Устройство для термомеханической обработки нити подвеса крутильных весов

Полезная модель относится к области метрологии и может быть использована при повышении добротности крутильных весов, используемых, в частности, при измерении фундаментальной физической константы - гравитационной постоянной.

Техническая задача заключается в уменьшении внутреннего трения в нити подвеса путем изменения структуры ее материала при термомеханической обработке в вакууме.

Устройство для термомеханической обработки металлических нитей в вакууме, содержащее камеру, в которой размещены металлическая нить с подвешенным к ней рабочим телом весов и переходной конденсатор с обкладками, подключенный через токковвод к генератору высокой частоты, причем одной из обкладок конденсатора является поверхность тела весов, отличающееся тем, что с целью повышения качества термомеханической обработки нити за счет улучшения равномерности ее нагрева по длине вторая обкладка конденсатора выполнена в виде диска, размещенного между рабочим телом и дном камеры, на котором диск установлен с помощью изолирующих стоек и соединен через токковвод с потенциальным выходом генератора, второй выход которого подключен к верхнему заземленному концу нити.

Устройство относится к области метрологии. Оно обеспечивает повышение добротности крутильных весов термомеханической обработкой нити подвеса под нагрузкой в вакууме.

Известно устройство для отжига металлических нитей в вакууме [1], в котором на электрически изолированном вводе укреплена нить с подвешенным к ее нижнему концу грузом в виде стакана, образующим вместе с укрепленным на основании камеры полым цилиндром коаксиальный конденсатор, замыкающий цепь тока генератора высокой частоты (а.с. 740846. Устройство для отжига металлических нитей в вакууме // Приоритет изобретения 17.10.77). Кроме того, устройство снабжено постоянным цилиндрическим магнитом с дисковым полюсным наконечником, образующим дополнительный коаксиальный конденсатор и обеспечивающий гашение маятниковых колебаний тела весов.

Недостаток такого устройства заключается в том, что оно не обеспечивает равномерный нагрев длинных нитей, т.к. распределенная емкость нити относительно электропроводных стенок камеры соизмерима с емкостью переходного конденсатора. Утечка тока высокой частоты через распределенную емкость приводит к изменению температуры нагрева нити вдоль ее длины, вследствие чего верхняя часть нити греется сильнее. Кроме того, данное устройство не позволяет осуществить термомеханическую обработку нити в крутильных весах после завершения их монтажа.

Наиболее близким по своей сущности к заявляемому объекту является устройство для отжига металлических нитей в вакууме [2], содержащее камеру, в которой размещены нить с подвешенным к ней рабочим телом и переходной конденсатор с обкладками, подключенный через токовводы к генератору высокой частоты, причем одной из обкладок конденсатора является поверхность тела весов (а.с. 427072 на изобретение. Устройство для отжига металлических нитей в вакууме // Приоритет изобретения 12.06.72). В данном устройстве другая обкладка конденсатора выполнена в виде электропроводящего покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность камеры.

Недостаток данного устройства заключается в том, что из-за наличия распределенной емкости между нитью и поверхностью камеры нижняя часть нити греется слабее верхней. Указанный эффект здесь выражен заметнее, чем в устройстве-аналоге.

Технической задачей заявляемого решения является повышения качества термомеханической обработки нити подвеса с уменьшением величины ее внутреннего трения после размещения весов в вакуумной камере.

Поставленная задача достигается тем, что под рабочим телом весов устанавливается антенна, на которую через изолированный токковвод подается потенциальный выход генератора высокой частоты. Цепь тока проходит через распределенную емкость между антенной и подвешенным к нити коромыслом с грузами, после чего замыкается на корпус через нить.

Отличительные признаки заявляемого устройства не имеют сходных признаков в известных решениях и являются полностью новыми, существенными для реализации данного устройства и достижения поставленной цели.

Устройство поясняется чертежом (фиг.), где 1 - корпус вакуумной камеры, 2 - стеклянное окно камеры, 3 - вспомогательная нить, 4 - магнитный демпфер, 5 - крутильная нить весов, 6 - коромысло весов, 7 - шаровые грузы коромысла, 8- антенна для термомеханической обработки нити подвеса, 9-изолированные от корпуса стойки, 10 - платформа для крепления установки, 11 - генератор напряжения высокой частоты, 12 - токковвод.

Устройство работает следующим образом. Внутри вакуумной камеры 1 со смотровым окном 2 размещают крутильные весы, в которых на вспомогательной нити 3 крепится магнитный демпфер 4. В нем между полюсами магнитов расположен круглый диск, изготовленный из немагнитного материала с высокой проводимостью. Верхний конец крутильной нити весов 5 соединен с телом демпфера, а к ее нижнему концу крепится рабочее тело весов, включающее коромысло 6 с шаровыми грузами 7 на концах. Антенна 8, расположенная под коромыслом с грузами, обеспечивает протекание тока высокой частоты величиной порядка 5 МГц через емкость между ее поверхностью и подвешенным к нити 5 телом весов. Она укреплена на стойках 9. Вся установка устанавливается на жесткой платформе 10. Потенциальный выход генератора 11 подключается к токковводу 12, который соединен с антенной 8. Верхний конец нити 2 заземлен, что обеспечивает замыкание цепи тока. Напряжение генератора частотой порядка 5 МГц постепенно увеличивается до появления слабого свечения нижней части нити 5, что позволяет через окно 2 визуально контролировать процесс термообработки. Она проводится примерно в течение 30 мин. Затем напряжение генератора уменьшается до нуля. В дальнейшем такая процедура термообработки нити весов может повторяться.

Устройство проверялось на тугоплавких вольфрамовых, рениевых, молибденовых нитях диаметром от 5 до 25 мкм. Добротность нитей из вольфрама обычно возрастала с 2000 до 20000. На нитях из рения добротность достигала 120000, а на проволоках из нихрома - 300000. В процессе термомеханической обработки нити раскручивались на большой угол вследствие уменьшения внутренних напряжений, что способствовало снижению скорости дрейфа положения равновесия весов.

Устройство для термомеханической обработки металлических нитей в вакууме, содержащее генератор высокой частоты и вакуумную камеру, в которой размещены металлическая нить, нагруженная подвешенным к ней рабочим телом весов, и переходной конденсатор с обкладками, подключенный через токоввод к генератору высокой частоты, причем одной из обкладок конденсатора является поверхность тела весов, отличающееся тем, что, с целью повышения качества термомеханической обработки нити за счет улучшения равномерности ее нагрева по длине, вторая обкладка конденсатора выполнена в виде диска, размещенного между рабочим телом и дном камеры, на котором диск установлен с помощью изолирующих стоек и соединен через токоввод с потенциальным выходом генератора, второй выход которого подключен к верхнему заземленному концу нити.