Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца
Предлагается простой метод измерения зависимости плотности газов и жидкостей от давления в широком интервале температур, основанный на принципе свободного подвешивания эталонного парамагнитного образца в неоднородном магнитном поле, когда его вес с учетом гидростатической поддержки среды скомпенсиро...
Gespeichert in:
| Datum: | 2002 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2002
|
| Schriftenreihe: | Физика низких температур |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128711 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца / А.С. Панфилов, Ю.Я. Пушкарь // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 10. — С. 1103-1109. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-128711 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1287112025-02-23T20:25:23Z Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца Measurement of the densities of liquids and gases under pressure using magnetic levitation of a standard sample Панфилов, А.С. Пушкарь, Ю.Я. Новые методы низкотемпературного эксперимента Предлагается простой метод измерения зависимости плотности газов и жидкостей от давления в широком интервале температур, основанный на принципе свободного подвешивания эталонного парамагнитного образца в неоднородном магнитном поле, когда его вес с учетом гидростатической поддержки среды скомпенсирован магнитной силой. В качестве примера использования метода определена плотность газообразного гелия до давлений ~ 2,5 кбар при температурах 20,4 и 77,3 К. Запропоновано простий метод вимiрювання залежностi густини газiв та рiдин вiд тиску в широкому iнтервалi температур, заснований на принципі вiльного пiдвiшування еталонного парамагнiтного зразка в неоднорiдному магнiтному полi, коли його вага с урахуванням гiдростатичної пiдтримки середовища зкомпенсована магнiтною силою. Як приклад використання методу, визначено густину газоподiбного гелiю до тиску ~ 2,5 кбар при температурах 20,4 та 77,3 К. A simple method is proposed for measuring the pressure dependence of the density of gases and liquids in a wide temperature range. The method is based on the principle of free suspension of a standard paramagnetic sample in a nonuniform magnetic field, when the magnetic force compensates the weight of the sample, taking account of the hydrostatic support of the medium. As an example of the application of the method, the density of helium gas up to pressure ∼2.5 kbar at temperatures 20.4 and 77.3 K is determined. Авторы выражают благодарность И. В. Свечкареву за полезные замечания, сделанные после прочтения рукописи. Работа посвящена 70-летию академика Виктора Валентиновича Еременко, с которым авторы имеют честь приятно и плодотворно сотрудничать на протяжении многих лет. 2002 Article Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца / А.С. Панфилов, Ю.Я. Пушкарь // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 10. — С. 1103-1109. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 07.35.+k, 51.30.+i, 51.35.+a, 62.10.+s, 85.70.Rp https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128711 ru Физика низких температур application/pdf Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Новые методы низкотемпературного эксперимента Новые методы низкотемпературного эксперимента |
| spellingShingle |
Новые методы низкотемпературного эксперимента Новые методы низкотемпературного эксперимента Панфилов, А.С. Пушкарь, Ю.Я. Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца Физика низких температур |
| description |
Предлагается простой метод измерения зависимости плотности газов и жидкостей от давления в широком интервале температур, основанный на принципе свободного подвешивания эталонного парамагнитного образца в неоднородном магнитном поле, когда его вес с учетом гидростатической поддержки среды скомпенсирован магнитной силой. В качестве примера использования метода определена плотность газообразного гелия до давлений ~ 2,5 кбар при температурах 20,4 и 77,3 К. |
| format |
Article |
| author |
Панфилов, А.С. Пушкарь, Ю.Я. |
| author_facet |
Панфилов, А.С. Пушкарь, Ю.Я. |
| author_sort |
Панфилов, А.С. |
| title |
Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца |
| title_short |
Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца |
| title_full |
Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца |
| title_fullStr |
Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца |
| title_full_unstemmed |
Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца |
| title_sort |
измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2002 |
| topic_facet |
Новые методы низкотемпературного эксперимента |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/128711 |
| citation_txt |
Измерение плотности газов и жидкостей под давлением с помощью магнитной левитации эталонного образца / А.С. Панфилов, Ю.Я. Пушкарь // Физика низких температур. — 2002. — Т. 28, № 10. — С. 1103-1109. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| series |
Физика низких температур |
| work_keys_str_mv |
AT panfilovas izmerenieplotnostigazovižidkostejpoddavleniemspomoŝʹûmagnitnojlevitaciiétalonnogoobrazca AT puškarʹûâ izmerenieplotnostigazovižidkostejpoddavleniemspomoŝʹûmagnitnojlevitaciiétalonnogoobrazca AT panfilovas measurementofthedensitiesofliquidsandgasesunderpressureusingmagneticlevitationofastandardsample AT puškarʹûâ measurementofthedensitiesofliquidsandgasesunderpressureusingmagneticlevitationofastandardsample |
| first_indexed |
2025-11-25T04:30:43Z |
| last_indexed |
2025-11-25T04:30:43Z |
| _version_ |
1849735302978994176 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10, ñ. 1103–1109
Èçìåðåíèå ïëîòíîñòè ãàçîâ è æèäêîñòåé ïîä
äàâëåíèåì ñ ïîìîùüþ ìàãíèòíîé ëåâèòàöèè
ýòàëîííîãî îáðàçöà
À. Ñ. Ïàíôèëîâ, Þ. ß. Ïóøêàðü
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á. È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: panfilov@ilt.kharkov.ua
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 11 èþíÿ 2002 ã.
Ïðåäëàãàåòñÿ ïðîñòîé ìåòîä èçìåðåíèÿ çàâèñèìîñòè ïëîòíîñòè ãàçîâ è æèäêîñòåé îò
äàâëåíèÿ â øèðîêîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð, îñíîâàííûé íà ïðèíöèïå ñâîáîäíîãî ïîä-
âåøèâàíèÿ ýòàëîííîãî ïàðàìàãíèòíîãî îáðàçöà â íåîäíîðîäíîì ìàãíèòíîì ïîëå, êîãäà åãî
âåñ ñ ó÷åòîì ãèäðîñòàòè÷åñêîé ïîääåðæêè ñðåäû ñêîìïåíñèðîâàí ìàãíèòíîé ñèëîé. Â
êà÷åñòâå ïðèìåðà èñïîëüçîâàíèÿ ìåòîäà îïðåäåëåíà ïëîòíîñòü ãàçîîáðàçíîãî ãåëèÿ äî
äàâëåíèé � 2,5 êáàð ïðè òåìïåðàòóðàõ 20,4 è 77,3 Ê.
Çàïðîïîíîâàíî ïðîñòèé ìåòîä âèìiðþâàííÿ çàëåæíîñòi ãóñòèíè ãàçiâ òà ðiäèí âiä òèñêó
â øèðîêîìó iíòåðâàëi òåìïåðàòóð, çàñíîâàíèé íà ïðèíöèï³ âiëüíîãî ïiäâiøóâàííÿ åòà-
ëîííîãî ïàðàìàãíiòíîãî çðàçêà â íåîäíîðiäíîìó ìàãíiòíîìó ïîëi, êîëè éîãî âàãà ñ óðà-
õóâàííÿì ãiäðîñòàòè÷íî¿ ïiäòðèìêè ñåðåäîâèùà çêîìïåíñîâàíà ìàãíiòíîþ ñèëîþ. ßê ïðèê-
ëàä âèêîðèñòàííÿ ìåòîäó, âèçíà÷åíî ãóñòèíó ãàçîïîäiáíîãî ãåëiþ äî òèñêó � 2,5 êáàð ïðè
òåìïåðàòóðàõ 20,4 òà 77,3 Ê.
PACS: 07.35.+k, 51.30.+i, 51.35.+a, 62.10.+s, 85.70.Rp
Ââåäåíèå
Ìåòîäû ãèäðîñòàòè÷åñêîãî âçâåøèâàíèÿ, ïðè-
ìåíÿåìûå äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè ãàçîâ è
æèäêîñòåé ïðè çàäàííûõ äàâëåíèè è òåìïåðàòó-
ðå, îñíîâàíû íà èçìåíåíèè âåñà òåëà (ïîïëàâêà)
ïðè åãî ïîãðóæåíèè â èññëåäóåìóþ ñðåäó. Îñíîâ-
íûå îòëè÷èÿ èñïîëüçóåìîé àïïàðàòóðû îïðåäåëÿ-
þòñÿ óñòðîéñòâàìè äëÿ èçìåðåíèÿ âåñà ïîïëàâêà.
Ñïåöèôèêà ñóùåñòâóþùèõ âåñîâûõ ìåòîäîâ (ìå-
õàíè÷åñêèõ âåñîâ ñ ðàçëè÷àþùèìèñÿ îáúeìîì
ïëå÷àìè, òåíçîìåòðè÷åñêèõ âåñîâ è äð.) õàðàêòå-
ðèçóåòñÿ îòíîñèòåëüíîé ñëîæíîñòüþ ìåõàíè÷å-
ñêèõ óñòðîéñòâ, òðóäîeìêîñòüþ èçìåðèòåëüíîãî
ïðîöåññà è íåîáõîäèìîñòüþ òùàòåëüíîãî ó÷eòà
áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ôàêòîðîâ äëÿ ïîâûøåíèÿ
òî÷íîñòè èçìåðåíèé [1].
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ïðåäëàãàåòñÿ ñðàâíèòåëü-
íî ïðîñòîé ìåòîä èçìåðåíèÿ ïëîòíîñòè ãàçîîáðàç-
íûõ è æèäêèõ ñðåä, îñíîâàííûé íà èçó÷åíèè óñ-
ëîâèé ñâîáîäíîãî ïîäâåøèâàíèÿ (ëåâèòàöèè)
ýòàëîííîãî ïàðàìàãíèòíîãî îáðàçöà íåîäíîðîä-
íûì ìàãíèòíûì ïîëåì, êîãäà åãî âåñ, ñ ó÷eòîì
ãèäðîñòàòè÷åñêîé ïîääåðæêè ñðåäû, ñêîìïåí-
ñèðîâàí ìàãíèòíîé ñèëîé. Äëÿ èëëþñòðàöèè
âîçìîæíîñòåé ìåòîäà ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû èñ-
ñëåäîâàíèÿ ïëîòíîñòè ãàçîîáðàçíîãî ãåëèÿ äî
äàâëåíèé 2,5 êáàð ïðè òåìïåðàòóðàõ 20,4 è
77,3 Ê.
Ëåâèòàöèîííûé ìåòîä è èçìåðèòåëüíàÿ
àïïàðàòóðà
Ðåàëèçàöèÿ ðåæèìà ëåâèòàöèè â íåîäíîðîäíîì
ìàãíèòíîì ïîëå [2] âîçìîæíà ïðè âûïîëíåíèè
óñëîâèÿ
� �
�
�
g = H
z
H
, (1)
ãäå g — óñêîðåíèå ñèëû òÿæåñòè; � — ïëîòíîñòü
îáðàçöà; H è äH/äz — âåëè÷èíà ìàãíèòíîãî ïîëÿ
è âåðòèêàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ åãî ãðàäèåíòà; � —
îáúåìíàÿ âîñïðèèì÷èâîñòü îáðàçöà. Åñëè îáðà-
çåö ïîäâåøèâàåòñÿ â íåêîòîðîé ñðåäå ñ ïëîòíî-
© À. Ñ. Ïàíôèëîâ, Þ. ß. Ïóøêàðü, 2002
ñòüþ �0 è âîñïðèèì÷èâîñòüþ �0, òî àíàëîãè÷íîå
(1) óñëîâèå èìååò âèä
g H
H
z
( ) ( )� � � �
�
�
� � �0 0 . (2)
Ïðè èñïîëüçîâàíèè â êà÷åñòâå ýòàëîííîãî îá-
ðàçöà òèïè÷íîãî ïàðàìàãíåòèêà (íàïðèìåð, èç ïå-
ðåõîäíûõ ìåòàëëîâ) ñ óäåëüíîé âîñïðèèì÷èâî-
ñòüþ � � �g /� �~10 5 ýìå/ã äîñòàòî÷íûå äëÿ åãî
ïîäâåøèâàíèÿ õàðàêòåðèñòèêè ìàãíèòíîãî ïîëÿ
ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû ñ ïîìîùüþ ñâåðõïðîâîäÿ-
ùåãî ñîëåíîèäà. Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåíî ñõåìàòè÷å-
ñêîå ðàñïðåäåëåíèå âåëè÷èíû ìàãíèòíîé ñèëû
F H H/ zz � � � âäîëü âåðòèêàëüíîé îñè z ñîëåíîè-
äà, êîòîðàÿ èìååò ìàêñèìóì ó åãî êðàÿ â òî÷êå z0.
Ïðîöåäóðà èçìåðåíèÿ óñëîâèé ëåâèòàöèè ñîñòîèò
â ñëåäóþùåì. Ïóñòü ïðè òîêå ÷åðåç ñîëåíîèä I2
îáðàçåö (â äàííîì ñëó÷àå ïàðàìàãíåòèê) âèñèò â
òî÷êå z2 (ñì. ðèñ. 1), ïîñêîëüêó åãî âåñ ñêîìïåí-
ñèðîâàí ìàãíèòíîé ñèëîé èìåííî â ýòîé òî÷êå
(áîêîâûå ñìåùåíèÿ, îòíîñèòåëüíî êîòîðûõ ðàâ-
íîâåñèå ïàðàìàãíåòèêîâ íåóñòîé÷èâî, îãðàíè÷è-
âàþòñÿ âåðòèêàëüíûìè ñòåíêàìè òðóáêè). Ñ
óìåíüøåíèåì òîêà äî I1 îáðàçåö ïåðåìåùàåòñÿ â
òî÷êó z1 è, íàêîíåö, ïðè íåêîòîðîì òîêå I0 óñëî-
âèå (2) ïåðåñòàåò âûïîëíÿòüñÿ è îáðàçåö âûïàäà-
åò èç îáëàñòè ïîäâåøèâàíèÿ â òî÷êå z0 . Òàêèì
îáðàçîì, îïðåäåëåíèå óñëîâèé ìàãíèòíîé ïîäâåñ-
êè ýòàëîííîãî îáðàçöà òðåáóåò ëèøü ôèêñàöèè
çíà÷åíèÿ I0, èìåíóåìîãî â äàëüíåéøåì òîêîì
ñðûâà. Ñîîòâåòñòâóþùåå åìó ìàêñèìàëüíîå çíà-
÷åíèå ( )H H/ z� � max íàõîäèòñÿ èç êàëèáðîâî÷íîé
çàâèñèìîñòè ýòîé âåëè÷èíû îò I. Îòñóòñòâèå êà-
êèõ-ëèáî ìåõàíè÷åñêèõ «ïîääåðæåê» îáðàçöà è
âûñîêàÿ òî÷íîñòü îòíîñèòåëüíûõ èçìåðåíèé I0
(� 0,1% â ýêñïåðèìåíòàõ Ãîðäîíà [2] ïðè íîð-
ìàëüíîì äàâëåíèè) ïîçâîëÿþò ïðèìåíèòü äàííûé
ìåòîä äëÿ íàäeæíîãî âûäåëåíèÿ âêëàäà ãèäðîñòà-
òè÷åñêîé ïîääåðæêè ñðåäû â óñëîâèÿõ ëåâèòàöèè
(2) è îïðåäåëèòü ïîâåäåíèå ýòîãî âêëàäà ïðè âû-
ñîêèõ äàâëåíèÿõ â øèðîêîì èíòåðâàëå òåìïåðà-
òóð (âêëþ÷àÿ íèçêèå òåìïåðàòóðû). Îòìåòèì,
÷òî äîïîëíèòåëüíûì óñëîâèåì äîñòèæåíèÿ âûñî-
êîé òî÷íîñòè ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ èçîòðîïíîñòü ìàã-
íèòíîé âîñïðèèì÷èâîñòè ýòàëîííûõ îáðàçöîâ. Â
êà÷åñòâå ïîñëåäíèõ ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû âå-
ùåñòâà ñ êóáè÷åñêîé êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêîé,
õàðàêòåð ñèììåòðèè êîòîðîé îïðåäåëÿåò îòñóò-
ñòâèå àíèçîòðîïèè âîñïðèèì÷èâîñòè. Âåùåñòâà
ñ äðóãèì òèïîì ðåøåòêè äîëæíû áûòü â âèäå
ìåëêîçåðíèñòûõ ïîëèêðèñòàëëîâ áåç òåêñòóðû, â
êîòîðûõ èçîòðîïíîñòü ñâîéñòâ åñòü ñëåäñòâèå èõ
óñðåäíåíèÿ ïî êðèñòàëëîãðàôè÷åñêèì íàïðàâ-
ëåíèÿì.
Êàê ñëåäóåò èç (2) ñ ó÷eòîì � � �0
0
0� g (� g
0 —
óäåëüíàÿ âîñïðèèì÷èâîñòü ñðåäû), çíà÷åíèå
ïëîòíîñòè ñðåäû �0 ïðè çàäàííûõ P è T îïðåäå-
ëÿåòñÿ âûðàæåíèåì
� �
� � �
� �
0
1
0 1
1
1
( , ) ( , )
( , ) ( )
( , ) (
P T P T
P T g H H/ z
P T g H
g
g
�
�
�
�
� H/ z� )
.
(3)
Ïðè ôèêñèðîâàííîé òåìïåðàòóðå âõîäÿùèå â (3)
çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè � è âîñïðèèì÷èâîñòè �g ýòà-
ëîííîãî îáðàçöà â çàâèñèìîñòè îò äàâëåíèÿ íàõî-
äÿòñÿ ñ ïîìîùüþ ñîîòíîøåíèé
� � �( ) ( )( )P P� 0 1 ,
� �
� �
�g g
g
P
P
P( ) ( )(
ln
)� 0 1 ,
(4)
ãäå ñæèìàåìîñòü îáðàçöà � � �� � lnV/ P è ïðîèç-
âîäíàÿ åãî âîñïðèèì÷èâîñòè ïî äàâëåíèþ
� � �ln g/ P ïðåäïîëàãàþòñÿ èçâåñòíûìè. Âîñïðè-
èì÷èâîñòü ñðåäû â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ìàëà ïî
ñðàâíåíèþ ñ âîñïðèèì÷èâîñòüþ ýòàëîííîãî îá-
ðàçöà (� �g g
0
), è äëÿ îöåíêè ñâÿçàííîãî ñ íåþ
âêëàäà ìîæíî ïðåíåáðå÷ü çàâèñèìîñòüþ � g
0 îò
äàâëåíèÿ, ïîëàãàÿ � � �ln g/ P0 0� .
Èñïîëüçóåìàÿ èçìåðèòåëüíàÿ àïïàðàòóðà ñî-
äåðæèò: à) êàìåðó âûñîêîãî äàâëåíèÿ èç íåìàã-
íèòíîãî ìàòåðèàëà, á) èñòî÷íèê ìàãíèòíîãî ïîëÿ,
â) êðèîãåííóþ ñèñòåìó è ã) ãåíåðàòîð âûñîêîãî
1104 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10
À. Ñ. Ïàíôèëîâ, Þ. ß. Ïóøêàðü
Ðèñ. 1. Ñõåìàòè÷åñêîå ðàñïðåäåëåíèå ìàãíèòíîé ñèëû
F H äH/äzz � âäîëü âåðòèêàëüíîé îñè ñîëåíîèäà S
ïðè íåêîòîðûõ òîêàõ I0 < I1 < I2.
äàâëåíèÿ. Ñõåìàòè÷åñêèé âèä è âçàèìíîå ðàñïî-
ëîæåíèå îñíîâíûõ óçëîâ óñòðîéñòâà ïðèâåäåíû
íà ðèñ. 2.
Öèëèíäðè÷åñêèé êîðïóñ 5 êàìåðû âûñîêîãî
äàâëåíèÿ èçãîòîâëåí èç òåðìîîáðàáîòàííîé áå-
ðèëëèåâîé áðîíçû (ÁðÁ2) è èìååò âíåøíèé è
âíóòðåííèé äèàìåòð 7 è 3 ìì ñîîòâåòñòâåííî è
äëèíó 125 ìì. Ñ ïîìîùüþ ñòÿãèâàþùåé ãàéêè 4 ñ
ïðàâîé-ëåâîé ðåçüáîé è ïåðåõîäíèêà 1 êàìåðà ñî-
åäèíÿåòñÿ êàïèëëÿðîì (íà ðèñóíêå îïóùåí) c ãå-
íåðàòîðîì âûñîêîãî ãàçîâîãî äàâëåíèÿ. Ê ïåðå-
õîäíèêó 1 ïðèïàÿí øòîê 7 ñ âíóòðåííèì
îòâåðñòèåì äëÿ îáðàçöà, íèæíÿÿ ÷àñòü êîòîðîãî
âìåñòå ñ íèæíåé ÷àñòüþ êàìåðû èçîáðàæåíà íà
ðèñ. 2,á. Äëÿ ðåãèñòðàöèè ïåðåäâèæåíèÿ îáðàçöà
8 èñïîëüçóåòñÿ êàòóøêà 10, íàìîòàííàÿ ïðîâîäîì
ÏÝËØÎ-0,1 (15–20 âèòêîâ) íà êàðêàñå 9 èç èçî-
ëÿòîðà (òåôëîí), êîòîðûé êðåïèòñÿ ê øòîêó 7
ïîñðåäñòâîì ðåçüáîâîãî ñîåäèíåíèÿ. Ïðîñòðàíñò-
âî, â êîòîðîì äâèæåòñÿ îáðàçåö, îáðàçîâàíî ðà-
áî÷èì êàíàëîì â øòîêå 7 è åãî ïðîäîëæåíèåì â
êàðêàñå 9. Âûâîä ïðîâîäîâ êàòóøêè èç îáëàñòè
âûñîêîãî äàâëåíèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ÷åðåç ïðî-
äîëüíûé áîêîâîé ïàç â øòîêå 7, îñåâîå îòâåðñòèå
â ïåðåõîäíèêå 1, ïîäâîäÿùèé äàâëåíèå êàïèëëÿð
è ýëåêòðîââîäû âûñîêîãî äàâëåíèÿ ñòàíäàðòíîãî
òèïà (ñì., íàïðèìåð, [1]), ðàñïîëîæåííûå âíå
êðèîñòàòà.
 ïðîöåññå èçìåðåíèÿ ìîìåíò ñðûâà îáðàçöà è
åãî ïîïàäàíèÿ â êàòóøêó ðåãèñòðèðóåòñÿ ïî èçìå-
íåíèþ åå ðåçîíàíñíûõ ñâîéñòâ íà ÷àñòîòå � 5 ÌÃö
ñ ïîìîùüþ ìîñòà ïåðåìåííîãî òîêà, âûõîäíîé
ñèãíàë ñ êîòîðîãî ïîñëå äåòåêòèðîâàíèÿ íàáëþäà-
åòñÿ íà îñöèëëîãðàôå. Äëÿ óëó÷øåíèÿ âîñïðîèç-
âîäèìîñòè òîêà ñðûâà îáðàçöà îñîáîå âíèìàíèå
ïðè èçãîòîâëåíèè èçìåðèòåëüíîé êàìåðû óäå-
ëÿåòñÿ êà÷åñòâó ðàáî÷åãî êàíàëà, â êîòîðîì ïîä-
âåøèâàåòñÿ îáðàçåö è ïîâåðõíîñòü êîòîðîãî
òùàòåëüíî ïîëèðóåòñÿ äëÿ ñíèæåíèÿ åå øåðîõî-
âàòîñòè. Òó æå öåëü ïðåñëåäóåò ïðèãîòîâëåíèå
îáðàçöà â âèäå ñôåðû è âûáîð ñîîòíîøåíèÿ ìåæ-
äó åãî äèàìåòðîì (1 ìì) è äèàìåòðîì êàíàëà
(1,2 ìì), ñâîäÿùèé ê ìèíèìóìó áîêîâûå îòêëî-
íåíèÿ îáðàçöà îò âåðòèêàëüíîé îñè. Äëÿ ïðåäîò-
âðàùåíèÿ âîçìîæíîãî ïðè ïðèëîæåíèè äàâëåíèÿ
ñìåùåíèÿ îñè êàìåðû îò ïåðâîíà÷àëüíîãî ïî-
ëîæåíèÿ ïîñëåäíÿÿ ôèêñèðóåòñÿ îòíîñèòåëüíî
âíóòðåííåãî êàíàëà àíòèêðèîñòàòà ñ ïîìîùüþ
ïðóæèííûõ íàïðàâëÿþùèõ. Íàêîíåö, ëåãêàÿ ìå-
õàíè÷åñêàÿ âèáðàöèÿ êàìåðû ñíèæàåò ýôôåêò
òðåíèÿ è «ïðèëèïàíèÿ» îáðàçöà ê ñòåíêàì êà-
íàëà.
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà ìàãíèòíîãî ïîëÿ èñïîëü-
çóåòñÿ ñâåðõïðîâîäÿùèé ñîëåíîèä äëèíîé 50 ìì
ñ âíóòðåííèì è âíåøíèì äèàìåòðîì 20 è 90 ìì
ñîîòâåòñòâåííî. Åãî îáìîòêà âûïîëíåíà ïðîâîäîì
èç ñïëàâà òèòàí—íèîáèé ñ êðèòè÷åñêèì òîêîì
� 20 À. Ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå ïîëÿ â öåíòðå ñî-
ëåíîèäà ñîñòàâëÿåò 5 Të. Ïèòàíèå ñîëåíîèäà
ïðîèçâîäèòñÿ ïðåöèçèîííûì ñòàáèëèçàòîðîì ïî-
ñòîÿííîãî òîêà, ïîçâîëÿþùèì îñóùåñòâëÿòü
åãî òîíêóþ äèñêðåòíóþ ðåãóëèðîâêó ñ øàãîì
îêîëî 0,005%. Êàëèáðîâî÷íàÿ çàâèñèìîñòü
( )maxH H/ z� � àïïðîêñèìèðóåòñÿ ëèíåéíîé ôóíê-
öèåé êâàäðàòà òîêà,
H
H
z
I
�
�
��
�
�
�
� �
max
2, (5)
÷òî ÿâëÿåòñÿ ñëåäñòâèåì ëèíåéíîé çàâèñèìîñòè
H I( ) ñîëåíîèäà. Âåëè÷èíà � â (5), îïðåäåëÿåìàÿ
ñ ïîìîùüþ âûðàæåíèÿ (1) ïî âåëè÷èíå òîêà ñðû-
âà â âàêóóìå îáðàçöîâ ñ èçâåñòíûìè çíà÷åíèÿìè
èõ âîñïðèèì÷èâîñòè, äëÿ äàííîãî ñîëåíîèäà ðàâ-
íà ( , , )1216 0 010 106� � Ý2/(ñì·À2).
Êðèîãåííàÿ ñèñòåìà ñìîíòèðîâàíà íà áàçå ìå-
òàëëè÷åñêîãî ãåëèåâîãî êðèîñòàòà ñòàíäàðòíîé
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10 1105
Èçìåðåíèå ïëîòíîñòè ãàçîâ è æèäêîñòåé ïîä äàâëåíèåì ñ ïîìîùüþ ìàãíèòíîé ëåâèòàöèè
Ðèñ. 2. Ñõåìû ëåâèòàöèîííîãî óñòðîéñòâà (à) è íèæ-
íåé ÷àñòè êàìåðû âûñîêîãî äàâëåíèÿ (á): 1 — ïå-
ðåõîäíèê; 2 — ïå÷ü; 3 — âíóòðåííÿÿ ñòåíêà àíòè-
êðèîñòàòà; 4 — ñòÿãèâàþùàÿ ãàéêà; 5 — êîðïóñ
êàìåðû; 6 — ñâåðõïðîâîäÿùèé ñîëåíîèä; 7 — äåð-
æàòåëü ýòàëîííîãî îáðàçöà; 8 — ýòàëîííûé îáðàçåö;
9 — êàðêàñ; 10 — êàòóøêà ðåãèñòðàöèè ñðûâà ýòàëîí-
íîãî îáðàçöà.
êîíñòðóêöèè, ê ôëàíöó êîòîðîãî ïîñðåäñòâîì âà-
êóóìíîãî ñîåäèíåíèÿ êðåïèòñÿ ïîãðóæàåìûé â
æèäêèé ãåëèé àíòèêðèîñòàò. Ïîñëåäíèé ñîñòîèò
èç äâóõ êîàêñèàëüíûõ òîíêîñòåííûõ òðóáîê èç
íåìàãíèòíîé ñòàëè, ïðîñòðàíñòâî ìåæäó êîòîðû-
ìè âàêóóìèðóåòñÿ. Âíóòðè àíòèêðèîñòàòà ðàçìå-
ùàåòñÿ èçìåðèòåëüíàÿ êàìåðà âûñîêîãî äàâëåíèÿ
ñ ïîäâîäÿùèì äàâëåíèå êàïèëëÿðîì. Ñíàðóæè
àíòèêðèîñòàòà íàõîäèòñÿ ñâåðõïðîâîäÿùèé ñîëå-
íîèä. Åãî ïîëîæåíèå ïî âåðòèêàëè îòíîñèòåëüíî
êàìåðû âûñîêîãî äàâëåíèÿ âûáèðàåòñÿ òàê, ÷òî-
áû äíî ïîëîñòè, â êîòîðîé ïåðåìåùàåòñÿ îáðàçåö,
íàõîäèëîñü ïðèìåðíî íà 3–5 ìì íèæå òî÷êè z0,
ñîîòâåòñòâóþùåé ìàêñèìóìó ðàñïðåäåëåíèÿ Fz
ñîëåíîèäà (ñì. ðèñ. 1).
Ñ ïîìîùüþ ïå÷è 2, ðàñïîëîæåííîé â íåïî-
ñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò èçìåðèòåëüíîé êàìåðû
(ðèñ. 2), îñóùåñòâëÿåòñÿ òåðìîñòàòèðîâàíèå óñò-
ðîéñòâà, íåîáõîäèìîñòü êîòîðîãî îáóñëîâëåíà èç-
ìåíåíèÿìè òåïëîâûõ ðåæèìîâ ïðè âàðèàöèÿõ
äàâëåíèÿ â õîäå èçìåðåíèÿ. Òåìïåðàòóðó êîí-
òðîëèðîâàëè ñ ïîìîùüþ äèôôåðåíöèàëüíîé òåð-
ìîïàðû ìåäü—êîíñòàíòàí, îäèí èç êîíöîâ êîòî-
ðîé ðàñïîëîæåí â îáëàñòè âûñîêîãî äàâëåíèÿ ó
íèæíåãî êðàÿ øòîêà 7, ò.å. â íåïîñðåäñòâåííîé
áëèçîñòè îò îáðàçöà, ÷òî ìèíèìèçèðóåò ïîãðåø-
íîñòü îïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû, ñâÿçàííóþ ñ
âîçìîæíîé åå íåîäíîðîäíîñòüþ. Äëÿ êîððåêöèè
ïîêàçàíèé òåðìîïàðû U ñ ó÷åòîì âîçäåéñòâèÿ íà
íèõ äàâëåíèÿ P èññëåäîâàëàñü çàâèñèìîñòü U(P)
äëÿ òåìïåðàòóð 20,4; 77,3 è 335 Ê. Ïîëó÷åííûå
äàííûå ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî îòíîñèòåëü-
íûé ýôôåêò ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò òåìïåðà-
òóðû è ñîñòàâëÿåò
1
10 0 05 10 3
U
U
P
�
�
� � � � �( , , ) (êáàð)–1, (6)
÷òî ïðèìåðíî íà 30% ïðåâûøàåò âåëè÷èíó ýô-
ôåêòà äëÿ àíàëîãè÷íîé òåðìîïàðû ïðè T = 78 è
362 Ê, ïðèâåäåííóþ â ðàáîòå [3].
 êà÷åñòâå ãåíåðàòîðà âûñîêîãî äàâëåíèÿ èñ-
ïîëüçîâàëè êîìïðåññîð ìåìáðàííîãî òèïà [4],
ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ èçó÷åíèÿ ñâîéñòâ ãàçîâ.
Åãî ïðèíöèï ðàáîòû çàêëþ÷àåòñÿ â ïîâûøåíèè
äàâëåíèÿ ãàçà ïóòåì åãî ñæàòèÿ â çàìêíóòîì
îáúeìå ñ ïîìîùüþ ãèäðàâëè÷åñêîãî äàâëåíèÿ
ìàñëà, ïîäàâàåìîãî íà ðàçäåëÿþùóþ æèäêîñòü è
ãàç ìåìáðàíó èç ñïåöèàëüíîé ìàñëîñòîéêîé ðåçè-
íû. Íà÷àëüíûå äàâëåíèå è îáúåì ãàçà ñîñòàâëÿþò
� 0,15 êáàð è � 0,5 ë ñîîòâåòñòâåííî. Ìàêñèìàëü-
íîå äàâëåíèå ãàçà, ñîçäàâàåìîå äàííûì êîìïðåñ-
ñîðîì, äîñòèãàëî 2,5 êáàð. Èçìåðåíèå äàâëåíèÿ ñ
òî÷íîñòüþ 0,5% îñóùåñòâëÿëîñü ñ ïîìîùüþ ðåçè-
ñòèâíîãî äàò÷èêà èç ìàíãàíèíîâîãî ïðîâîäà, íà-
õîäÿùåãîñÿ ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå, äëÿ êà-
ëèáðîâêè êîòîðîãî èñïîëüçîâàëñÿ îáðàçöîâûé
ìàíîìåòð ïîðøíåâîãî òèïà.
Äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ ýòàëîííûõ îáðàçöîâ â âèäå
ñôåðû äèàìåòðîì � 1 ìì èç èñõîäíîãî ìàòåðèàëà
ýëåêòðîèñêðîâûì ìåòîäîì âûðåçàëè çàãîòîâêè â
ôîðìå êóáà ñ ðàçìåðîì ðåáðà îêîëî 1,3 ìì. Äàëü-
íåéøàÿ èõ îáðàáîòêà ñ öåëüþ ïðèäàíèÿ èì ñôå-
ðè÷åñêîé ôîðìû îñóùåñòâëÿëàñü ñ ïîìîùüþ óñò-
ðîéñòâà, èñïîëüçîâàííîãî â ðàáîòå [5], â êîòîðîì
îáðàçåö ïðè åãî äâèæåíèè â êðóãîâîì êàíàëå ïîä
äåéñòâèåì ñòðóè ñæàòîãî âîçäóõà òðåòñÿ î åãî áî-
êîâûå ïîâåðõíîñòè, ïîêðûòûå àáðàçèâîì.
Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû
Äëÿ èëëþñòðàöèè âîçìîæíîñòåé ìåòîäà èññëå-
äîâàíà çàâèñèìîñòü ïëîòíîñòè ãàçîîáðàçíîãî ãå-
ëèÿ (÷èñòîòîé 99,995%) îò äàâëåíèÿ äî 2,5 êáàð
ïðè T = 20,4 è 77,3 Ê. Ïðè ïðîâåäåíèè èçìåðå-
íèé èñïîëüçîâàëñÿ ñïîñîá «æåñòêîé» òåðìîñòàáè-
ëèçàöèè ñ ïîìîùüþ çàëèâêè îäíîé èç êðèîãåí-
íûõ æèäêîñòåé — âîäîðîäà èëè àçîòà — âî
âíóòðåííþþ ïîëîñòü àíòèêðèîñòàòà.  êà÷åñòâå
ýòàëîííîãî îáðàçöà áûë âûáðàí âàíàäèé, ôèçè÷å-
ñêèå õàðàêòåðèñòèêè êîòîðîãî ïðèâåäåíû â
òàáë. 1.
Òàáëèöà 1
Çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè �, ñæèìàåìîñòè �, ìàãíèòíîé
âîñïðèèì÷èâîñòè �g ïðè P = 0 è åe áàðè÷åñêîé
ïðîèçâîäíîé ä /äPgln � äëÿ íåêîòîðûõ ýòàëîííûõ
îáðàçöîâ ñ êóáè÷åñêîé (V, CeB6) è ãåêñàãîíàëüíîé
(Sc) êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêîé
Î
áð
àç
åö
T ,
Ê
� ,
ã/ñì3
� ,
Ìáàð�1
�
g
,
10�6 ýìå/ã
ä g/äPln � ,
Ìáàð�1
V 20,4 6,119 [6] 0,626 [6] 5,95a �0,9�0,06b
77,3 6,118 [6] 0,627 [6] 5,92a �0,9�0,06b
Sc* 300 2,985 [8] 2,3 [9] 6,4 [10] �3,6 [5]
77 1,7 [9] 7,2 [10]
CeB
6
300 4,80 [11] �~1,4 [12] 9,9 [13] �0,7 [13]
78 27,6 [13] �1,1 [13]
20,4 75,6 [13] �1,3 [13]
Ï ð è ì å ÷ à í è å: à äàííàÿ ðàáîòà (ñì. òåêñò); b ïî
ìàãíèòîñòðèêöèîííûì äàííûì ðàáîòû [7]; * äëÿ ïîëè-
êðèñòàëëè÷åñêîãî îáðàçöà.
1106 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10
À. Ñ. Ïàíôèëîâ, Þ. ß. Ïóøêàðü
Çíà÷åíèÿ ìàãíèòíîé âîñïðèèì÷èâîñòè âàíàäèÿ
ïðè íóëåâîì äàâëåíèè, ïîëó÷åííûå â ðàìêàõ èñ-
ïîëüçóåìîãî ìåòîäà ïîäâåøèâàíèÿ îáðàçöà â âà-
êóóìå, íàõîäÿòñÿ â õîðîøåì ñîãëàñèè ñ èçâåñòíû-
ìè ëèòåðàòóðíûìè äàííûìè [10,14]. Âåëè÷èíà
áàðè÷åñêîé ïðîèçâîäíîé âîñïðèèì÷èâîñòè âàíà-
äèÿ � � � �ln g P, âûòåêàþùàÿ èç ìàãíèòîñòðèêöè-
îííûõ äàííûõ ïðè T � 4 2, Ê [7], ïðåäïîëàãàåòñÿ
ñëàáî çàâèñÿùåé îò òåìïåðàòóðû, êàê è ñàìà âîñ-
ïðèèì÷èâîñòü [10]. Íàêîíåö, âõîäÿùåå â (3)
çíà÷åíèå � g
0 äëÿ ãåëèÿ ïðèíÿòî ðàâíûì
�(0,505�0,02)�10�6 ýìå/ã [15] è íåçàâèñÿùèì îò
òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ âñëåäñòâèå ñóãóáî âíóò-
ðèàòîìíîé ïðèðîäû ýòîé õàðàêòåðèñòèêè.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ òîêà ñðûâà I0 ýòàëîííîãî îá-
ðàçöà ïðè çàäàííûõ óñëîâèÿõ ñíà÷àëà óñòàíàâëè-
âàëñÿ ðåæèì ëåâèòàöèè îáðàçöà ïóòåì ïðîïóñêà-
íèÿ ÷åðåç ñîëåíîèä äîñòàòî÷íî áîëüøîãî òîêà.
Çàòåì ïðîâîäèëàñü ïðèáëèæåííàÿ îöåíêà I0 ïðè
óìåðåííîé ñêîðîñòè óìåíüøåíèÿ òîêà. Íàêîíåö,
îêîí÷àòåëüíîå çíà÷åíèå I0 óòî÷íÿëîñü â ïðîöåññå
ìåäëåííîãî óìåíüøåíèÿ òîêà ïðè ïîäõîäå ê íàé-
äåííîé îöåíêå ñî ñêîðîñòüþ � 0,02–0,05 % â ìè-
íóòó. Õàðàêòåðíîå âðåìÿ èçìåðåíèÿ îäíîé òî÷êè
íå ïðåâûøàëî 10 ìèí (âðåìÿ ðåëàêñàöèè òåïëî-
âîãî ðåæèìà ïðè èçìåíåíèè äàâëåíèÿ íà � 0,5 êáàð
ñîñòàâëÿëî íåñêîëüêî ìèíóò). Òèïè÷íàÿ ýêñïå-
ðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòü îò äàâëåíèÿ êâàäðàòà
òîêà ñðûâà I P0
2( ) ýòàëîííîãî îáðàçöà âàíàäèÿ â
ãàçîîáðàçíîì ãåëèè ïðèâåäåíà íà ðèñ. 3. Êàê âèä-
íî, äîìèíèðóþùèé âêëàä â âåëè÷èíó ýôôåêòà
ñâÿçàí ñ èçìåíåíèåì ïëîòíîñòè ñðåäû (ãåëèÿ)
ïîä äàâëåíèåì, à âêëàäû, îáóñëîâëåííûå çàâèñè-
ìîñòüþ îò äàâëåíèÿ ìàãíèòíîé âîñïðèèì÷èâîñòè
ñðåäû è ýòàëîííîãî îáðàçöà íå òîëüêî îòíîñè-
òåëüíî ìàëû, íî è ÷àñòè÷íî êîìïåíñèðóþò äðóã
äðóãà.
Çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè ãåëèÿ äëÿ äèàïàçîíà äàâ-
ëåíèé 0,5 êáàð � �P 2,5 êáàð, âûòåêàþùèå èç âû-
ðàæåíèÿ (3) ñ ó÷åòîì (4) è àïïðîêñèìàöèè ïî-
ëó÷åííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ I P0
2( )
ïîëèíîìàìè 5-é ñòåïåíè, ïðåäñòàâëåíû â òàáë. 2.
Òàáëèöà 2
Çíà÷åíèÿ ïëîòíîñòè ãåëèÿ ïðè ðàçëè÷íûõ äàâëåíèÿõ
äëÿ òåìïåðàòóð 20,4 è 77,3 Ê
P, êáàð
Ïëîòíîñòü ãåëèÿ, ã/ñì3
T = 20,4 K T = 77,3 K
à á à á â
0,5 0,2505 0,2499 0,1629 0,1632
0,6 0,2622 0,2622 0,1788 0,1794
0,7 0,2730 0,2728 0,1928 0,1934
0,8 0,2827 0,2823 0,2052 0,2057
0,9 0,2916 0,2909 0,2163 0,2166
1,0 0,2996 0,2987 0,2264 0,2265 0,2308
1,1 0,3069 0,2357 0,2401
1,2 0,3137 0,2444 0,2486
1,3 0,3200 0,2525 0.2565
1,4 0,3259 0,2602 0,2639
1,5 0,3316 0,2675 0,2708
1,6 0,3372 0,2745 0,2773
1,7 0,3425 0,2812 0,2834
1,8 0,3477* 0,2877 0,2893
1,9 — 0,2938 0,2948
2,0 — 0,2996 0,3001
2,1 — 0,3051 0,3051
2,2 — 0,3103 0,3100
2,3 — 0,3152 0,3146
2,4 — 0,3198 0,3191
2,5 — 0,3241 0,3234
Ï ð è ì å ÷ à í è å: a — ðåçóëüòàòû íàñòîÿùåé ðàáîòû; á —
äàííûå ðàáîòû [16]; â — ýêñòðàïîëÿöèÿ äàííûõ [17];
* ïðè äàâëåíèè P � 1,8 êáàð ãåëèé íàõîäèòñÿ â òâåðäîì
ñîñòîÿíèè [16].
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10 1107
Èçìåðåíèå ïëîòíîñòè ãàçîâ è æèäêîñòåé ïîä äàâëåíèåì ñ ïîìîùüþ ìàãíèòíîé ëåâèòàöèè
Ðèñ. 3. Ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòü îò äàâëåíèÿ
êâàäðàòà òîêà ñðûâà ýòàëîííîãî îáðàçöà âàíàäèÿ â ãà-
çîîáðàçíîì ãåëèè ïðè T = 77,3 Ê (êðèâàÿ 1). Êðèâûå
2 è 3 — ïàðöèàëüíûå âêëàäû, ñîîòâåòñòâóþùèå èçìå-
íåíèþ ïîä äàâëåíèåì ìàãíèòíîé âîñïðèèì÷èâîñòè ãå-
ëèÿ è âàíàäèÿ.
Ýòè ðåçóëüòàòû õîðîøî ñîãëàñóþòñÿ ñ èìåþùè-
ìèñÿ óñðåäíåííûìè ëèòåðàòóðíûìè äàííûìè äëÿ
äàâëåíèé äî 1 êáàð, ñîáðàííûìè â ðàáîòå [16], à
òàêæå ñ äàííûìè ïðè T � 77,3 Ê äëÿ èíòåðâàëà
äàâëåíèé 1–2,5 êáàð, ðàññ÷èòàííûìè ñ ïîìîùüþ
ýêñòðàïîëÿöèè óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ ãåëèÿ, ïîëó-
÷åííîãî â ðàáîòå [17] ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì äàí-
íûì äëÿ T � 75 Ê è P � 3 êáàð, íà îáëàñòü áîëåå
íèçêèõ äàâëåíèé. Íàáëþäàåìîå ñîãëàñèå ñâèäå-
òåëüñòâóåò â ïîëüçó íàäåæíîñòè ðåçóëüòàòîâ äàí-
íîé ðàáîòû.
Êàê ïîêàçàë àíàëèç ïîãðåøíîñòè èçìåðåíèÿ
ïëîòíîñòè ñðåäû ðàññìîòðåííûì ìåòîäîì, îñíîâ-
íîé âêëàä â åe âåëè÷èíó ñâÿçàí ñî ñòàòèñòè÷åñêèì
ðàçáðîñîì âåëè÷èíû òîêà ñðûâà îáðàçöà. Îïè-
ñàííûå âûøå ìåðû, íàïðàâëåííûå íà óëó÷øåíèå
âîñïðîèçâîäèìîñòè òîêà ñðûâà (âûñîêîå êà÷åñòâî
ïîâåðõíîñòè ñòåíîê ðàáî÷åãî êàíàëà, ñôåðè÷å-
ñêàÿ ôîðìà îáðàçöîâ, ìåõàíè÷åñêàÿ âèáðàöèÿ è
äð.), ïîçâîëèëè ñíèçèòü ïîãðåøíîñòü åãî îïðåäå-
ëåíèÿ äî çíà÷åíèÿ � 0,01%. Ñîîòâåòñòâóþùàÿ ïî-
ãðåøíîñòü â âåëè÷èíå HäH/äz ðàâíà âäâîå áîëü-
øåìó çíà÷åíèþ, ò.å. � 0,02%. Äëÿ âûáðàííûõ â
ðàáîòå ýòàëîííîãî îáðàçöà (âàíàäèÿ) è èññëåäóå-
ìîé ñðåäû (ãàçîîáðàçíîãî ãåëèÿ) âêëàä ýòîãî èñ-
òî÷íèêà â îáùóþ ïîãðåøíîñòü îïðåäåëåíèÿ ïëîò-
íîñòè ñðåäû â äèàïàçîíå äàâëåíèé 1–2 êáàð
ñîñòàâëÿåò 0,3–0,4% ïðè T = 20,4 Ê è 0,4–0,5%
ïðè T = 77,3 Ê (áîëåå íèçêèå çíà÷åíèÿ ïîãðåøíî-
ñòè ñîîòâåòñòâóþò áîëåå âûñîêèì äàâëåíèÿì).
Îòìåòèì, ÷òî ïðèâåäåííûå âåëè÷èíû ïîãðåøíî-
ñòè íå ñîäåðæàò ñêîëüêî-íèáóäü çàìåòíîãî âêëà-
äà, âíîñèìîãî êàëèáðîâî÷íîé çàâèñèìîñòüþ
HäH/äz îò I, ÷òî îáóñëîâëåíî íàäåæíîé àïïðîê-
ñèìàöèåé ïîñëåäíåé â âèäå ëèíåéíîé ôóíêöèè îò
êâàäðàòà òîêà. Äëÿ ïðèâåäåííîé âûøå ïîãðåøíî-
ñòè îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòà � â (5) ýòîò
âêëàä íå ïðåâûøàåò 0,05%.
Äðóãîé èñòî÷íèê îøèáîê ñâÿçàí ñ ó÷åòîì â (3)
çàâèñèìîñòè îò äàâëåíèÿ ìàãíèòíîé âîñïðèèì÷è-
âîñòè ýòàëîííîãî îáðàçöà �g. Äëÿ ïðèâåäåííîãî â
òàáë. 1 çíà÷åíèÿ ïîãðåøíîñòè áàðè÷åñêîé ïðîèç-
âîäíîé ä /äPgln � â âàíàäèè ðåçóëüòèðóþùàÿ
îøèáêà îïðåäåëåíèÿ ïëîòíîñòè ñðåäû â òîì æå
èíòåðâàëå äàâëåíèé ðàâíà 0,11–0,17% äëÿ
T = 20,4 Ê è 0,14–0,22% äëÿ T = 77,3 Ê (áîëåå
âûñîêèì äàâëåíèÿì ñîîòâåòñòâóþò áîëåå âûñîêèå
çíà÷åíèÿ ïîãðåøíîñòè). Îòìåòèì òàêæå, ÷òî ïðè-
âåäåííàÿ âûøå ïîãðåøíîñòü â âåëè÷èíå óäåëüíîé
âîñïðèèì÷èâîñòè ãåëèÿ äàeò âêëàä � 0,25%. Íàêî-
íåö, îøèáêà â âåëè÷èíå äàâëåíèÿ âíîñèò ïîãðåø-
íîñòü ïîðÿäêà 0,1%.
Òàêèì îáðàçîì, ïîëíàÿ îòíîñèòåëüíàÿ ïîãðåø-
íîñòü èçìåðåíèé ïëîòíîñòè ãåëèÿ äàííûì ìåòî-
äîì ñîñòàâëÿåò 0,7�1% â óêàçàííîì èíòåðâàëå
äàâëåíèé è òåìïåðàòóð, ÷òî íå ïðåâûøàåò òèïè÷-
íîé ïîãðåøíîñòè àíàëîãè÷íûõ èçìåðåíèé äðóãè-
ìè ìåòîäàìè â áëèçêèõ ê äàííûì óñëîâèÿõ
(0,5�1% [16,17]).
Çàêëþ÷åíèå
Ðåàëèçîâàííûé â ðàáîòå ñïîñîá èçìåðåíèÿ
ïëîòíîñòè ãàçîâ è æèäêîñòåé ïîçâîëèë ïîëó÷èòü
ñâåäåíèÿ î ïëîòíîñòè ãàçîîáðàçíîãî ãåëèÿ äî äàâ-
ëåíèé � 2,5 êáàð ïðè T = 20,4 è 77,3 Ê, êîòîðûå
âîñïîëíÿþò ñóùåñòâóþùèé ïðîáåë ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ äàííûõ â ýòîé îáëàñòè òåìïåðàòóð ïðè
P � 1 êáàð (ñì. òàáë. 2). Ïîëó÷åííûå äàííûå ìî-
ãóò áûòü ïîëåçíûìè êàê äëÿ óòî÷íåíèÿ óðàâ-
íåíèÿ ñîñòîÿíèÿ ãåëèÿ â øèðîêîé îáëàñòè
òåìïåðàòóð è äàâëåíèé, òàê è äëÿ òåõíè÷åñêîãî
èñïîëüçîâàíèÿ, íàïðèìåð, ïðè èçó÷åíèè âëèÿíèÿ
äàâëåíèÿ íà ìàãíèòíóþ âîñïðèèì÷èâîñòü ñ ïîìî-
ùüþ ðàññìîòðåííîé â äàííîé ðàáîòå ìåòîäèêè.
Îäíà èç îñîáåííîñòåé ìåòîäà — íåáîëüøîé
îáúåì èçìåðèòåëüíîé ïîëîñòè (� 0,3 ñì3) ñ íà-
äåæíûì êîíòðîëåì òåìïåðàòóðû ñ ïîìîùüþ òåð-
ìîïàðû ìåäü—êîíñòàíòàí, äëÿ êîððåêöèè ïî-
êàçàíèé êîòîðîé ïðåäëîæåíà óíèâåðñàëüíàÿ
çàâèñèìîñòü òåðìîýäñ òåðìîïàðû îò äàâëåíèÿ.
Ïðè òàêîé êîíñòðóêöèè íåò íåîáõîäèìîñòè â òùà-
òåëüíîì òåðìîñòàòèðîâàíèè ñðàâíèòåëüíî áîëü-
øèõ ðàáî÷èõ îáúåìîâ, èñïîëüçóåìûõ â äðóãèõ
ìåòîäàõ [1,18–20], ÷òî ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç äîñòî-
èíñòâ äàííîé ìåòîäèêè. Íàðÿäó ñ ìàëûìè âðå-
ìåíàìè ðåëàêñàöèè òåïëîâîãî ðåæèìà è âîç-
ìîæíîñòüþ ïëàâíîãî èçìåíåíèÿ äàâëåíèÿ ýòî
ñóùåñòâåííî ñíèæàåò îáùèå âðåìåííûå çàòðàòû
èçìåðåíèé äàííûì ìåòîäîì ïî ñðàâíåíèþ ñî
ñòàíäàðòíûìè ïüåçîìåòðè÷åñêèìè ìåòîäàìè, â
êîòîðûõ äàâëåíèå ïî íåîáõîäèìîñòè ðåãóëèðóåò-
ñÿ äèñêðåòíî. Êðîìå òîãî, ïðè ìàëîì ðàáî÷åì
îáúåìå ñíèæàåòñÿ ïîãðåøíîñòü èçìåðåíèé, âû-
çâàííàÿ íåîäíîðîäíîñòüþ òåìïåðàòóðû.
Îòìåòèì, ÷òî òî÷íîñòü èçìåðåíèé äàííûì ìå-
òîäîì âîçðàñòàåò ñ ïîâûøåíèåì ðîëè ãèäðîñòà-
òè÷åñêîé ïîääåðæêè ñðåäû â êîìïåíñàöèè âåñà
ýòàëîííîãî îáðàçöà. Ýòîãî ìîæíî äîñòèãíóòü ïðè
èñïîëüçîâàíèè áîëåå ëåãêèõ, ÷åì âàíàäèé, îáðàç-
öîâ, íàïðèìåð ïîëèêðèñòàëëè÷åñêîãî ñêàíäèÿ
(ñì. òàáë. 1), äëÿ êîòîðîãî îñíîâíîé âêëàä â ïî-
ãðåøíîñòü, ñâÿçàííûé ñ âîñïðîèçâîäèìîñòüþ òî-
êà ñðûâà, óìåíüøàåòñÿ ïðèìåðíî âäâîå. Ïðè èç-
ìåðåíèè æèäêîñòåé, ïëîòíîñòü êîòîðûõ (� 1 ã/ñì3)
âåëèêà ïî ñðàâíåíèþ ñ ãàçàìè, òîò æå âêëàä â ïî-
ãðåøíîñòü óìåíüøàåòñÿ ñîîòâåòñòâåííî â � 5 è � 10
ðàç â ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ âàíàäèÿ è ñêàíäèÿ è
ñîñòàâëÿåò � 0,1%.
1108 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10
À. Ñ. Ïàíôèëîâ, Þ. ß. Ïóøêàðü
Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì âåäåò ñåáÿ âêëàä, ñâÿ-
çàííûé ñ ó÷åòîì çàâèñèìîñòè îò äàâëåíèÿ âîñïðè-
èì÷èâîñòè îáðàçöà, ÷òî ïîçâîëÿåò ñíèçèòü ñóì-
ìàðíóþ ïîãðåøíîñòü îáîèõ óïîìÿíóòûõ âêëàäîâ,
íàïðèìåð â æèäêîñòÿõ, äî âåëè÷èíû ïîðÿäêà 0,1%
ïðè óìåðåííûõ äàâëåíèÿõ (äî � 2�3 êáàð). Íà
ôîíå ýòîé íåáîëüøîé ïîãðåøíîñòè ñòàíîâèòñÿ çà-
ìåòíûì âêëàä, ñâÿçàííûé ñ îøèáêîé îïðåäåëå-
íèÿ óäåëüíîé âîñïðèèì÷èâîñòè ñðåäû. Âåëè÷èíà
ýòîãî âêëàäà çàâèñèò â ïåðâóþ î÷åðåäü îò îòíîøå-
íèÿ âîñïðèèì÷èâîñòåé ñðåäû è îáðàçöà �g
0/�g è
ìîæåò áûòü ñóùåñòâåííî óìåíüøåíà ïðè âûáîðå
îáðàçöîâ ñ áîëåå âûñîêèìè, ÷åì ó âàíàäèÿ (èëè
ñêàíäèÿ), çíà÷åíèÿìè âîñïðèèì÷èâîñòè. Ïîäõî-
äÿùèì îáúåêòîì, íà íàø âçãëÿä, ïðåäñòàâëÿåòñÿ
ñîåäèíåíèå CeB6, êîòîðîå îáëàäàåò ïðîìåæóòî÷-
íîé ìåæäó âàíàäèåì è ñêàíäèåì ïëîòíîñòüþ è ÿâ-
ëÿåòñÿ ãîðàçäî áîëåå ñèëüíûì ïàðàìàãíåòèêîì ñ
îòíîñèòåëüíî ñëàáîé çàâèñèìîñòüþ âîñïðèèì÷è-
âîñòè îò äàâëåíèÿ (òàáë. 1).
Îòìå÷åííûå ïðèíöèïèàëüíûå âîçìîæíîñòè ñó-
ùåñòâåííîãî ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè èçìåðåíèÿ çà
ñ÷åò îïòèìàëüíîãî âûáîðà ýòàëîííîãî îáðàçöà, à
òàêæå îòíîñèòåëüíàÿ ïðîñòîòà ïðåäëàãàåìîãî ìå-
òîäà îïðåäåëÿåò ïåðñïåêòèâíîñòü åãî èñïîëüçîâà-
íèÿ äëÿ ïðåöèçèîííîãî èññëåäîâàíèÿ P�V�T-äèà-
ãðàìì øèðîêîãî êëàññà ãàçîîáðàçíûõ è æèäêèõ
ñðåä.
Çàìåòèì, ÷òî âåðõíÿÿ ãðàíèöà èñïîëüçóåìûõ â
ðàáîòå äàâëåíèé (2,5 êáàð) ìîæåò áûòü ñóùåñò-
âåííî óâåëè÷åíà ïðè ïðèìåíåíèè íåìàãíèòíûõ
êàìåð, ðàññ÷èòàííûõ íà áîëåå âûñîêîå äàâëåíèå
(äî 10–15 êáàð [21]). Ïðåïÿòñòâèåì ìîæåò ÿâ-
ëÿòüñÿ ñóùåñòâåííîå ïîâûøåíèå âÿçêîñòè ñðåäû,
îñîáåííî æèäêîñòåé, è ðîñò ñîîòâåòñòâóþùèõ õà-
ðàêòåðíûõ âðåìåí èçìåðèòåëüíîãî ïðîöåññà äî
íåïðèåìëåìûõ çíà÷åíèé.
Àâòîðû âûðàæàþò áëàãîäàðíîñòü È. Â. Ñâå÷-
êàðåâó çà ïîëåçíûå çàìå÷àíèÿ, ñäåëàííûå ïîñëå
ïðî÷òåíèÿ ðóêîïèñè.
Ðàáîòà ïîñâÿùåíà 70-ëåòèþ àêàäåìèêà Âèêòî-
ðà Âàëåíòèíîâè÷à Åðåìåíêî, ñ êîòîðûì àâòîðû
èìåþò ÷åñòü ïðèÿòíî è ïëîäîòâîðíî ñîòðóäíè÷àòü
íà ïðîòÿæåíèè ìíîãèõ ëåò.
1. Ä. Ñ. Öèêëèñ, Òåõíèêà ôèçèêî-õèìè÷åñêèõ èññëå-
äîâàíèé ïðè âûñîêèõ è ñâåðõâûñîêèõ äàâëåíèÿõ,
Õèìèÿ, Ìîñêâà (1965).
2. R. G. Gordon, Rev. Sci. Instrum. 33, 729 (1962).
3. D. Bloch and F. Chaisse, J. Appl. Phys. 38, 409
(1967).
4. Ì. Ä. Áîíäàðåíêî, ÏÒÝ ¹4, 223 (1973).
5. À. Ñ. Ïàíôèëîâ, Âëèÿíèå ãèäðîñòàòè÷åñêîãî äàâ-
ëåíèÿ íà ìàãíèòíóþ âîñïðèèì÷èâîñòü ïåðåõîä-
íûõ ìåòàëëîâ, Äèñ. ... êàíä. ôèç.-ìàò. íàóê,
Õàðüêîâ (1973).
6. D. I. Bolef, R. E. Smith, and J. G. Miller, Phys.
Rev. B3, 4100 (1971).
7. T. L. Tam, M. O. Steinitz, and E. Fawcett, J.
Phys. F: Metal Phys. 2, L129 (1972).
8. Ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ýëåìåíòîâ. Ñïðà-
âî÷íèê, Íàóêîâà äóìêà, Êèåâ (1965).
9. C. E. Monfort and C. A. Swenson, J. Phys. Chem.
Solids 26, 623 (1965).
10. Í. Â. Âîëêåíøòåéí, Ý. Â. Ãàëîøèíà, ÔÌÌ 20,
368 (1965).
11. M. I. Aivazov, S. V. Aleksandrovich, and V. S.
Mkrtchyan, Phys. Status Solidi A62, 109 (1980).
12. T. Goto, A. Tamaki, S. Kunii, T. Nakajima,
T. Fujimura, T. Kasuya, T. Komatsubara, and S. B.
Woods, J. Magn. Magn. Mater. 31–34, 419
(1983).
13. À. Ñ. Ïàíôèëîâ, Þ. ß. Ïóøêàðü, È. Â. Ñâå÷-
êàðåâ, ÔÍÒ 19, 96 (1993).
14. D. Z. Hechtfischer, Z. Physik B23, 255 (1976).
15. C. Barter, R. G. Meisenheimer, and D. P. Ste-
venson, J. Phys. Chem. 64, 1312 (1960).
16. R. D. McCarty, J. Phys. Chem. Ref. Data 2, 923
(1973).
17. R. L. Mills, D. H. Liebenberg, and J. C. Bronson,
Phys. Rev. B21, 5137 (1980).
18. Ä. Ñ. Öèêëèñ, Â. ß. Ìàñëåííèêîâà, Ñ. ß. Ãëóâêà,
ÄÀÍ ÑÑÑÐ, ñåð. Ôèçèêà 216, ¹4, 769 (1974).
19. À. Â. Áèëåâè÷, Ë. Ë. Ïèòàåâñêàÿ, ÆÔÕ 45, 2907
(1971).
20. Í. Â. Öåäåðáåðã, Â. Í. Ïîïîâ, À. Á. Êàëåíêîâ,
Ñâîéñòâà âåùåñòâ, öèêëû è ïðîöåññû, Òðóäû
ÌÝÈ, Âûï. 234 (1975), c. 65.
21. Å. Ñ. Èöêåâè÷, ÏÒÝ ¹4, 148 (1963).
Density measurements of gases and liquids
under pressure using a magnetic levitation of a
standard sample
A. S. Panfilov and Yu. Ya. Pushkar’
A simple method is proposed for measuring
the dependence of gas and liquid density on
pressure in a wide temperature range. The
method is based on the principle of free sus-
pension of a standard paramagnetic sample by
non-uniform magnetic field. In this case the
sample weight, including a medium hydro-
static support, is compensated by the magnetic
force. As an example of the method applica-
tion, the density of helium gas was measured
at pressures up to � 2.5 kbar and temperatures
20.4 and 77.3 K.
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2002, ò. 28, ¹ 10 1109
Èçìåðåíèå ïëîòíîñòè ãàçîâ è æèäêîñòåé ïîä äàâëåíèåì ñ ïîìîùüþ ìàãíèòíîé ëåâèòàöèè
|