УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ТВЁРДЫХ ТЕЛ, ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ, В СРЕДЕ ВАКУУМА.

Изобретение относится к измерительным установ-кам для исследования тепло и электрофизических свойств твёрдых веществ и может найти примене-ние в физике, электротехнике, материаловедении, а также металлургии металлов и сплавов.
Предлагаемая установка обладает рядом преимуществ перед существующими устройства-ми подобного назначения: позволяет непрерывное равномерное нагревание образцов, кварцевый контейнер, в котором помещается образец, позволяет наблюдать за состоянием образца в процессе эксперимента, использование современной измерительной аппаратуры, проведение исследования в защитной среде вакуума, непосредственно измерять электросопротивление твёрдых веществ в широком интервале температур, сокращение времени для измерения и обработки результатов, а также высокая точность.

Изобретение относится к измерительным установкам для исследования тепло и электрофизических свойств твёрдых веществ и может найти применение в физике, электротехнике, материаловедении, а также металлургии металлов и сплавов.
Аналогом к предлагаемой установке является «лабораторная установка для изучения температурной зависимости сопротивления твёрдых тел»[1].
Но она пригодна только для измерения электропроводности металлов в узком интервале температур (295-650К).
Прототипом предлагаемого изобретения является «лабораторная установка для изучения температурной зависимости электропроводности металлов и полупроводников»[2].
Функционально данная установка может быть разбита на три основных блока. Блок 1 служит для нагревания исследуемых образцов: металла и полупроводника. Он представляет собой нагревательную печь, включаемую тумблером. Блок 2 – жидкостный термометр – служит для измерения температуры образцов. Блок 3 – цифро-вой универсальный вольтметр В-16А или мульти-метр ВР-11А (для разных установок), работающие в режиме измерения сопротивлений. Испытуемые образцы размещены внутри нагревательной печи. Электропечь с установленным в ней образцом исследования и измерительные приборы.
Установка состоит из блока для нагревания исследуемых образцов: (металл и полупроводник). Данная установка дает возможность измерить электропроводность материалов в очень узком интервале температур: (10 - 100 °С), так как электропечь смонтирована внутри измерительного блока. Недостатки этой установки: а).ограничение измеряемой температуры, б). малая точность измерения, в). использование сложной и старой структуры, г). проведение процесса эксперимента в открытом воздухе, что влияет на результаты опыта, д). занимает слишком много времени для обработки экспериментальных данных.
Целью работы предусматриваются следующие изменения в конструкции установки: электро-печь, намотанная из специального высокотемпературного сплава марки (ЭИ-626), с температурой нагрева до 2000°С. Смонтирована в кварцевом контейнере который позволяет непрерывное равномерное нагревание. Воздух с контейнера откачивается с помощью вакуумного насоса, который смонтирован. Образец в виде цилиндра, размещённый в кварцевом контейнере который прижавт. между двумя медными столиками с помощью изоляторов, к нему подводятся термопары. Концы термопары подключены к измерительному блоку (ЭВМ), где находятся цифровые приборы для пря-мой фиксации зависимости сопротивлении мате-риалов от температуры, концы термопары подключены к цифровому прибору, и установка со-единена к лабораторным автотрансформаторам (ЛАТР).
Использование современной измерительной аппаратуры. Для измерения температуры используется цифровой мультиметр «UT71C_D_E.V3.00» и величины сопротивления используется прибор «UT71A_BV3.00»,которые позволяют прямой фиксации экспериментальных результатов электропроводности твёрдых веществ. Точность измерения электрических сопротивления в зависимости от температуры составляет около 0,001 Ом.
Схематическое изображение установки для измерения электропроводности твёрдых тел, представлено на фигуре включающие следующие уз-лы:1 – испытуемый образец; 2 – нижний столик (медный); 3 – верхний столик (медный); 4 – кварцевая трубка с заполненной теплоизоляционной ватой; 5 – регулирующий винт; 6 – 7 – теплоизоляционные асбесты; 8 – нагреватель; 9 – олундовый стояк (трубка); 10 – металлический крепеж; 11 – кварцевая колонка; 12 – нижняя часть установки; 13 – 14 – выводы для питании установки; 15 – винт крепления; 16 – вакуумный уплотнитель; 17 – охлаждающая стена, а также линии (ЭВМ), куда подключены цифровые приборы, линия (ВИТ), куда подключен вакуумный насос.
Испытуемый образец 1, размещённый в кварцевом контейнере 4 прижимается между двумя медными столиками 2 и 3 с помощью изоляторов 6 и 7. Резьбовой винтик 5 регулируется по высоте размером образца 1. По образцу нагрев из печи 8 медленно передается через медный сердечник в столик 2.Вся установка удерживается с помощью олундового стояка 9, которая одевается на нижнюю часть установки с помощью механизма 10. Кварцевый колпак 11 с помощью винтика 15 и с помощью резиновой муфты 16 соединяется к нижней части установки 12, то есть к вакуумной системе.
Исследуемый объект 1 во время установления на столик изолируется от окружающей среды с помощью кварцевой трубки и наполненной теплоизоляционной ватой. Питание системы с ЛАТР к установкеподводится с помощью выводов 13 и 14. Нижняя часть установки охлаждается с помощью сточной воды 17. В процессе измерения электрофизических свойств на данной установке испытуемый образец изолируется диэлектрической фольгой от верхнего и нижнего медных сто-ликов. С помощью линии блока (ВИТ), воздух откачивается с кварцевого контейнера. В процессе эксперимента давление вакуума в измерительном кварцевом контейнере составляет не менее 1*10-3 мм.рт.ст. Концы термопары подключаются к измерительному блоку (ЭВМ), где находятся цифровые приборы для прямой фиксации зависимости со-противлении материалов от температуры.
Во время эксперимента запись результатов происходит автоматически с помощью цифровых приборов на компьютер. Обработка результатов, а также строение графиков происходит в программе MicrosoftOfficeExcel.
Предлагаемая установка обладает рядом пре-имуществ перед существующими устройствами подобного назначения: позволяет непрерывное равномерное нагревание образцов, кварцевый контейнер, в котором помещаеся образец, позволяет наблюдать за состоянием образца в процессе эксперимента, использование современной измерительной аппаратуры, проведение исследования в защитной среде вакуума, непосредственно измерять электросопротивление твёрдых веществ в широком интервале температур, сокращение времени для измерения и обработки результатов, а также высокая точность. Работа при высоких температурах, заметное сокращение времени, кварце-вый контейнер, в котором расположен испытуемый образец, позволяет наблюдать за состоянием образца в процессе эксперимента, а также проведение исследований электропроводности в вакууме

1. И. Н. Фетисов. Изучение температурной зависимости сопротивления металлов и полупроводников. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу общей физики. Изд. МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997г.
2. Г. А. Рахманкулова., С. О. Зубович. Изучение температурной зависимости электропроводности металлов и полупроводников. Методические указания к выполнению лабораторных работ по кур-су физики. Изд. Волжский политехнический институт. Волгоград, 2015г.
3. Ворсин Н.Н. Прибор для определения электросопротивления металлов и сплавов.
4. Пелецкий В.Э., Тимрот Д.Л., Воскресенский В.Ю. Высокотемпературные исследования тепло-и электропроводности твёрдых тел. М. Энергия, 1972, с. 192.
5. Лабораторная установка для исследования температурной зависимости электропроводности металлов и полупроводников НТЦ-22.01.4.
6. Низомов З., Гулов Б., Саидов Р., Обидов З.Р., Мирзоев Ф., Авезов З., Иброхимов Н. Установка для измерения теплоёмкости твердых тел. Малый патент № 510
7. Низомов З., Иноятов М.Б., Турахасанов И.Т., Насимов Дж.К., Мирзоев Ф.М., Саидов Р.Х., Установка для исследования температурной зависимости электропроводности металлов и сплавов. Малый патент № 667.