§ 4. МЕТОД МЕХАНООПТИЧЕСКОГО РЫЧАГА

До самого последнего времени одним из наиболее распространенных методов измерения магнитострикции являлся метод механооптического рычага, который применялся многими исследователями [23, 24]. Впоследствии этот метод неоднократно усовершенствовался по линии улучшения механической передачи [6, 18, 25, 26].

Рассмотрим наиболее совершенные варианты этого метода [18]. Схема основных частей прибора, измерительной головки и намагничивающей катушки показана на рис. 64. Измеряемый образец 1 в виде стержня длиной и диаметром помещают внутри медной гильзы 2. Один конец образца жестко крепится к медной шайбе 3, а другой — свободно проходит через медное кольцо 4. Образец вместе с медной гильзой помещают в намагничивающую катушку 5. Механическая передача состоит из двух алюминиевых стержней которые соединены между собой бронзовой пружиной 9. На концах стержней находятся вольфрамовые иголки, одна из которых упирается в агатовое основание, находящееся на конце образца, а другая в такое же основание винта 8. Стержень 7 имеет отросток, который покоится на валике 11, имеющем зеркальце 12. На противоположном конце валика для уравновешивания веса зеркальца имеется грузик 13. Винт 8 позволяет создавать некоторый прогиб пружины, так что стержни 6 и 7 образуют некоторый угол. Давление на агатовое основание очень маленькое. Рычажная система не зажата и может легко вращаться, давя своим весом на ось зеркальца. Увеличение системы зависит от заданного прогиба стержней 6 и 7, стрелка прогиба которых проверяется по окулярному микрометру. После того как образец помещен в систему и отмечено нулевое положение светового зайчика на шкале, можно приступить к измерению магнитострикции.

В магнитном поле длина образца изменяется на некоторую величину, что вызывает смещение стержня 6 на ту же величину. Это приводит к перемещению стержня 10, который повернет ось зеркальца на некоторый угол, в результате чего световой зайчик переместится по шкале. Величина магнитострикции определяется по формуле

где I — длина образца, а — отклонение светового зайчика по шкале радиус оси вращения зеркальца, расстояние от зеркальца до шкалы.

Градуировка установки проводится по чистому никелю, величина магнитострикции которого известна с достаточной точностью. Рассмотренный нами метод механооптического рычага дает возможность измерять относительную магнитострикцию порядка с точностью до 4%. Для ускорения измерения этот метод часто используется с фотозаписью, что позволяет определить кривую магнитострикции для одного образца в течение нескольких минут.

Рис. 64. Устройство установки, основанной на механооптическом методе: 1 — исследуемый образец, 2 — медная гильза, 3 — шайба, 4 — кольцо, 5— намагничивающая катушка, 6 и 7— алюминиевые стержни, 8— винт, 9 — бронзовая пружина, 10— металлический стержень, 11 — валик 12 — зеркальце, 13 — грузик

Рис. 65. Разрез прибора для измерения магнитострикции: 1 — образец, 2 — кварцевая трубка, 3 — опора, 4 — кварцевый стержень, -направляющие атулки, 7 — пружина. 8 — ось, 9 — зеркальце, 10 — агатовые подшипники, 11 — основание рамы, 12 — винт, 13 — печь, 14 — теплоизолирующий слой, 15 — термопара, -катушка компенсации земного поля

На рис. 65 показана измерительная головка и схема установки для измерения магнитострикции, примененные Власовым [6].

Исследуемый образец находится в вертикальном положении по оси кварцевой трубки, которая имеет диаметр 2,8 см и длину 65 см. Нижний конец образца упирается в кварцевую опору. Верхний конец впаян в основание кварцевого стержня. Такое крепление устраняет боковые колебания системы с образцом. В результате изменения длины образца кварцевый стержень перемещается в отверстиях направляющих втулок. С верхним концом кварцевого стержня соединена тонкая упругая проволочка, перпендикулярно которой укреплена в подшипниках бронзовая вращающая ось, на ней находится небольшое плоское зеркальце. Микрометрический винт регулирует положение оси. Изменение длины исследуемого образца передается проволоке, которая поворачивает ось с зеркальцем. Это приводит к смещению светового луча в щели фотокамеры. В камеру вставлен барабан вместе с намотанной на него фотопленкой. Барабан приводит в движение мотор, скорость вращения которого регулируется сменными шкивами.

Перед началом измерений устанавливают нулевое положение светового луча. Затем открывают щель камеры и включают мотор. На пленке прочерчивается линия, которая соответствует состоянию системы без магнитного поля. Со второго оборота барабана включается магнитное поле, напряженность которого медленно увеличивается с помощью жидкостного реостата. На фотопленке в условных единицах записывается магнитострикции образца при данной температуре в функции напряженности внешнего магнитного поля.

Метод механооптического рычага был использован Ягола [19] для измерения магнитострикции в зависимости от намагниченности образца, которая определяется при помощи магнитометра. Луч света от магнитострикционного измерителя падает на зеркало магнитометра, при этом магнитострикционный эффект поворачи-. вает его в вертикальной плоскости, а магнитометр перемещает луч в горизонтальной плоскости.

В установке осуществлена фотозапись кривых магнитострикции в функции напряженности магнитного поля и намагниченности. По оценке автора, погрешность измерения магнитострикции равна приблизительно 10%.

Для увеличения точности при температурных измерениях следует исключить влияние теплового расширения образца. Это можно сделать несколькими способами: стабилизировать температуру или проводить быстрое измерение, чтобы тепловые воздействия не успевали сказываться на результатах измерений. Кроме того, тепловую компенсацию можно выполнить путем подбора комбинаций различных стержней, которые передают изменение длины образца на ось с зеркалом и компенсируют это изменение.

Применение механооптического метода ограничено размерами образцов, так как при использовании образцов небольшой длины сильно уменьшается чувствительность установки. При создании

установок, основанных на этом методе, необходимо устранять по возможности проскальзывание валика с зеркалом.