Физические приборы - Бурсиан Э.В.
Скачать (прямая ссылка):
h,
— —а—
Рис. 21. Газовый объемо-мер.
22 а
б
б
с. 22. Расходомеры: а — чашечного типа для жидкости; б — для газа; в — ротаметр.
уществуют также весовые расходомеры, расходомеры типа пово-тное крыло, а также тахометрические (с вертушкой-пропеллером). Jpи больших расходах применяется ротаметр (рис. 22, в) — пробка коническом трубопроводе, которая приподнимается потоком Жидкости или газа.
§ 4. ЧАСЫ И ЧАСТОТОМЕРЫ
і Часы — прибор для счета количества одинаковых промежутков ремени, принятых за единицу, от какого-то условного начала отсчета. Часы — один из древнейших приборов. Наиболее древними яв-яются солнечные часы — шест, тень от которого перемещается по Некоторой поверхности, вообще говоря, любой и любым образом ¦расположенной в пространстве (рис. 23). Но для того чтобы шкала была равномерной (деления, соответствующие часу, были бы одинаковыми и равными 360724 = 15°), надо, чтобы шест был расположен параллельно оси вращения Земли, а плоскость круга-циферблата 'была перпендикулярна к ней, т. е. и то и другое надо накло-|нить к северу (в Северном полушарии) на угол /90° — ср, где ф — широта местности. Однако такие часы будут работать только -Ib летнем полугодии, так как в зимнем леолнце окажется ниже плоскости циферблата. Для измерения малых промежутков времени применялось пересыпание песка |из одного сосуда в другой или переливание воды (песочные, водяные часы).
Однако значительно большую точность обеспечивают часы, опирающиеся на ка-;кие-либо - периодические про-ц е с с ы. Чем строже периодичность этих опорных процессов, тем точнее часы, а чем больше их частота, тем, как известно, Легче это обеспечить и, кроме того, точнее отсчет.
• В механических часах в качестве таких процессов используют колебания ма-
23
^spy
Рнс. 23. Солнечные часы: а — с горизонтальным циферблатом; б — с вертикальным; в — с равномерными делениями (АО — ось вращения Земли, N—Северный полюс, ВО — вертикаль в данной местности, <р — широта места). ятника (в стенных часах) или балансира — маховичка, который возвращается спиральной пружиной к нулевому положению, но по инерции проскакивает его (рис. 24). Существенной частью и тех и других часов является анкерный механизм, состоящий из колесика с зубцами определенной формы (храповик) и коромысла с двумя зубцами, скрепленного с колеблющимся телом и приходящего от иего в колебания (анкер). Расстояние между зубцами анкера равно полуцелому числу зубцов храповика, например 3V2. Задача анкерного механизма двойная. С одной стороны, отпуская при каждом колебании зубчатое колесо на один зубец, он обеспечивает более равномерное вращение всех сцепленных друг с другом зубчатых колес, которым сообщает вращательное движение гиря или пружина. С другой стороны, зубцы анкерного механизма устроены так, что зубчатое колесо слегка подталкивает каждый раз коромысло, а с ним и маятник или балансир, делая их колебания незатухающими.
Взаимодействие частей механических часов можно представить в виде блок-схемы, которая будет, как мы далее увидим, основой любых часов (рис. 25, а). Для механических часов 1 — либо маятник, либо балансир, 2 — анкерный механизм, ? — гиря или пружина, 4 — система зубчатых колес, уменьшающих скор'ость вращения (редуктор), 5 — стрелки и циферблат.
Главным параметром часов является стабильность хода — вариация суточного хода. Этот параметр не следует путать с тем, что часы могут быть плохо отрегулированы (спешат или отстают). Скорость хода часов можно отрегулировать высотой груза на маятнике или длиной работающей части пружины балансира, кроме того, это легко учесть, вводя поправку. Вариация суточного хода — непредсказуемые колебания скорости хода часов, возникающие в резуль-
2
Рис. 24. Основные детали механических часов: а — маятниковые часы; б — балансовые (/ — маятник, 2 — анкер, 3 — храповик).
J
\ I 2 Ч \ S
; —|Т"|— ї J
Рис. 25. Блок-схема механических, кварцевых и других часов (а): 1 — объект, совершающий опорные колебания, 2 — усилитель, 3 — источник энергии, 4 — делитель частоты, 5 — индикатор; блок-схема атомных часов (б): 1 — источник возбужденных атомов цезия Ca, 2 — оптический резонатор, 3 — кварцевые часы, 4 — умножитель частоты, 5 — схема сравнения частот, 6 — сигнал ошибки.
24 изменения температуры, давления, влажности, состояния смаз-изиоса, изменения положения часов в пространстве, вибрации д. В бытовых механических часах ее трудно сделать менее 10 с. морских механических хронометрах, по которым до недавнего вре-И определяли долготу места, суточная вариация не более 0,1 с. Значительно большую равномерность хода имеют часы, опирающие-на акустические колебания, — так называемые кварцевые часы, сталл кварца, являясь пьезоэлектриком, будучи приведен в коле-ИИ я, превращает механические колебания высокой частоты в элек-«еские, которые далее усиливаются электронным усилителем, о же время усилитель, получая энергию от блока питания, отдает fb ее кристаллу, поддерживая незатухающие колебания. Как и .еханических часах, слишком высокая частота уменьшается в нуж-число раз делителем частоты (рис. 25, а), только в кварцевых ча-это делает не механический редуктор, а электронное устройство, икатор используется также электронный цифровой (см. цифровые боры). Вариация суточного Хода кварцевых часов] доводится до 10~е fa ^ стационарных условиях может быть еЩе меньше. Кварцевые часы !настоящее время интенсивно вытесняют механические даже из до-шего обихода.
