Лабораторне заняття №7
Тема: Реєструвальні прилади.
Мета:
Ознайомитись з реєструвальними приладами
на основі гігрографа М-21А.
Теоретичні відомості
Реєструвальні прилади призначені для вимірювання й автоматичного запису значень вимірюваних
величин, які можуть змінюватись з часом.
Всі реєструвальні
електровимірювальні прилади можна поділити на такі групи: самописні прилади
прямого перетворення і прямого відліку •самописні автоматичні потенціометри і
мости; електромеханічні осцилографи; друкувальні прилади.
У самописних приладах,
потенціометрах і мостах вимірювальні величини реєструються на лінованій
паперовій стрічці чи на лінованому паперовому диску; у осцилографів — на
світлочутливих плівці чи папері; у цифродрукувальних приладах —
на паперовій стрічці.
Самописні прилади,
потенціометри і мости не вирізняються швидкодією і призначені для запису
величин, зміна яких проходить не більше, ніж на одне повне відхилення покажчика
за одну секунду. Що ж до осцилографів, то їхня швидкодія значно більша і вони
здатні реєструвати процеси, з частотою до кількох тисяч повних відхилень за
одну секунду.
Реєструвальні прилади
прямого перетворення і прямого відліку
Ці прилади (вони ще
звуться самописними) маюті
вимірювальний механізм, переважно феродинамічної чи магнітоелектричної системи,
пристрої для писання та для пересування паперової стрічки. Прилади виконують як
із безперервним, так і з точковим записом.
Прилади з феромагнітним вимірювальним механізмом можна використовувати для вимірювання і запису змінного і постійного
струму, напруги, потужності.
У приладів з
безперервним записом механізм для писання складається з пера, виконаного у
вигляді трубки, чорнильниці й капіляра, що з'єднує перо з чорнильницею. Іноді
чорнильницю з пером розміщують на кінці стрілки вимірювального механізму, як
показано на рис. 4, а, але це суттєво
збільшує момент інерції рухомої частини приладу, а разом з тим і її масу, отже
й момент тертя у підп'ятнику. В іншій конструкції (рис. 4, б) стрілку виконано скляною з капілярним
каналом поздовж усієї стрілки і з нерухомою чорнильницею, в яку занурено
початок капіляра. Такий пристрій істотно не збільшує ні момент інерції, ні
масу, але капіляр тут занадто довгий, що зменшує надійність пристрою.
Пристрій з нерухомою
чорнильницею (рис. 4, в) передбачає
закріплення біля кінця стрілки лише короткого капіляра-пера, у якого початкову
частину занурено у дугоподібну нерухому чорнильницю, розташовану вздовж усього
кінця стрілки з капіляром. Такий пристрій також майже не впливає на величину
моменту інерції і масу рухомої частини приладу.
В усіх таких приладах
перо, яким є звужений кінець капіляра, торкається рухомої паперової стрічки, на
якій креслить залежність вимірюваної величини від часу, і разом з тим створює
значний гальмівний момент, що діє на рухому систему. Саме через це
реєструвальні прилади з безперервним записом потребують від вимірювального
механізму значно більшого обертового моменту, ніж звичайні (які не реєструють)
прилади прямого відліку. Такий вимірюваль-ний механізм споживатиме у десятки
разів більшу потужність, ніж подібний механізм звичайного приладу.
Прилади з точковим записом можна використовувати для вимірювання й запису кількох величин. Для цього
у прилад вводять комутатор, що почергово перемикає вимірюваль-ВДй механізм на
вимірювання у різних колах. Водночас, ок-ремим пристроєм пересувають
друкувальну стрічку, що має поздовжні смуги різного кольору, призначені для
запису кожної з вимірюваних величин точками різного кольору.
У стаціонарних реєструвальних приладах переміщення паперової стрічки
виконується електричним приводом від синхронного електродвигуна, що механічно
пов'язаний зі стрічкопротягувальним барабаном зубчастою передачею зі змінними
зубчастими колесами. Це дає змогу встановлювати декілька швидкостей
протягування цієї стрічки.
У переносних реєструвальних приладах переміщення паперової стрічки
виконує пружинний привод, що заводиться вручну і на довгий час (як у
годиннику). Але є переносні прилади і з електричним приводом стрічки.
Вологість газів,
твердих і сипучих матеріалів є одним із найважливіших показників цілого ряду
технологічних процесів у хімічній, текстильній, металургійній та інших галузях
промисловості. Вологість навколишнього середовища є одним з головних
діагностичних параметрів. Вологість – фізико-хімічна кількісна характеристика
вмісту води як активного структурного компонента матеріалів.
Одним
із найстаріших і найпоширеніших вологомірів є психрометричний, чи психрометр.
Дія його основана на вимірюванні змін температури рідини при її випаровуванні в
газ, який аналізується. При цьому до складу газу в якості компонента, який
визначається, входять пари цієї рідини. Психрометри можуть використовуватися
для вимірювання концентрації парів будь-яких рідин в газах, однак найширше вони
використовуються для вимірювання концентрації парів води, тобто у якості
гігрометрів.
Концентрацію
парів у газах прийнято характеризувати абсолютною чи відносною вологістю.
Абсолютна
вологість визначається як маса парів рідини в одиниці об’єму сухого чи вологого
газу у нормальних умовах.
Відносна
вологість, чи степінь насичення газу парами рідини, визначається як відношення
маси парів в одиниці об’єму до максимально можливої маси парів в одиниці об’єму
при тій же температурі, визначене у
%:
,
де
А – значення абсолютної вологості газу при такій температурі; Ан
– максимально можливе значення абсолютної вологості при такій температурі, яке
відповідає насиченню.
На
практиці відносна вологість з достатньою точністю визначається із виразу
,
де
Р – парціальний тиск парів рідини у газовій суміші при заданій
температурі і нормальному тиску; Рн – тиск насичених парів
рідини при тих же умовах.
Гігрограф
М-21АН
Одним
із найпоширеніших методів вимірювання вологості є гігрометричний метод.
Гігрометричний метод (гігро – вологий)
базується на властивості деяких тіл змінювати свої лінійні розміри
(деформуватися) при зміні вмісту у повітрі водяного пару. Такими властивостями,
наприклад, володіють знежирене людське волосся і різні органічні плівки. Так,
при зміні вологості від 0 до 100% видовження волосся складає близько 2,5% від
його довжини. Це і покладено в основу роботи гігрометрів і гігрографів. У
гігрометрах деформація волосся або плівки за допомогою системи важелів
передається на стрілочний покажчик, а в гігрографах – на перо, за допомогою
якого здійснюється запис на діаграмній
стрічці, яка попередньо кріпиться на обертовому барабані. Усі прилади цього
типу відносні. Хоча їхні шкали й відградуйовані у значеннях відносної
вологості, у зняті значення з приладу потрібно вводити спеціальні поправки,
отримані за результатами рівнобіжних спостережень за зразковим психрометром.
Гігрографи
М-21А призначений для вимірювання та реєстрації відносної вологості повітря на
метереологічних станціях, в промислових складських приміщеннях тощо.
Тривалість
безперервної роботи гігрографа залежить від типу барабана годинникового типу,
яким він комплектується. Існують добові та тижневі годинникові барабани.
Залежно від тривалості безперервної роботи гігрографи розподіляються на добові
(М-21АС) та тижневі (М-21АН). За допомогою гігрографа ведуть спостереження за
зміною відносної вологості повітря в межах 30 – 100 % при температурі навколишнього середовища від
–30 до +45 °С і основній абсолютній похибці ±10%.
Реєстрація відносної
вологості здійснюється чорнилом на діаграмну стрічку капілярним методом.
Основні технічні
характеристики гігрографа подані в таблиці 1.
Таблиця.1
Технічні
характеристики гігрографа
Характеристика |
Значення |
Діапазон вимірювання і реєстрації відносної вологості
повітря, % |
30-100 |
Абсолютна
похибка реєстрації відносної вологості, % |
10 |
Варіація
показів гігрографа, % |
6 |
Час
роботи, год |
26 |
Час
безвідмовної роботи, год |
1000 |
Ймовірність
безвідмовної роботи |
0,94 |
Температура
навколишнього середовища, ˚С |
від
–35 до +45 |
Волосяний
гігрограф (рис. 1)
у зимовий час при температурах –10˚С і нижче є основним приладом, тому що
психрометр не може працювати при низьких температурах. Перевідний графік
гігрографа будується заздалегідь шляхом рівнобіжних спостережень протягом 1 –
1,5 місяця за психрометром і гігрометром до настання стійких морозів.
За останні 170 років
будова гігрографів суттєво не змінилась. Основні елементи конструкції цього
приладу подано на рис. 1. Гігрограф складається з наступних складальних
одиниць:
·
чутливого
елемента – пасма обезжиреного людського волосся 3, яке захищене від пошкодження
спеціальними кронштейнами;
·
передавального
механізму, який складається з системи дуг з осями (важелів 4 і вантажу 5);
·
реєструючого
пристрою, до складу якого входить стрілка з пером 6 та барабан з годинниковим
механізмом 1;
·
кожуха,
який включає основу 7 та відкидну кришку.
Механізм
гігрографа змонтований на основі, на якій розміщений також обмежувач руху
стрілки 8. Кінці пасма волосся зароблені у спеціальних втулках, що закріплені
на кронштейні. Пасмо волосся за допомогою гачка з’єднане з віссю, на якій
закріплена велика дуга.
Обертання барабана з діаграмним бланком здійснюється годинниковим
механізмом. Останній розташований всередині барабана і обертається разом з
ним навколо центральної осі, яка нерухомо закріплена на основі.
У верхній частині барабана розташовано ключ для заведення
годинникового механізму і отвір для доступу до механізму регулювання
годинникового ходу.
Для зупинки запису і зняття годинникового механізму при
заміні діаграмних бланків потрібно відвести стрілку з пером 6. Перо
повертається на поверхню барабана поворотом обмежувача 8.
У гігрографа моделі М-21А є можливість робити позначки на
діаграмі часу контролю, не відкриваючи при цьому кришку кожуха. Вони
здійснюються шляхом легкого натискання на кнопку спеціального пристосування –
відмітника, що знаходиться з торцевої сторони кожуха.
Встановлення пера стрілки на потрібну поділку діаграмного бланка
здійснюється обертанням встановлювального гвинта.
Під час експлуатації приладу забороняється торкатись пальцями до чутливого
елемента.
Хід
роботи
1. Визначити тип
гігрографа (добовий чи тижневий).
2. Надягнути
діаграмну стрічку на барабан.
3. За зразковим
приладом визначити вологість в приміщенні.
4. Використовуючи встановлювальний гвинт, підвести
стрілку гігрометра до потрібної позиції.
5. Відвести стрілку в сторону і заповнивши чашу чорнилом
повернути її в початкове положення.
6. Відмітником
часу зробити позначку на діаграмі.
7. Перенести обидва прилади в інше приміщення і через 5
хвилин порівняти їх покази.
8. Визначити
відносну похибку гігрографа.
Контрольні питання
1.
Що
являють собою реєструвальні прилади?
2.
Які
Вам відомі різновиди реєструвальних приладів?
3.
У
яких випадках застосовуються реєструвальні прилади?