в к честве меры могут быть использованы либо период Т колебаний коромысла (динамический режим), либо отклонени коромысла 1 от исходного положен11  равновеси  (статический режим). t) б а эти параметра ощ едел ютс  размерами крутильных весов и крутильной жесткостью X нити 5. Однако известно, что и размеры, и жесткость измен ютс вмегте с изменением TeMnejpaTyjMii. дл  компёйсации этого В;редног6 температурного влийни  служит массив кое тело б, которое Добавл ет к кру типьной  сесткости нити 5 1С1Двеса йрйвитацибннуюжёсткбсть, равную (пр малых амплитудньцс крутильных колебаний ) ..; Уп1 мее, /1 () : : где Х -гравитационна  йсесткость; т,М - масса ГРУ§oj3 2 или 3 и масс тела б соответственно t, Bj - рассто ние от оси вращени  коромысла 1 до центров масс грузов 2,3 и тела б соответственно. Стержень 7, коэффициент линейного расширени  которого значительно превосходит коэффициент линейного расши рени  . материала коромысла 1, при колебани х температуры перемещает те б вдоль линий равновеси  корогФлсла При этом измен етс  рассто ние ,что обурлавливает (при 3L а) согла но формуле (1) температурный коэффи TTMotTt W.. ттаимт  ттмгчии «f ar Tv/M-tif тл циент (i гравитационной жесткости равный где оС- длина участка стержн  7 от стопор щего винта, 9 до конца, несущего тело б. При температурна  погрешность крутильных весов в динамическом режиме работы при изменении тем ратуры на составит величину AT о(., X Аг rf.3: . . Т - ТГ--2. где лт - изменение периода колебани коромысла 1 при изменении температуры на 1C; температурный коэффициент модул  упругости материала нити 5 подвеса; o(.j - коэффициент линейного расш рени  материала нити 5. Из формулы (3) видно, что дл  до- тижени  температурной компенсации есов необходимо, чтобы первый член равой части был равен сумме трех стальных членов. У вольфрамовой ити подвеса изготовить оромысло из легких немагнитных материалов (кварц стекло, ситал) с маым коэффициентом линейного расширеи  то из выражений (2) и (3) получаем уравнение температурной компенсации в виде., . A .() 3di.x При условии () справедливо и дл  статического режима работы весов. Из уравнени  (4) следует, что температурна  по грваность весов может быть сведена к минимуму выбором длины L стержн  7 (груба  компенсаци ) с последую14ей настройкой рассто ни , . а между взаимодействующими массами 3 и б с помощью маховика 18. ПустьY 0rlf что легко обеспечить дл  весов с. 10 С, а -2 см, d. -1 .-lOT Тогда дл  обеспечени  температурной компенсации потребуетс  стержень длиной ,4 см. Если Х-5., .В-10 см, in-1 г, то дл  получени  X,-5 ..10-CGS тело б должно иметь массу M-5d г (радиус тела б при плотности 8,5 гсм составит 1,1 см). Такую массу можно разместить так, чтобы а«2 см. После отжига нити 5 подвеса током высокой частоты, когда в ней .снимают  внутренние напр жени , устран етс  Лрейф нуль-пункта и устанавливаетс  окончательное положение равновеси  коромысла 1, тело б вМесте со стержнем 7 устанавливаетс  на линии равновеси  коромысла 1, Критерием правильности такой установки  вл етс  равенство между интервалами времэни, в течение которых движущеес  коромлсло находитс  по разные стороны от начального положени  равновеси . Предложенные крутильные весы обеспечивают уменьшение температурной погрешности, обусловленной в основном термоэластическим коэффициентом вольфрамовой нити подвеса ( ,б . 10 ) , примэрно, на два пор дка. Следовательно, погроиность на составит величину 4. При наличии оптимальной геометрии и магнитного демпфировани  качаний такие весы обеспечат проведение метрологических измерений в обычных лабораторных услови х. Точность определени  гравитационной посто нной на длиннопериодных вакуутрованных весах может составить 10 . Погрешность измерений у полевых гравитационных вариометров, изготовленных на базе предлагаемых крутильных весов. ПОНИЗИТСЯ До сотых долей ответа.

Claims (3)

1. Крутильные весы, содержащие коромысло с грузами и зеркалами, подвешенное с помощью крутильной нит в вакуумированном корпусе, отличающиес  тем, что, с целыб уменьшени  температурной погрешности при измерени х,в них установлено термокомпенсиругацее устройство, в&полненное в форме массивного тела, укрепленного на. концестержн , который расположен вдоль линии равновеси  коромысла и соединен с корпусом

посредством регул тора положений

и длины стержн .

2. Весы поп,1, отличаюJI и е с   тем, что механический

регул тор псшожени  и длины стержн  выполнен в форме штатива, снабженно .го стопорйшжтГ-Ш-дЬ-йНШ-в-йнтамии кареткой.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1. Сагитов М.У. Посто нна  т готени  и масса земли, 1969, с.48-85.

2.Брагинский В.Б. Физические экспе4)именты с Пробными телами, 1970, с.67.

3. Карагиоз О.в..и др. Об определений гравйтац ион ной посто нной вакуумированными футильными весами. Извести  АН СССР Физика Земли, № 5, 1976, с.108.