Деформаційні термометри.

В метеорології застосовується головним чином один вид деформаційних термометрів - біметалеві термометри. Чутливим елементом біметалевих термометрів служить біметалева пластинка. При зміні температури така біметалева пластинка вигинається внаслідок різного розширення складових її металів.

а)

б)

в)

Рисунок 2.8 - Деформація біметалевої пластинки

Наприклад, якщо взяти біметалеву пластинку, яка складається з інвару та сталі (рис.2.8 а) (інвар, що має менший коефіцієнт розширення, знаходиться зверху), то при збільшенні температури пластинка вигнеться таким чином, що інвар виявиться з увігнутої сторони пластинки (рис.2.8 б). При зниженні температури пластинка вигнеться в протилежну сторону (рис.2.8 в).

Якщо один кінець біметалевої пластинки закріпити нерухомо, то при зміні температури її вільний кінець буде переміщуватися. Переміщення вільного кінця при зміні температури пластинки на виражається формулою

, (2.7)

де і - коефіцієнти лінійного розширення металів, з яких

складається пластинка;

- довжина біметалевої пластинки;

- її товщина.

Замінюючи постійним числом , маємо

, (2.8)

тобто переміщення вільного кінця біметалевої пластинки пропорційне зміні температури. Завдяки цьому біметалеві термометри мають майже рівномірну шкалу.

Біметалеві чутливі елементи використовуються в термографах, метеорографах, радіозондах і деяких інших приладах.

Термографи. Вимірювання температури в окремі моменти часу не завжди є достатнім. У багатьох випадках важливо знати також безперервний хід зміни температури. Для реєстрації варіацій температури в часі в метеорології застосовуються самописці, так звані термографи.

Термограф (рис.2.9 і рис.2.10) випускається в пластмасовому корпусі. На основі корпуса за допомогою гвинтів закріплюється плата 2, на якій змонтований весь механізм термографа. Біметалева пластинка 14, що є чутливим елементом термографа, змонтована на кронштейні 12. Кронштейн 12 прикріплюється до другого кронштейна 10, на якому зібраний важільний механізм, що зв’язує біметалеву пластинку зі стрілкою 5. Остання на своєму кінці має перо 1. Кронштейн 10 з механізмом прикріплюється до плати 2.

Важільний механізм складається з важеля 11, з’єднаного з вільним кінцем біметалевої пластинки, тяги 7, важеля 8, закріпленого на осі 9, яка зв’язана зі стрілкою 5. при зміні температури біметалева пластинка 14 деформується і переміщує стрілку 5 з пером вздовж барабана зі стрічкою (переміщення передається через важіль 11, тягу 7, важіль 8 і вісь 9).

Рисунок 2.9 - Термограф

1 – перо; 2 – плата; 3 – вісь барабану; 4 – підкладне колесо; 5 – стрілка пера; 6 - рамка шарніра пера; 7 - тяга; 8 і 11 - важелі; 9 – вісь стрілки; 10 і 12 – кронштейни; 13 – гвинт; 14 – біметалева пластина; 15 – кнопка; 16 - ручка; 17 – вісь шарніра стрілки.

Рисунок 2.10 - Механізм термографа.

Барабан обертається годинниковим механізмом навколо вертикальної осі 3, яка закріплена в платі 2. При зніманні барабану з осі для заведення годинника і зміни стрічки кришка відкривається за ручку при одночасному натиску на кнопку замка. Стрілка 5 з пером відводиться поворотом ручки 16 за годинниковою стрілкою до упора (притиснення стрілки з пером до барабану здійснюється поворотом її в зворотному напрямку до початкового положення). За допомогою кнопки 15 можна зробити пером відмітку на стрічці, не відкриваючи кришку. Початкове положення пера установлюється за допомогою гвинта 13.

Для запобігання біметалевої пластини 14 від механічних пошкоджень служить захист, виготовлений з металевих прутків.

Металеве перо, яке застосовується в самописцях, являє собою невелику порожню пірамідку, що вершиною обернена до паперу. Перо заповнюється спеціальними чорнилами. Чорнила для самописців не повинні бути густими, гігроскопічними, розтікатися на стрічці.

Стрілка 5 пера – вузька пружна пластинка за допомогою шарнірів 6 і 17 зв’язана з віссю 9. Вісь шарніра 17 вставлена в рамку 6 з деяким відхиленням від вертикалі таким чином, щоб кінець стрілки з пером при відведенні її від барабану і повороті навколо осі трохи піднявся вверх. Під впливом сили тяжіння (своєї маси) стрілка буде прагнути зайняти найбільш низьке положення і, обертаючись навколо осі, притискатися пером до барабану. Ступінь притискання пера визначається кутом нахилу осі 17. Збільшення або зменшення нахилу осі робиться поворотом у відповідну сторону рамки 6. Правильно відрегульована стрілка почне відходити від барабану при нахилі самописця на 30-40°.

Барабан з годинниковим механізмом (рис.2.11) служить для рівномірного переміщення стрічки, на якій робиться запис ходу температури.

Стрічка накладається на барабан 2 і кінці її затискаються плоскою пружиною 3. Нижній кінець пружини вставлений в отвір ободка барабану, а верхній загнутий у вигляді гачка і зачіплюється за верхню кромку барабану, який має в цьому місці невеликий виріз.

Всередині барабану на його знімальній основі 8 (рис.2.11 б) прикріплюється годинниковий механізм з пружинним заводом і спусковим регулятором. Пружина, що приводить до руху годинниковий механізм, знаходиться в завідному барабані 12 і заводиться за допомогою ключа 1. Для ключа є отвір в діафрагмі барабану. Другий отвір в діафрагмі, закритий пробкою 5, розташований проти регулятора 6 хода 7 годинникового механізму. Знімаючи пробку, через цей отвір можна регулювати хід годинникового механізму. Завідна пружина одним кінцем прикріплена за вісь завідного барабана, на яку надітий ключ, другим -зачіплюється на виступ на його внутрішній стінці. Заведена пружина, намагається розправитися, і обертає барабан. Швидкість обертання барабану задається спусковим регулятором 6, який зв’язаний з барабаном системою зубчастих коліс.

а) б)

1 – ключ; 2 – барабан; 3 – пружина, що затискає; 4 – вісь; 5 – пробка; 6 – регулятор; 7 – хід; 8 – основа; 9 – підкладне колесо; 10 – трибка; 11 – вісь трибки; 12 – завідний барабан

Рисунок 2.11 - Барабан з годинниковим механізмом: а – загальний вигляд, б – розріз барабану.

При роботі годинника барабан з годинниковим механізмом обертається навколо осі 4, яка прикріплюється до плати самописця. Це обертання викликається тим, що трибка 10, яка сидить на осі 11, обкатується навколо нерухомого колеса 9, прикріпленого разом з віссю 4 до плати. При повному заводі пружини годинник йде 180 годин. Трибка 10 зв’язана з віссю 11 фрікційно, що дозволяє повертати весь барабан з годинниковим механізмом вручну.

Годинникові механізми випускаються двох видів: добові (тривалість одного обороту барабану складає 26 год.) і тижневі (тривалість одного обороту – 176 год.). Вони відрізняються кількістю зубців трибки 10 і колеса 9. У механізмів з добовим ходом трибка має 22 зубця і колесо (шестерня) - 86, у механізмів з тижневим ходом – відповідно 16 і 87 зубців. Крім того, у механізмів з тижневим ходом трибка насаджена не на вісь 11 (вона у цих механізмів коротша), а на іншу додаткову вісь з великою шестернею, яка з’єднується з шестернею завідного барабану 12. В платах годинникового механізму і в барабані є отвори для установки цієї осі.

За технічних умов годинник повинен працювати при зміні температури навколишнього повітря в межах від -35 до +45°С, при цьому мати точність ходу для добових ± 5 хв за 24 год і для тижневих ± 30 хв за 168 год (7 діб).

Стрічка термографа розграфлена прямими горизонтальними лініями і вертикально розташованими дугами. Горизонтальні лінії утворюють шкалу температури з ціною найменшої поділки 1°С. Вертикальні дуги утворюють шкалу часу з ціною поділки 15 хв для добового термографа і 2 год для тижневого.

Дата добавления: 2015-10-13