весы с магнитоэлектрическим уравновешиванием для исследования материалов

Формула изобретения

1. ВЕСЫ С МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ, содержащие рамку, стрелку, к которой подвешен груз, размещенный в герметичном корпусе, источник питания и регистрирующий прибор, отличающиеся тем, что на другом конце стрелки установлен сердечник, связанный через катушку с регистрирующим прибором, выполненным в виде звукового генератора частоты с преобразователем сигнала и графопостроителем.

2. Весы по п. 1, отличающиеся тем, что источник питания выполнен в виде источника стабилизированного напряжения.

3. Весы по п. 1, отличающиеся тем, что герметичный корпус выполнен в виде установленного на тележке термостата цилиндрической формы с отверстиями на поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к массоизмерительной технике, а именно к весам для проведения исследований кинетики отгонки растворителя из образца.

Известна термомассометрическая установка, содержащая микровесы и электрическую систему уравновешивания с генератором опорного сигнала, фазочувствительным усилителем, делителем компенсационного тока и магазином емкостей с щеточными переключателями [1]

Однако эта установка имеет сложную конструкцию, ограниченную область использования и погрешность измерения при отклонении подвески от вертикального положения.

Известны весы с электромагнитным уравновешиванием для исследования материалов, содержащие электромагнит, к якорю которого подвешен груз, размещенный в герметичном корпусе с камерой для жидкости, источник питания, мультивибратор и регистрирующий прибор [2]

Однако, эти весы не обеспечивают точности измерения массы, имеют ограниченный диапазон использования и не приспособлены для исследования быстропротекающих процессов.

Изобретение направлено на решение задачи повышения точности измерения и чувствительности проведения исследований быстропротекающих процессов и расширения области использования весов.

Это достигается тем, что в известных весах, содержащих рамку, стрелку с подвешенным к ней грузом, размещенным в герметичном корпусе, источник питания и регистрирующий прибор, на другом конце стрелки установлен сердечник, связанный через катушку с регистрирующим прибором в виде звукового генератора частоты с пре- образователем сигнала и графопостроителем. Кроме того, источник питания может быть выполнен в виде источника стабилизированного напряжения, а герметичный корпус в виде установленного на тележке термостата цилиндрической формы с отверстиями на поверхности для проведения испытаний, снабженного электронагревателем и тепловой изоляцией.

На чертеже представлена схема весов.

Весы с магнитоэлектрическим уравновешиванием для исследования материалов включают стрелку 1, рамку 2, постоянный магнит 3, ге рметичный корпус 4, подвеску 5, сердечник 6, катушку 7 и регистрирующий прибор, выполненный в виде звукового генератора частоты 8, преобразователя сигнала 9 и графопостроителя 10.

Стрелка 1 и рамка 2 расположены на одной оси, которая установлена в агатовые подшипники (не показаны). К рамке 2 подводится ток через пружину токопровод 11 от источника стабилизированного напряжения 12. Рамка 2 находится в магнитном поле, образованном постоянным магнитом 3. Стрелка 1, рамка 2 и постоянный магнит 3 это элементы прибора магнитоэлектрической системы (вольтметр, амперметр). Источник стабилизированного напряжения 12 предназначен для магнитоэлектрического уравновешивания стрелки 1 весов и их первоначальной настройки (установки стрелки под определенным углом к горизонту).

На одном конце стрелки 1 имеется крючок, на котором закрепляется подвеска 5, выполненная в виде шелковой нити. На нижнем конце шелковой нити закреплен балластный грузик 13 и исследуемый образец 14. Причем исследуемый образец может приклеиваться к нити, насаживаться на крючок или укладываться в чашечку или специальную сеточку.

На другом конце стрелки 1 на нити подвешен сердечник 6, который свободно (трение отсутствует) перемещается внутри катушки 7. Сердечник и катушка образуют индуктивный датчик, который линейное перемещение сердечника преобразует в электрический сигнал.

Герметичный корпус 4 выполнен в виде термостата цилиндрической формы, который обогревается электронагревателем 15 и имеет тепловую изоляцию 16. На герметичном корпусе 4 имеются специальные отверстия для установки термометра, вакуумметра, вентилей 17 и фланцев. Это необходимо для создания определенных условий исследования образцов (различная температура и различная среда). В верхней части термостата расположена трубка 18, через которую внутрь герметичного корпуса подается на подвеске 5 исследуемый образец 14. Для исключения влияния конвективного потока нагретого воздуха на стрелку 1 на фланец 19 устанавливается защитный кожух 20, который обдувается вентилятором 21. Термостат смонтирован на тележке 22, это позволяет установить строго вертикальное положение подвески 5 и исключить связанные с этим погрешности при измерении. Перед началом исследования термостат сдвигается в сторону, образец 14 закрепляется на подвеске и стрелка 1 устанавливается в исходное положение путем изменения напряжения, подаваемого на рамку 2 от источника стабилизированного напряжения 12. Шкала 23 служит для грубого контроля массы исследуемого образца, более точные данные фиксируются на бумаге графопостроителем 10.

Весы работают следующим образом.

Перед началом исследований осуществляется подготовка термостата, например, для отгонки растворителя (бензина) из образца. Из внутренней полости термостата через вентиль 17 откачивается воздух, при этом разрежение контролируется вакуумметром. При достижении максимально возможного разрежения вентиль 17 закрывается, термостат электронагревателем 15 разогревается до температуры, при которой будут проводиться исследования. Во внутреннюю полость термостата впрыскивается жидкость, которая, соприкасаясь со стенками термостата, испаряется, и получается перегретый пар. Впрыскивание жидкости прекращается после того, как давление внутри термостата сравняется с атмосферным, при этом исключается подсос воздуха при открытии фланца 19.

Подготовленный термостат отодвигается в сторону. Исследуемый образец 14 вместе с подвеской 5 и балластным грузиком 13 взвешивается на аналитических весах. После этого подвеска 5 закрепляется на стрелке 1 и при изменении напряжения, подаваемого на рамку 2, с помощью источника стабилизиpованного напряжения 12 стрелка 1 устанавливается в исходное положение. Термостат передвигается в рабочее положение и фиксируется. Открывается фланец 19 и устанавливается защитный кожух 20, включается вентилятор 21. Включается регистрирующий прибор. Образец 14 смачивают в растворителе и опускают во внутреннюю полость термостата, в среду перегретого пара.

Изменение массы образца под воздействием перегретого пара фиксируется посредством индуктивного датчика. На катушку 7 подается переменный ток частотой 500-1000 Гц от звукового генератора частоты 8. Перемещение сердечника 6 (изменение массы образца отгонка растворителя) преобразуется индуктивным датчиком в электрический сигнал, который после дальнейшего преобразования в электронном преобразователе сигнала 9 поступает в графопостроитель 10. Графопостроитель 10 фиксирует на бумаге массу исследуемого образца 14 в любой момент времени. Запись на бумаге характеризует изменение массы образца в зависимости от соответствующей температуры или состава и свойств среды.

Данные весы могут быть использованы для исследования таких процессов, как увлажнение, удаление (отгонка) растворителя, сушка, протекание химических реакций, термическое разложение, конденсация и другие. Весы обладают высокой точностью измерения и чувствительностью. Диапазон измерения массы можно регулировать в интервале от 0 до 150 мг. Регулирование диапазона измерения возможно за счет изменения массы балластного грузика и токового момента на рамке. Чувствительность весов и диапазон измерения регулируется также изменением рабочей частоты звукового генератора. Данные весы особенно удобны при исследовании быстpопротекающих процессов таких, как отгонка растворителя.