ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 55
Скачиваний: 0
вольтметр не дает показаний. При наклоне прибора уровень жидкости в одной камере поднимается, а в другой опускается, вследствие чего баланс моста нарушается и в его измерительной диагонали возникает ток, фик сируемый вольтметром.
При использовании прибора в качестве измерителя ускорения вдоль продольной оси объекта жидкость пере текает из одной камеры в другую по инерции. При этом происходит разбаланс мостовой схемы, что используется
для подачи сигнала на какой-либо корректирующий механизм.
Чувствительность прибора, зависящая от глубины по гружения электродов в электролит при горизонтальном положении прибора, равна 1" дуги при наклоне прибора; предел измерения составляет 14°. Прибор отличается стабильностью работы при высокой чувствительности и имеет линейную шкалу.
Мы рассмотрели конструкции аксельрометров, реаги рующих на ускорение в одной плоскости. Однако суще ствуют приборы, также преобразующие сигнал ускорения или отклонения тела в пропорциональный электрический сигнал, но реагирующие на ускорение в различных плос костях. Такие приборы обычно представляют собой герме тический сосуд, заполненный жидкостью, в котором на ходится смещающаяся масса; электрическое сопротивле ние жидкости и массы различно. В сосуд вмонтировано несколько электродов, установленных так, что изменение положения прибора создает разбаланс в его цепи.
Измерители механических колебаний
Виброметр, служащий для измерения перемещения тела, как и всякий другой измерительный прибор, не должен заметно увеличивать массу и изменять собственную частоту объекта измерения.
Наиболее часто встречаются индукционные виброметры и виброметры с проволочными преобразователями. Боль шинство из этих приборов очень громоздки, тяжелы и стоят довольно дорого. Они непригодны для измерения вибрации смещения или ускорения аэродинамических поверхностей, небольших механических и электрических устройств, когда установка громоздкого оборудования
153
существенно изменяем вибрационные характеристики элёмента или всей исследуемой системы. В противополож ность указанным приборам электрохимические вибро метры могут быть миниатюрными, очень легкими, про стыми по конструкции. В таких приборах нет движущихся механических частей, они удобны в обращении, их легко устанавливать на объектах и также легко снимать, они имеют длительный срок службы, ие требуют ремонта при эксплуатации.
На рис. 46 показан один из таких электрохимических датчиков перемещения. Корпус датчика делается из не проводящего материала типа керамики или фенольных пластиков, форма корпуса практически может быть любой — цилиндрической, квадратной, прямоугольной и т. д. Описываемый прибор выполнен в виде цилиндра с плоскими параллельными торцами, облегающими мон таж. Корпус собран из нескольких отдельных дисков. Сплошной диск 1 служит одной из стенок корпуса, ди ски 2—4 кольцевые. В отверстие диска 4 входит пор шень 5, образующий вместе с диском вторую стенку корпуса. Сообщающиеся отверстия дисков 2 и 3 образуют закрытую камеру 6, заполненную жидкостью.
Электроды 7—9, имеющие вид шайб, установлены между дисками и находятся в контакте с жидкостью. Внутренние периферические поверхности электродов отпо лированы так, что составляют одну плоскость с дисками, образующими гладкие стенки внутренней камеры при бора. Материал электродов должен быть стойким к воз действию жидкости при прохождении через нее тока; обычно их делают из платины, золота, серебра, нержа
153
веющей стали, обычной бронзы или бронзы с кадмиевый покрытием. Наружные поверхности электродов частично выступают из стенок корпуса, что облегчает подключение их к регистрирующей электрической цепи. Электролити ческая жидкость, заполняющая камеру 5, должна иметь незначительное сопротивление, малую вязкость и низкую точку замерзания. Часто применяется этиленгликоль, содержащий нитрат магния в количестве до 10 вес. %. Нитрат магния снижает сопротивление жидкости, снижает влияние на прибор внешних электрических и магнитных полей.
Жидкость |
заливают внутрь корпуса через отверстие |
в диске 2, |
которое после этого закрывается пробкой. |
В камере оставляют пузырек 10 воздуха или другого газа. Величину пузырька контролируют с помощью пор шня 5, проталкиваемого внутрь для того, чтобы выдавить некоторое количество жидкости из камеры 6. Перед окончательной герметизацией прибора поршень устанав ливают в определенное положение. При этом немного воздуха засасывается внутрь камеры, в результате чего образуется требуемый пузырек. Поскольку по сравнению с электролитической жидкостью объем, масса и прово димость пузырька весьма малы, последний практически не подвергается влиянию ускорения и вибрации.
Датчик включается в электрическую мостовую схему. Мост питается от батареи 11. Два вывода соединяют батарею непосредственно с электродами 7 и 9. Электрод 8 подключается через индикатор 12 к потенциометру 13. Вместо источника постоянного тока можно с таким же успехом использовать источник переменного тока с соот ветствующим индикатором в измерительной диагонали моста.
При работе описанного устройства датчик закрепляют на поверхности объекта, вибрация или смещение которой подлежит измерению. При смещении поверхности про исходит относительное перемещение пузырька и жид кости, последняя движется вместе с корпусом, отрывая пузырек от стенок камеры. При этом изменяется сопро тивление токовых путей между электродами 7 ,9 и цен тральным электродом 8. В результате в измерительной диагонали моста начинает протекать ток, что регистриру ется потенциометром, указывающим величину смещения, частоту вибрации и т. д. Практически такой датчик
154
может работать с записывающим устройством любого типа.
Когда прибор находится в состоянии покоя, пузырек вновь прилипает к стенке камеры, отрываясь от иее лишь при вибрации или смещении исследуемой поверхности. Из этого следует, что прибор может работать в любом положении. Весит ои всего несколько граммов, его наружный диаметр равен примерно 6 мм, высота или толщина 5 мм. Внешне датчик похож иа небольшую пуговицу или медицинскую таблетку. Датчик можно закреплять в требуемом положении с помощью цемента, клейкого вещества или липкой ленты, все эти материалы легко удалить с поверхности объекта без всякого повре ждения ее.
Другой интересный прибор резистивного типа — элек трохимический сейсмометр для измерения сейсмических воли. Широко известны многие типы приборов подобного назначения: это механические приборы, обычно исполь зуемые для регистрации землетрясений; электростатиче ские приборы (колебания волн изменяют расстояние между двумя конденсаторными пластинами); пьезоэлек трические приборы (при сдвигах почв на кристаллах, обладающих пьезоэлектрическими свойствами, возникает напряжение); болометрические приборы (под воздействием воздушной волны через болометр проходит ток, изменя ющий его потенциал); электромагнитные приборы (поло жение катушки относительно магнитного поля изменя ется при движении почвы, при пересечении магнитных линий катушкой генерируется ток или напряжение).
Все эти приборы используются для регистрации или измерения вибраций или движения какого-либо объекта, с которым они находятся в непосредственном контакте.
Любой сейсмограф, электрический, механический, или другого типа, имеет рамку и вибрационную массу, а между ними упругое крепление, которое включает в себя пружину, позволяющую массе колебаться. Период колебания массы регулируется упругостью крепления. Когда тот участок почвы, на котором установлен сейсмог раф, начинает колебаться в результате естественных или искусственных сдвигов земли, рамка прибора движется вместе с почвой, а подвешенная масса остается в покое. Относительное перемещение рамки или смещение между ней и массой используется для генерации тока в элек
155
трическом сейсмографе или прямо передается на перо регистрирующего прибора в механическом сейсмографе.
Электрохимический сейсмограф (рис. 47) во многих случаях оказывается более эффективным прибором, не го воря уже о том, что он чувствителен к малейшим колеба ниям, отмечая, например, прохождение через землю зву ковых волн. На выступах внутренних стенок корпуса, имеющего съемную крышку, с помощью винтов крепится упругая мембрана 1 из тонкой гибкой стали. В центре мембраны помещена инерциальная масса 2, представляю-
і 2 /
7
Рис. 47. Электрохимический сейсмограф
Щая собой стальной цилиндр. В нижней части корпуса расположена электролитическая ячейка 3, заполненная электролитом, с двумя электродами 4 и 5. Основание ячейки, имеющей форму цилиндрического сильфона, на дежно прикреплено ко дну корпуса прибора, а крышка 6 (стальной диск) ячейки жестко прикреплена к инерциаль ной массе с помощью стержня. Ячейка сделана из тон кого волнистого упругого металлического листа, благо даря чему при уменьшении или увеличении расстояния между крышкой 6 и дном корпуса прибора ячейка может сжиматься или растягиваться, как гармошка. Электрод 4 жестко скреплен с крышкой 6, а электрод 5—с дном корпуса прибора. Следовательно, при изменении объема ячейки расстояние ■между электродами соответственно уменьшается или увеличивается. Через сальник выводы от электродов подсоединены к электрической схеме. Электролитом обычно служит раствор сульфата меди; электроды медные. Кроме того, используется раствор азотнокислой меди с ртутными электродами.
156
Известно, что сопротивление между электродами зави сит от удельного сопротивления электролита, которое является функцией концентрации электролита, его тем пературы и состава.
В процессе работы прибора удельное сопротивление электролита предполагается известным и постоянным, так же как и сопротивление электролита между элек тродами при стационарном состоянии прибора.
При движении корпуса вверх и вниз, например при звуковых колебаниях, инерциальная масса стремится остаться в исходном положении, а расстояние между электродами будет изменяться вследствие гибкости сте нок ячейки. Это изменение расстояния влечет за собой изменение сопротивления электролита между электро дами. Последнее измеряется посредством мостика Уит стона, питаемого от постоянного источника тока 7. Сопро тивление между электродами является одним плечом моста, остальные три — это сопротивления 8—10. Клеммы измерительной диагонали моста соединены с вход ными клеммами усилителя 11, выходные клеммы кото рого подсоединены к регистрирующему прибору 12.
В отсутствие сейсмических колебаний сопротивление электролита зависит от окружающей температуры. Чтобы иметь возможность устранить это влияние, сопротивле ние 10 должно быть регулируемым. Регулируя сопро тивление 10, его делают равным сопротивлению между электродами, а сопротивления 8 и 9 — равными друг другу. При таких условиях мост находится в равновесии, на выходных клеммах усилителя 11 отсутствует напря жение и сигнал на приборе 12 равен нулю. Когда под действием сейсмической волны корпус прибора начинает двигаться, происходит разбаланс моста, на выходных клеммах усилителя появляется напряжение, величина которого соответствует степени разбаланса моста. Поляр ность напряжения разбаланса указывает направление движения корпуса (вверх или вниз), а величина напря жения — величину его перемещения. Напряжение раз баланса, проходящее через усилитель, регистрируется
прибором 12.
В заключение .опишем еще один электрохимический преобразователь, не связанный с определением вибрации или перемещения, но в котором оригинально исполь зуется тот же резистивный принцип. Это прибор для
І57
Рис. 48. Прибор для определения количе ства эритроцитов в крови
определения количества эритроцитов в крови, изображенный на рис. 48.
Прибор очень прост по конструк ции, имеет большой срок службы, поз воляет производить быстрые и точные измерения. Он представляет собой стек лянную трубку 1, имеющую в нижней части расширение 2 и закрытую с обоих концов металлическими крыш ками. Крышки, крепящиеся к стеклян ной трубке цементом, имеют внутрен нюю резьбу для крепления выводных клемм 3, к которым подсоединены съем ные провода. Верхняя выводная клем ма жестко соединена с платиновым электродом 4\ рабочая поверхность электрода выполнена в виде пластины. К нижней клемме прикреплен плати новый электрод 5, проходящий через расширенную часть трубки; верхняя часть электрода плоская.
При заполнении прибора исследуе мой жидкостью вынимают верхнюю клемму с электродом, которую затем вставляют обратно. Между электродами пропускают ток и замеряют сопротив ление при помощи моста переменного тока. После этого съемные провода снимают, и трубку помещают в центри фугу. При центрифугировании с опре деленной скоростью красные кровяпые шарики оседают в камере 2. Трубку с отцентрифугированиой кровью под соединяют к электрической схеме и вновь замеряют сопротивление жидко сти. Кровь — электролит, а красные кровяные шарики не проводят тока, вследствие чего результаты первого и второго замера сопротивления будут неодинаковыми. Разница в величине сопротивления определяет количество эритроцитов: чем их больше, тем эта разница значительней.
158
Очевидно, что этот прибор можно использовать и длй других электропроводящих жидкостей, содержащих не проводящие частицы, или для смесей проводящих и не проводящих жидкостей. В последнем случае путем замера сопротивления жидкости до и после центрифугирования определяют составные части смеси.
Фоточувствительпое устройство
В последнее время разработано оригинальное электро химическое фоточувствительноѳ устройство, работающее на основе явления изменения токовой проводимости в ор ганическом кристалле под действием света (рис. 49). Главный элемент этого устройства — органическая пла стина 1 (антраценовый кристалл), расположенная в центре электрохимической ячейки и делящая ее на две камеры 2 ж3. Камеры заполнены одномолярным раствором NaCl или Na J. На платиновые выводы 4 и 5, погруженные в раз ные камеры, подается постоянное напряжение. Блок ячейки заключен в герметический корпус из изоляцион ного материала, имеющий в каждой из камер кварцевое окошко 6. Через эти окошки происходит облучение ор ганического кристалла светом. Применение кварца свя зано с тем, что он хорошо пропускает ультрафиолетовые лучи. Электролит, заполняющий камеры 2 ж3, является электролитическими электродами для органической пла стинки.
Когда ячейка не облучается светом, через нее прохо дит так называемый теневой ток малой величины (ІО-10— ІО-11 а). Но как только через кварцевые окошки на орга нический кристалл упадут лучи света, ток, проходящий через ячейку, возрастает на 2—3 порядка. Это свидетель ствует о высокой чувствительности данного прибора. Следует отметить, однако, что прибор имеет пороговую длину волны. Если он облучается светом, имеющим длину волн, превышающую пороговое значение, то свет практи чески не оказывает влияния на ток, проходящий через ячейку. Из этого следует вывод, что органический кри сталл имеет проводимость, резко изменяющуюся под дей ствием света.
Остановимся кратко на токовой проводимости в орга нических кристаллах. Известны различные методы полу-
159