Способ определения плотности твер-дых веществ

Способ определения плотности твер-дых веществ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И E >828016

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.10.78 (21) 2680170j18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) M Кч з G 01 N 9/02

Государственный комитет

:СССР (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (53) УДК 532.14 (088.8) ло делам изобретений

1 аявите (54) CIIOCO5 OIIPE)3,EJIEHH51 1IJIOTHOCTH

ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к области физики твердого тела и может быть использовано в тех отраслях техники, где необходимо знать зависимость между физическими характеристиками и плотностью реально приготовленного образца. Например, при производстве ферритов весьма важным для отработки технологии приготовления деталей заданной конфигурации является знание плотности материала де- 10 тали, сведения о распределении плотности вещества по объему детали, а также оведения о распределении плотноcTIH,Båùåñòâà по объему детал и и соответственно равномерность,распределен ия магнитного момента и магнитных потерь IIIHрины полосы ферромагнитного резонанса, измеряемых на,сферах диаметром 3,5 мм.

Известен ультразвуковой метод определения плотности твердых тел. Однако - О этот метод не обладает достаточной точностью (1).

Наиболее близким по технической сущности является способ определения плотности образцов твердых веществ гидростатическим взвешиванием, основанный на измерении объема испытуемого образца по массе вытесненной им жидкости, чаще всего воды (2), Однако, применение этого метода для малых образцов, 20 — 200 лтг, огра н ичивается рядом факторов, из которых значительную роль играет сила поверхностного натяжения используемой жидкости (вода), действующая на подвес (обычно проволочку), на который укрепляется образец перед спусканием его в воду.

Объем исследуемого образца равен объему вытесненной им жидкости IH определяется общим выражением

jr

Р— Р, л 1 где P — масса образца;

P „, — вес образца в жидкости;

d,, — плотность жидкости;

Л вЂ” величина действующей на подвес си лы поверхностного натяжения жидкости, направление действия которой (вверх или вниз) определять невозможно. Здесь для простоты приведен общий вид выражения.

При проведении точных измерений необходимо, конечно, учитывать плотность воздуха и плотность жидкости прп температуре измерения и ряд других поправок (2)

Если, например, измеряется образец объемом 10 л лР в воде, коэтрфицпент поверхностного натяжения которой

828016 — 73 днес,п, с использованием проволочного подвеса диаметром 0,1 лл, то величина Л может доститать +2,3 дн., з начит, вносить з измерение объема образца погрешность

<о 25 о о. Важно отметить, что при многократных измерениях одного и того же образца силы Л, как правило, взаимно не компенсируются, поэтому среднее арифметическое может значительно отличаться от истинного значения плотности.

Целью изобретения является повышение точности определения плотности микрообразцов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения плотности веществ путем гидростатического взвешивания производят взвешивание образца с грузами, масса которых на 3 — 4 порядка превышает массу, исследуемого образца, и плотность образца определяют по формуле а=-, — --—

3р ) В+ — (А— ал<

+Р),,, -Р (А+ + В)

D„ ж (5) Л В P, "» .3

А + + Р = D. ;. - V + 1 А г

50 (6)

Равновесие сил на втором этапе измерения может быть записано следующим образом:

 —, р — b — d „(в + U + V .„,) =А+ — d, (Vg + V,) +Р, (7) где V,— часть объема подвеса b, находя-;ность, вносимая использованием подвеса, щаяся в жидкости V, мала, — 0,05+; 55 пренебрежимо мала; P — добавочная мас-+0,0б ллз, может быть вычислена с боль- са гирь, требуемая для уравновешивания шой точностью и, следовательно, погрсш- системы (фиг. 1, б (8). Часть подвеса а, где р — масса измеряемого образца;

А — масса одно).о из дополнительных грузов с подвесом; . — масса второго дополнительного груза;

В+ — масса второго дополчительпого груза с подвесом;. .o — масса гирь, требуемая для уравновешивания системы весов с подвешенными к коромыслам дополн1ительными грузами, находящимися в жидкости и помещенными на один из грузо" измеряемым образцом;

Г, — часть объема подвеса груза, .находящаяся в жидкости; .0 „— плотность материала грузов;

d „. — плотность жидкости.

На фиг. 1 показаны этапы (а и o) взвешивания, осуществляемые по предлагаемому способу.

Предварительно определяются массы измеряемого образца р, грузов А и В и проволочных подвесов а и b, а тагкже плотность совокупности груза А + груз В + поднес а-= D,. Извсстно, что плотность образца ооъемогм 1 си " можно определить с относительной погрешностью — 0,1 О о.

B дальнейшем для упрощения записи там, где это удобно, сумма масс груза и подвеса обозначается заглавной буквой с индексом +, например груз А-)- подвес гь —:-А-.

Гидростатическое взвешивание состоит из двух этапов, фиг. 1, а: взвеп.ивание одного груза А 1 на подвесе а 2 вместе с,измеряемым образцом р 8 в жидкости 4 на аналитических весах б; фиг. 1, б: определение разницы в весах груза В б и подвеса

b 7 с добавленным к ним образцом р З,и груза А+ подвес а, подвешенных к противоположным концам коромысла весов и погруженных в воду на одинаковую глубину (вполне достаточна одинаковость погруяения грузов +1 -)-2 я,и), фиг. 1, б.

Конструктивные особенности весов и грузов по фиг. 1 не показаны.

Обработка результатов наблюдений прово,.ится следующим образом.

Первый этап дает возможность определить эффективную плотность совокупности образец р+груз А+подвес а с весьма высокой точностью, так как неопределенная до20 оавка .+Л очень мала по сравнению с силой тяжести груза А

Р+ А+ — (--) — Л+ — (Р— Л -)„.

25 Второй этап является объединяющим и требует подробного изложения. Масса тела пли комплекса тел равна их средней

: лотности, умноженной на объем. Для измеряемого образца р = dX V и далее по

00 аналогии: А = -Îë Ул В = Юз XV, a= — ", ) 1 —— — 1.

По предлагаемому способу плотности матсрпалов образца, грузов и проволочных подвссов по отдельности не измеряются, а

З5 измеряются эффективные плотности комп, с.;сов тел, псэтому можем написать следующие выражения:

А — + Й = D„. (Vp —, Гд —, - " /.,1, (3)

А+ —, Р = З р-(1/А — V )- 1/„), (4)

Из выра>кения (3) находим объем груза А с подвесом а

A -+B — D„V аD г

45 и, подставив в выражение (4), получаем

828016 находящуюся в воде, мы не выделяем, так 7 и проведя соответствующие преобразовакак в этом нет необходимости. ния, получаем выражение для объема груПодставив выражение 5 в выражение за ( — Р) D„+ Bd.,„— Vd.„,,D„— Л + (DÄ â€” d.„) — PD„— V,,d.„.D„ измеряемого обс помощью которого и уравнения (6) приходим к окончательному выражению для определения плотности разца зр

d—

Зр —, Л+ +  — . — 2(Л (9) (А + —, В)

-V

+Р)„,— Р

Ф ор мул а изобретения

Зр

Й—

3p — Л- +  — — 2(Л вЂ” +

Р (k - i3) — — — — — - — V,, D„ масса измеряемого образца, масса одного из дополнительных грузов с подвесом; масса второго дополнительного груза; масса второго дополнительного груза с подвесом;

:где р—

А+— масса гирь, требуемая для уравнивания системы весов с подве шенными к коромыслам дополнительными грузами, находящимися в жидкости и помещенныP

Пример. Для измерения плотности вещества сферического образца феррита массой 42,62 мг использованы лабораторные весы АДВ-200 с вариацией показаний 1,5 деления и гирями 2-го класса, дистиллирован ная вода, вольфрамовая проволока

0,05 мм для подвесов (выбраны подвесы одинаковой массы 2,3 мг, хотя это и не является обязательным), два латунных груза в виде полированных полусфер с углублениями (см. фиг. 2), массой 16,5313 г (А) и 16,2339 г (В). Трехкратное определение плотности материала грузов, выполненное с промежутками 2 — 3 дня, дало следующие значения: D„8,40549; Р,40516 и 8,40556 г/сл .

Для расчетов взято среднее арифметическое 8,4054 г/см . Поскольку масса проволочного подвеса составляла всего 0,0023 г, можно считать, что материал каждого груза обладает указанной плотностью.

Для измерения плотности образца проведенные в серии других измерений дали значения плотности вещества — 5,73 и — 5,75 г/см . Измерение плотности прямым измерением с помощью формулы (1) на этих же весах с тем же подвесом и грузом

10 В дало значение плотности — 4,71 г/смз, хотя максимальная (рентгеновская) плотность этого вещества равна 5,74 г/слР и при рассмотрении шлифов пористость бы»а определена не выше 1 о.

Способ определения плотности твердых

20 веществ путем гидростатического взвешивания, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, микрообразцов, производят взвешивание образца с грузами, масса которых на 3 — 4

25 порядка превышает массу исследуемого образца, и плотность образца определяют по формуле ми на один,из грузов измеряе.мым образцом;

30 V,,— часть объема подвеса груза, находящаяся в жидкости;

D,— плотность материала грузов;

d.„. — плотность жидкости.

Источники информации, принятые во

Зь внимание при экспертизе:

1. Глыбин И. П.Автоматические плотномеры. 1 иев, «Техника», 1975, с. 5 — 20.

2. Ильинский Г. А. Определение плотности минералов. Л., «Недра», 1975, с. 30

40 (прототип) .

828016

/F

Составитель В. Сизенев

Редактор О. Филиппова Тсхред А. Камышникова Коррсктор И. Осиповская

Изд. ¹ 354 Тираж 915 Подписное

11ПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4!5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»