Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

прорезями, одна из которых шире остальных девяти. При установке скорости протяжки фотоленты одновременно устанавливается одна из четырех скоростей вращения барабана-отметчика: 3; 30; 300 или 3000 об/мин, что дает интервал времени между отметками 2, 0,2, 0,02 или 0,002 с. Каждая линия отметки времени перекрывает фото­ ленту по всей ширине. Ход лучей продольного графления показан на схеме штриховыми линиями. Через систему зеркал световой поток проецируется на фотоленту в виде яркой линии; перед лентой нахо­ дится пластина 11 с рядом узких щелей, через которые происходит экспонирование. В результате на осциллограмме получаются тон­ кие линии продольного графления.

В качестве источников света в осциллографе типа Н115 могут применяться лампы накаливания (при записи на фотобумагу или пленку с химическим проявлением) или ртутные лампы ультра­ фиолетового излучения для записи на фотобумаге УФ (УФ-67, МРТУ 6-17 304—69), не требующей химического проявления. Схемы осциллографов Н115 и К115 предусматривают >возможность пол­ ного дистанционного управления режимом работы.

Электронные осциллографы. Эти приборы также являются ана­ логовыми приборами прямого преобразования; роль регистрирую­ щего элемента в них выполняет электронный луч, движущийся с ничтожно малой инерционностью. Поэтому электронные осцил­ лографы позволяют производить индикацию или регистрацию пара­ метров, изменяющихся с частотами до нескольких миллионов герц.

Основной частью электронного осциллографа является электронно­ лучевая трубка, содержащая источник электронов (катод), три испол­ нительных преобразователя, воздействующих на поток электронов (модулятор интенсивности и две отклоняющие системы), и плоскость регистрации, покрытая носителем (экран). В технике регистрации обычно применяются трубки с катодом из вольфрама или никеля с нанесенным на подогреваемую поверхность слоем окислов неко­ торых элементов (тория, бария, кальция и др.); особенно эффективен катод, покрытый смесью окислов щелочноземельных металлов (так называемый оксидный катод). Выделившиеся в результате термоэлек­ тронной эмиссии электроны ускоряются и фокусируются с помощью нескольких электродов, имеющих определенные потенциалы по от­ ношению к катоду. На траекторию электронного луча можно воздей­ ствовать магнитными или электрическими полями; чаще в измери­ тельной технике используются трубки с электрическим управлением. Величина искривления траектории луча определяется напряжением, подаваемым на две пары отклоняющих пластин. Если на одну пару пластин подавать напряжение, линейно изменяющееся во времени, то на экране трубки получится временная развертка напряжения, подаваемого на вторую пару пластин. Экран трубки с внутренней стороны покрыт люминесцирующим составом; в зависимости от со­ става люминофора возбуждение свечения может продолжаться от миллионных долей секунды до нескольких секунд и более. Яркость свечения люминофора зависит от плотности и скорости электронного потока.

154

Полученные изображения могут быть записаны на фотографи­ ческих материалах тремя способами. В первом случае фотоматериал помещается внутрь трубки и запись ведется непосредственно электрон­ ным лучом без использования экрана. При этом достигаются наиболь­ шие скорости записи (до 10® км/с), но трудности, связанные с разгерме­ тизацией трубки и последующим вакуумированием до 10"4—10~5 мм рт. ст. ограничивают применение этого способа регистрации. По вто­ рому способу светочувствительный носитель прикладывается к стеклу экрана трубки снаружи. В этом случае четкость записи искажается из-за стеклянных и воздушных зазоров между носителем и люмино­ фором. Наиболее распространен третий способ — проекционный, при котором изображение с экрана трубки проецируется с помощью оптических систем на стандартные чувствительные фотоили кино­ материалы. Вариантом проекционного способа является регистрация изображения с обратной стороны экрана через прозрачную боковую стенку трубки. При таком способе экран остается открытым для ин­ дикации или контроля записи.

Фото- и киноматериалы при регистрации могут иметь дополни­ тельное движение (развертку), что увеличивает степени свободы луча записи и позволяет получать непрерывные осциллограммы длитель­ ных процессов. Известны специальные электронные фоторегистри­ рующие осциллографы с механическойразверткой, например семи­ канальный осциллограф «Сименс»; разработан осциллограф с записью на специальной термопластической ленте, при этом достигается высо­ кая плотность записи и сохраняется возможность визуального про­ смотра.

Измерение амплитуд записанных сигналов сопровождается сравнительно высоким уровнем погрешностей из-за неточности от­

звана усадкой фотоматериалов, толщиной линии записи и другими причинами, сопровождающими фотозапись. Кроме того, имеется ряд причин, специфических для электронного осциллографа; среди них наиболее значима погрешность отсчета, обусловленная кривизной экрана трубки. Для различных конструкций трубки эта погрешность различна и колеблется в пределах от 3 до 6% при максимальных отклонениях луча. Погрешности, вызванные изменениями коэффи­ циента усиления усилителя, могут быть уменьшены введением обратных связей и стабилизацией источников питания. Чувствитель­ ность трубки изменяется во времени вследствие изменения питающих напряжений; кроме того, она различна в различных частях экрана. Чувствительность на краю экрана всегда меньше, чем в центре, из-за краевого эффекта электростатического поля отклоняющих пластин, несимметричности соединения отклоняющих пластин относительно заземления, наличия конечной емкости у отклоняющих пластин и пр. Падение чувствительности на краю экрана достигает 0,5—1,0%.

Для исключения ряда причин, вызывающих погрешности, во многих осциллографах вводятся устройства для калибровки непо­ средственно перед измерением. Наилучшая точность регистрации

155

достигается при измерениях амплитуд, частот или фаз сигналов раз­ ностным (дифференциальным) или компенсационным методом. Од­ нако автоматизация подобных операций связана со значительными трудностями.

В лабораторной и исследовательской практике широко исполь­ зуются многолучевые трубки и коммутаторы, обеспечивающие многоканальность при одном экране и регистрирующей системе [34]. Число одновременно регистрируемых с одной трубки параметров ограничено возможностью различения линий записи, которые могут непрерывно пересекаться или накладываться друг на друга. Поэтому число одновременно регистрируемых параметров ограничивается тремя-четырьмя; при записи пяти и более параметров расшифровка усложняется. Для удобства одновременного сравнительного анализа большего числа параметров применяется запись на одном носителе с не­ скольких трубок. При этом изображение экрана каждой из электрон­ но-лучевых трубок проецируется через свой объектив на одну об­ щую широкоформатную фотопленку, на которой образуется несколько дорожек записи.

В последние годы электронно-лучевые трубки широко исполь­ зуются для цифровой регистрации измеряемых величин.

Магнитографический осциллограф. Все большее распространение магнитографических регистрирующих устройств связано с тем, что магнитная запись позволяет наиболее просто осуществлять автомати­ ческое воспроизведение сигналов и проводить обработку результатов измерений без вмешательства человека. Положительными сторонами метода, кроме того, являются: высокая скорость регистрации, позво­ ляющая записывать быстропеременные сигналы; относительно высо­ кая точность регистрации; возможность регистрации сигналов, име­ ющих различную модуляцию; относительная простота и высокая стабильность рабочих элементов приборов; возможность повторного использования носителя. К отрицательным сторонам метода часто относят отсутствие непосредственно видимых результатов регистра­ ции и необходимость применения вторичных приборов для воспроиз­ ведения информации. Эти свойства магнитографов несущественны при автоматической обработке и расшифровке многоканальной за­ писи, поскольку параллельное использование при этом индикатор­ ных приборов почти не усложняет и не удорожает аппаратуру.

При магнитной регистрации носителем является ферромагнит­ ный материал, в качестве которого можно применять стальную про­ волоку, стальную ленту или специальные ферропленки, нанесенные на ленту или барабан. Наибольшее применение получили ленты раз­ личной ширины на диацетатной, триацетатной и лавсановой основе. При надлежащей температуре и влажности такие ленты могут хра­ ниться, не теряя своих свойств, несколько лет. Самопроизвольное стирание или изменение качества магнитной записи при длительном хранении практически маловероятно. Запись на ленте может быть частично или полностью стерта и на ее место нанесена новая запись. Поверхности лент покрываются прочным слоем ферромагнитной эмульсии, состоящей из мельчайших зерен (менее 0,3 мкм) Fe20 3

156

или Fe30 4 и связующего вещества. Существующие методы аналого­ вой магнитной записи позволяют вести запись с плотностью до 400 периодов сигнала на 1 мм пленки, поперечная плотность записи со­ ставляет 1,5 мм ширины ленты на одну дорожку. Современные магни­ тографы многоканальны; например, на ленте 2-35-РТ может разме­ щаться 20—25 дорожек; длина ленты составляет 500—1000 м.

Регистрирующим органом магнитографа является магнитная головка, а пишущим элементом — участок магнитного поля, созда­ ваемого головкой. Регистрируемый фактор представляется электри­ ческим напряжением или током, проходящим по обмотке электрома­ гнитной головки. Обычно в комплект магнитографа входят три го­ ловки: записывающая, воспроизводящая и стирающая. Типичная

Рис. 36. Схемы магнитных головок: а — головка обычного типа для продольной записи; б —головка для записи методом смещения;

1 — магнитопровод; 2 — катушка управления магнитным полем; 3 — носи­ тель; 4 — постоянный магнит; 5 — ярмо; 6 —- шунт; 7 — сердечник управ­ ляющего магнита

схема конструкции головки показана на рис. 36, а. Кольцевой магни­ топровод собирается из тонких листов пермаллоя и имеет две щели — рабочую б4 и вспомогательную б2. Рабочая щель образована ско­ шенными и тщательно отшлифованными полюсными наконечниками, по которым скользит лента. Вспомогательная щель делается для уменьшения остаточного намагничивания магнитопровода и стаби­ лизации его свойств. Ширина рабочей щели головок выбирается в за­ висимости от их назначения; наиболее характерны следующие раз­ меры: для записывающей головки — 0,03 мм, воспроизводящей — 0,02 мм, стирающей — 0,2 мм. Узкая щель записывающих головок обеспечивает острую фокусировку действующего на покрытие пленки магнитного поля.

Регистрация может производиться или намагничиванием заранее полностью размагниченной ферропленки — черным по белому или размагничиванием первоначально равномерно намагниченного фер­ ромагнитного материала — белым по черному. Физические символы получаются следующими различными методами.

При записи изменением интенсивности намагничивания измери­ тельный сигнал преобразуется в пропорциональную ему остаточ­ ную индукцию участков магнитного слоя ленты, которая сохраняется

157