5.1. Измерение

5.1.1. Измерение вертикали

Пример 5.1. Отвес

Отвес — это груз подвешенный на нити. Отвес показывает вертикальное положение. Под действием силы тяжести нить принимает вертикальное направление.

Пример 5.2. Угол отклонения

Маятник не только определяет вертикаль, но и угол отклонения от вертикали в динамике. Имеются маятниковые датчики угла.

Пример 5.3. Гировертикаль

Гировертикаль строится на трехстепенном гироскопе, у которого центр масс смещен от точки повеса вдоль главной оси гироскопа. Позволяет более точно, чем маятник определять угол отклонения от вертикали.

5.1.2. Измерение горизонтали

5.1.2.1. Поверхность жидкости

Поверхность жидкости занимает горизонтальное положение.

Пример 5.4. Горизонт

Горизонтальное положение можно определять с помощью широкого сосуда с жидкостью.

5.1.2.2. Объект с положительной плавучестью или пузырек воздуха на поверхности жидкости

Пример 5.5. Уровень

На этом принципе создан прибор — уровень. Рабочим органом уровня является колба, заполненная окрашенным спиртов с маленьким пузырьком воздуха. На колбе имеются риски (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Уровень

5.1.2.3. Сообщающиеся сосуды

На больших расстояниях измерить горизонталь можно использовать сообщающиеся сосуды.

Пример 5.6. Гидроуровень

На принципе сообщающихся сосудов (закон Паскаля) построен водяной уровень (гидроуровень). Резиновая или пластмассовая трубка, залитая жидкостью. На концах трубки вставляют прозрачные (стеклянные или пластмассовые) трубки — колбы, на которых имеются деления.

Рис. 5.2. Гидроуровень

5.1.2.4. Гироскоп направления

Пример 5.7. Гироскоп

Гироскоп направления используется для определения курса (направления) корабля, подводной лодки, самолета, ракеты, торпеды и других движущихся объектов (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Гироскоп

5.1.3. Измерение плотности

Используется сила Архимеда.

Пример 5.8. Плотномер

Имеются разные способы измерения плотности жидкости. Мы рассмотрим принцип, основанный на Законе Архимеда. Такой прибор называется аэрометр.

Обычно представляет собой стеклянную трубку, нижняя часть которой при калибровке заполняется дробью или ртутью для достижения необходимой массы. В верхней, узкой части находится шкала, которая проградуирована в значениях плотности раствора или концентрации растворенного вещества. Плотность раствора равняется отношению массы ареометра к объему, на который он погружается в жидкость. Соответственно, различают ареометры постоянной массы (более распространенные) и ареометры постоянного объема.

К ареометрам постоянной массы относятся денсиметры (рис. 5.4), шкалы которых градуируются в единицах плотности.

Для практического применения ареометр градуируют в концентрации растворенного вещества, например: спиртомер — в процентах алкоголя для измерения крепости напитка; лактометр — в процентах жира для определения качества молока и т. д.

Рис. 5.4. Аэрометр постоянной массы

Денсиметр: 1— полый корпус; 2 — трубчатый стержень; 3 — балласт; 4 — связывающее вещество; 5 — шкала плотности; 6 — встроенный термометр; 7 — шкала температуры.

3.1.4. Измерение времени

Пример 5.9. Промежуток времени

Падающий груз, расположенный на стержне, замыкает контакты во время падения. Расстояние между контактами определяет промежуток времени. А. с. 189 597.

Пример 5.10. Испытание материала

Для испытания материалов на длительную прочность в условиях высоких температур и агрессивных сред используют прочные камеры — сейфы. К образцу материала прикрепляют груз, после чего заполняют камеру агрессивным веществом, герметично закрывают и включают систему обогрева (тепловые элементы размещены в стенках камеры). Вес груза от 0,02 кг до 2 кг. Основная трудность при таких испытаниях связана с определением момента разрыва образца. Здесь не требуется особой точности. Достаточно, если момент обрыва будет зафиксирован с точностью до нескольких секунд, так как испытания ведутся иногда в течение многих дней.

Сложность в другом: трудно обеспечить надежность сигнальных устройств, размещенных внутри камеры в сильно агрессивной среде. Нужно, чтобы момент обрыва определялся снаружи. Аппаратура, улавливающая шум падения груза, не годится — она слишком сложна и ненадежна.

А. с. 260 249. Груз висит над расположенной внутри камеры наклонной плоскостью 3. Наружная поверхность дна камеры выполнена в виде двух плоскостей 4. При разрушении образца груз падает на наклонную плоскость 3, смещаясь к стенке камеры в направлении к плоскости 4. Центр тяжести устройства перемещается из положения I в положение II. Появляется опрокидывающий момент, устройство поворачивается в направлении плоскости 4. Перемещение может быть зафиксировано визуально или замыкая контакт сигнального устройства (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Испытание материала

1 — герметичныйкожух; 2 — основание; 3 — наклонная плоскость; 4 — наружная поверхность дна кожуха составлена из двух расположенных под угломплоскостей. 5 — захват. 6 — испытуемый образец. 7 — груз. 8 — патрубок, черезкоторый вводится агрессивная среда.

5.1.5. Измерение натяжения

Натяжение гибких лент и канатов можно легко определить, если их пропустить через два горизонтально расположенных ролика, а по середине поместить груз, например, в виде «плавающего» ролика. По положению груза можно судить о силе натяжения гибкого элемента.

 

5.2. Обнаружение

5.2.1. Обнаружение изменения объема жидкости

Пример 5.11. Определение объема газа

Как определить, когда в баллоне с жидким газом осталось 1/10 часть объема?

Патент СССР 456 403 (полученный французами).

Сосуд для хранения жидких материалов, имеющий днище и противовес, отличающийся тем, что, с целью упрощения контроля за уровнем жидкости в сосуде, днище образовано одной горизонтальной частью и другой, сопряженной с ней, наклонной частью, а противовес установлен в наклонной части днища (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Определение объема газа

1 — сосуд; 2, 3 грани, образующее днище с углом150—170о;

4 — скругленные кромки; 5 — подставка; 6 — заливочнаяголовка; 7 — противовес; 12 — основание; 13, 14 — опорные поверхности; 15 —балласт.

5.2.2. Обнаружение изменения формы

5.2.2.1 Катание объекта по наклонной плоскости

Пример 5.12. Определение скола на таблетках

Нужно определить и отделить таблетки со сколом. Для этого предложили автоматизированную линию с телевизионной установкой, но она не справлялась с этим. Как быть?

Было предложено таблетку пускать по наклонной плоскости. Целые таблетки во время движения по плоскости набирают большую скорость и улетают дальше. Таблетки со сколом падают ближе. Устанавливают два бункера. Ближний — для брака, дальний — для целых таблеток.

Пример 5.13. Сортировка дроби

Необходимо отсортировать дробь неправильной сферической формы. Как это сделать?

Дробь пускают по наклонной плоскости. Дробинки правильной формы будут скатываться прямо, бракованные отклоняться вправо и влево. Остается поставить в центре бункер для годной, а по бокам для бракованной продукции.

5.2.2.2. Сила инерции. Отскок

Пример 5.14. Сортировка шариков

На шарикоподшипником заводе выпускают стальные шарики, но при изготовлении они получаются немного отличные друг от друга. В подшипнике должны быть одинаковые по размерам шарики. Необходимо отсортировать шарики по размерам. Как это сделать?

Шарик бросают с определенной высоты на стальную плиту. Отскок шарика зависит от его размеров. Таким образом, каждый шарик попадает в свой бункер.