Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

При высоких значениях внутреннего трения, когда n мало (n ~ 10-15), измерения производятся 10 и более раз и берется среднее значение, тогда

Подставляя в (5.23) значения 1 = 400 мВ, n+1 = 200 мВ (то есть, когда 1/n+1 = 2 – минимально), 1 = 1 мВ, n+1= 0,5 мВ, n = 10, n = 1, получим

Q 1

изм 100 % 1,9 % .

Qизм1

Таким образом, при заведомо наихудших условиях и при высоких температурах относительная ошибка не превышает 3,6 %. При комнатной и низких температурах n = 200-300. Кроме того, Q-1 измеряется при значениях 1/n+1 = 4- 8, что также приводит к уменьшению погрешности измерения. Учет этих и других погрешностей показывает, что общая погрешность измерения при комнатной температуре не превышает 1 %, а при гелиевых снижается до 0,5 %.

5.3.3.Методики измерения внутреннего трения

вобласти частот 5 102 - 5 105 Гц

Для этих методов характерно отсутствие специальной инерционной системы, связанной с образцом. Диапазон частот зависит от типа возбуждаемых колебаний, размера и формы образцов. В основном возбуждение и регистрация колебаний осуществляется двумя способами: пьезоэлектрическим и электромагнитным.

246

Пьезоэлектрическое возбуждение колебаний при измерении внутреннего трения впервые было использовано Куимби (1925 г.), а затем Захарьясом (1933 г.). Сущность метода состоит в том, что пьезоэлектрический преобразователь приклеивают к образцу в виде цилиндрического или прямоугольного стержня и полученную систему настраивают в резонанс (см. рис. 5.11).

Измеряют частоту, добротность системы, учитывают влияние преобразователя, определяют внутреннее трение образца. Этот метод получил широкое распространение в связи с тем, что обычно используемые кварцевые преобразователи обладают идеальными механическими свойствами и весьма малыми потерями.

Логарифмический декремент составного стержня можно определить по формуле

Здесь m1 и m2 – массы образца и кварца; f0 – резонансная частота составного стержня; fа, fр – частоты на антирезонансе и резонансе соответственно цепи составного стержня; Va и Vp – падение напряжения на сопротивлении 7, последовательно соединенном с составным стержнем, при антирезонансе и резонансе.

Опыт сначала проводят только для кварца (m1=0) и затем для составного стержня. Затем уже находят декремент колебаний образца.

247

электромагнитный датчик 3 (см. рис. 5.12), питаемый от генератора 5, создает переменное магнитное поле, которое взаимодействует с ферромагнитным диском 2 и приводит в колебательное движение образец. Во второй катушке 4, служащей приемником, создается э.д.с., которая усиливается и регистрируется. Взаимное расположение датчика и дисков определяет тип колебаний. При расположении, показанном на рис. 5.12, а, возбуждаются продольные колебания. Могут они быть также изгибными и даже крутильными.

Для измерения малого внутреннего трения метод, представленный на рис. 5.12, а, мало пригоден. Ферромагнитные диски вносят дополнительный вклад в общий фон внутреннего трения. Кроме того, этот метод мало пригоден при измерениях в области высоких температур.

Рис. 5.12. Электромагнитный способ возбуждения колебаний: Схема а: 1 – образец; 2 – ферромагнитные пластины; 3 – датчик; 4 – приемник; 5 – генератор; 6 – усилитель и осциллограф. Схема б: 1 – образец; 2 – упругий подвес; 3 – датчик; 4 – приемник; 5 – генератор; 6 – усилитель и осциллограф; 7 – печь или холодильник

Методика, представленная на рис. 5.12, б, была предложена Фёрстером (1937 г.). Колебания к образцу передаются через проволочный подвес. Через другой подвес

249

колебания передаются на регистрирующее устройство. Этот способ удобен для измерения внутреннего трения при высоких температурах: подвесы выводятся из нагревательного устройства, и вся электрическая часть находится в условиях комнатной температуры. Таким образом, эта методика позволяет измерять внутреннее трение материалов в интервале температур от 4 до 1000 К.

5.3.4. Измерение затухания в твердых телах в области частот 106-109 Гц

5.3.4.1. Импульсный эхо-метод

Импульсная методика затухания ультразвука стала применяться сравнительно недавно. Суть этой методики заключается в следующем.

1

2

3

4

Рис. 5.13. Схематичное изображение образца, склейки и преобразователя с нанесенными на него электродами

Для измерения затухания в образец перпендикулярно его

250