Главная  Материалы 

 

Приборы для измерения температуры

 

Прессы — машины статического действия, которые создают равномерное, возрастающее с требуемой скоростью усилие, достигающее больших значений (до 100 МН). С помощью прессов определяют прочность материалов.

 

Основная характеристика пресса — создаваемое им максимальное усилие. По виду привода прессы бывают гидравлические, механические (винтовые, фрикционные) и гидромеханические. При испытании строительных материалов чаще всего применяют гидравлические и винтовые прессы с максимальным усилием от 25 до 5000 кН.

 

Устройство прессов. Станина прессов ( 3. вместе с траверсой и двумя стойками служит основанием для всего механизма и опорой для неподвижной плиты. Нагружающий механизм, который создает требуемое усилие, состоит из электродвигателя, преобразующего устройства (масляного насоса у гидравлического пресса или редуктора с фрикционной муфтой у винтового пресса) и опорных плит.

 

В прессах с гидравлическим приводом ( 3.9, а) для передачи усилия на подвижную опорную плиту используется рабочая жидкость, обычно минеральное масло. Масло из бака насосом высокого давления подается в гидроцилиндр, вмонтированный в станину пресса. Масло в гидроцилиндре передает давление на поршень, на котором помещается нижняя подвижная плита пресса.

 

Схемы прессов:

 

и — гидравлического; о —с винтовым приводом; 1 станина; 2 — стойки; 3 — траверса; 4, 5 плиты; 6 — поршень; 7 силоизмерительное устройство; К — насос; 9 — электродвигатель; 10 — винт; 11— редуктор; 12 — червячная передача

 

В прессах с винтовым приводом ( 3.9, б) усилие на подвижную плиту передается грузовым винтом, который приводится во вращение электродвигателем через редуктор с фрикционной муфтой и червячную передачу. Благодаря редуктору и червячной передаче частота вращения винта (и соответственно скорость его поступательного движения вверх) во много раз меньше частоты вращения электродвигателя. При этом во столько же раз больше становится усилие, развиваемое винтом, по сравнению с усилием, развиваемым электродвигателем.

 

Фрикционная муфта обеспечивает мягкую связь грузового винта с электродвигателем, предохраняя последний от перегрузок. Часто параллельно с электродвигателем применяют приспособление для ручного нагружения, позволяющее нагружать с любой малой скоростью и фиксировать усилие с большой точностью.

 

Силоизмерительное устройство прессов предназначено для измерения действующего на образец усилия. По конструкции силоизмерители могут быть рычажно-маятниковые, пружинные (торсионные) и гидростатические.

 

В рычажно-маятниковом силоизмерителе ( 3.10, о) давление масла на плечо рычага уравновешивается отклоняющимся от положения равновесия маятником. Маятник соединен с указательной стрелкой, показывающей измеряемое усилие на шкале. В конструкциях таких силоизмерителей различных прессов используют систему из нескольких рычагов, в результате чего сила, которую должен уравновесить маятник, уменьшается в десятки и даже сотни раз.

 

3.1 Схемы рычажно-маятникового (а) и пружинного (б) силоизмерителей:

 

1 шток; 2 поршень; 3 стрелка; 4 шкала; 5 маятник; 6 рычаг, воспринимающий нагрузку; 7 рейка; 8 тяга; 9 пружина

 

В пружинном и торсионном силоизмерителях давление масла на поршень уравновешивается каким-либо упругим элементом (пружиной или торсионом). В пружинном силоизмерителе ( 3.10, б) под давлением масла поршень гидроцилиндра давит на шток и смещает рычаг, на другом плече которого установлена пружина. При повороте рычага пружина растягивается и уравновешивает приложенное к нему усилие, при этом растяжение пружины пропорционально этому усилию. Вместе с верхним концом пружины перемещается тяга, соединенная с зубчатой рейкой. Рейка поворачивает шестеренку и установленную с ней на одной оси указательную стрелку. Недостаток пружинных силоизмерителей изменение со временем упругой характеристики пружины, что влияет на точность измерения усилия.

 

Гидростатическими силоизмврителями в прессах служат пружинные манометры ( 3.1 , которые с помощью патрубка с резьбой присоединяются к гидросистеме пресса. Основная деталь пружинного манометра — согнутая по окружности полая трубка-пружина овального сечения. Один конец трубки припаян к патрубку, другой запаян наглухо и шарнирно соединен с тягой. Свободный конец тяги посредством шарнира соединен с рычагом, на противоположном конце которого имеется зубчатая рейка. Рейка находится в зацеплении с шестерней, на оси которой насажена указательная стрелка.

 

Давление масла, подаваемого в трубку, заставляет ее распрямляться тем больше, чем больше давление масла. Распрямляющаяся трубка вызывает перемещение рычага с зубчатой рейкой, которая через шестерню поворачивает указательную стрелку. Величина перемещения стрелки регистрируется на шкале.

 

3.1 Схема пружинного манометра:

 

1 — патрубок; 2 — трубка-пружина; 3- шкала; 4— стрелка; 5 — шестерня; 6 — тяга; 7 — шарнир; 8 — рычаг

 

Манометры, применяемые на прессах, периодически поверяют образцовыми манометрами. Принципиального отличия образцовых манометров от описанного технического манометра нет; образцовые манометры благодаря более тщательному изготовлению и градуировке обладают лишь большей точностью измерений.

 

Погрешность силоизмерителей прессов — не более ±2%.

 

Опорные поверхности пресса представляют собой толстые металлические плиты (см. 3. , прикрепленные: нижняя 5—к поршню пресса, верхняя — к траверсе. Для удобства установки образцов разных размеров в центральном гнезде траверсы смонтирована винтовая пара, к которой крепится верхняя опорная плита. Вращая штурвал винта, можно вручную поднимать и опускать верхнюю плиту пресса. Прессы большой мощности оборудованы специальным приводом для перемещения траверсы. Нижняя плита во многих прессах выполнена из двух частей, соединенных одна с другой сферической поверхностью. При этом верхняя часть может свободно поворачиваться относительно нижней и тем самым устанавливаться параллельно поверхности нижней грани образца, обеспечивая плотное примыкание поверхности плиты к образцу. В некоторых прессах подобное устройство выполнено на верхней опорной плите.

 

Для испытания строительных материалов промышленность выпускает семь марок прессов (ГОСТ 8905—82*): П-2,5; П-5; П-10; П-50; П-125; П-250 и П-500 с верхним пределом нагру-жения соответственно от 25 до 5000 кН. Силоизмерители прессов снабжены двумя шкалами, одна из которых рассчитана на максимальное усилие, развиваемое прессом, другая — на усилие около 50% от максимального. Чаще всего в лабораторной практике применяют прессы П-2,5 и П-50.

 

3.1 Гидравлический пресс

 

3.1 Пресс П-50 (о) с насосной установкой (б)

 

Пресс П-2, Станина пресса П-2,5 ( 3.1 с гидравлическим приводом и торсионным силоизмерителем консольного типа. В нижней консоли установлен гидроцилиндр с поршнем, на котором размещена нижняя опорная плита для испытания на сжатие и может быть установлено прилагаемое к прессу устройство для испытания на изгиб. В верхней консоли установлена винтовая пара для крепления и перемещения верхней опорной плиты пресса. Скорость подачи масла в гидроцилиндр можно менять вращением маховика регулировочного вентиля. Сброс масла из рабочего цилиндра для снятия давления осуществляется маховиком.

 

Пресс снабжен устройством, обеспечивающим постоянную скорость нагружения, если регулировочный вентиль находится в одном положении. Два измерительных цилиндра силоизмерителя связаны с указательной стрелкой шкалы, что позволяет с помощью переключателя устанавливать два предела измерения: от 2,5 до 10 и от 5 до 25 кН.

 

Регистрирующая шкала оснащена указательной и фиксирующей стрелками. При разрушении образца указательная стрелка начинает падать, а фиксирующая остается на значении достигнутой предельной нагрузки. Пресс может быть установлен на бетонном или кирпичном фундаменте или массивной металлической подставке высотой до 1 м над уровнем пола.

 

Пресс П-5 Гидравлический пресс с торсионным силоиз-мерителем состоит из двух агрегатов: собственно пресса ( 3.13, а) и насосной установки с силоизмерительным устройством и пультом управления ( 3.13, б). Основанием пресса служит станина, в которой сделаны вырезы для установки и регулирования положения колонн. Вверху колонны соединены траверсой. В центральном гнезде траверсы смонтирована винтовая пара. На ходовом винте 6 с помощью шарового шарнира с установочными болтами подвешена верхняя плита. Болты позволяют точно зафиксировать положение образца и равномерно передавать на него нагрузку. Для этого после обжатия образца небольшим усилием и самоустановки плиты винты отворачивают до соприкосновения с опорной плитой и в этом положении проводят испытание до разрушения образца.

 

Насосная установка, приводимая в действие электродвигателем, соединена с рабочим цилиндром медной трубкой 8 подачи масла и трубкой 9 сброса его обратно в бак, расположенный также в корпусе насосной установки. Торсионный силоизмеритель, размещенный в верхней части корпуса, связан с гидравлической системой посредством попеременно включаемых гидроцилиндров с измерительными поршнями. Различная площадь поршней позволяет на одной шкале определять нагрузку от 200 и до 500 кН.

 

Масло при включенном электродвигателе подается в гидроцилиндр при отворачивании маховика регулировочного вентиля. На правой боковой стенке корпуса расположен маховик сброса масла из рабочего гидроцилиндра в бак. Пределы измерений устанавливают рукояткой переключения измерительных цилиндров. Чтобы задать требуемый предел, рукоятку поворачивают до совмещения риски на поворотном конусе рукоятки с требуемой цифрой на лимбе, закрепленном на корпусе. Эту операцию можно выполнять только при выключенном электродвигателе и отсутствии давления масла. Круговая шкала оборудована указательной и фиксирующей стрелками.

 

Обслуживание прессов. За исправностью пресса и его состоянием ежедневно следит лаборант, выполняющий испытания, и специалист-механик.

 

Перед началом испытаний производят внешний осмотр пресса и удаляют с него следы влаги и загрязнений. Установку пресса, который должен располагаться на массивном фундаменте, изолированном от пола помещения, проверяют периодически по уровню и отвесу. В инструкции, прилагаемой заводом к прессу, указываются базовые (поверочные) поверхности, где следует помещать уровень или прикладывать отвес, а также допускаемые отклонения базовых поверхностей от горизонтальной или вертикальной плоскости.

 

Все трущиеся и вращающиеся части периодически смазывают. Особенно тщательно смазывают шаровую поверхность самоустанавливающейся плиты и винтовую пару подъема верхней опорной плиты. На сферической поверхности самоустанавливающейся плиты не должно быть ржавчины и задиров; поверхности должны свободно смещаться одна относительно другой. Шарнир смазывают графитной смазкой (смесью графитной пудры и технического вазелина). Насос подачи должен работать в среде жидкого машинного масла. Уровень масла в насосном блоке проверяют щупом с контрольной риской, установленным в контрольном отверстии масляного бака.

 

Важное значение для нормальной работы пресса имеет состояние опорных плит, через которые непосредственно передается давление на образец. Перекос или искривление поверхностей вследствие неправильной центровки образцов, износа плит или их изгиба при работе с превышением предельных нагрузок могут оказать существенное влияние на результаты определения прочности.

 

Особое внимание обращают на смазывание и чистоту деталей силоизмерительного устройства: опорных частей, рычагов, подшипников. Загрязнение этих деталей, коррозия их поверхностей недопустимы, так как снижают чувствительность силоизмерительного устройства и приводят к увеличению ошибки измерений. Силоизмерительное устройство должно быть всегда закрыто крышкой и периодически осматриваться. Призмы и подушки рычагов силоизмерителя должны иметь плотную посадку в своих гнездах без подкладок и зарубов (от раскернива-ния); на их рабочих поверхностях и ребрах не должно быть механических повреждений и следов грязи.

 

Взаимодействие отдельных сборочных единиц и механизмов пресса проверяют при работе пресса вхолостую (без образца). Электродвигатель и насос должны работать без посторонних шумов. При установленном образце нагрузка должна подниматься равномерно без толчков и пульсации. Пресс должен обеспечивать минимальное время выдержки нагрузки (для гидравлических прессов 30 с) на одном уровне при отключенном двигателе (в этом случае допускается изменение нагрузки не более точности ее определения по паспортным данным — обычно не более одного деления шкалы по силоизмерителю). При разгрузке указательная стрелка должна вернуться на нуль. Расхождение допускается не более половины деления. Следует также проверять надежность фиксации наибольшей нагрузки фиксирующей стрелкой, которая может зацепиться за указательную и возвращаться с ней к нулю.

 

Все прессы для предохранения силоизмерителя от случайных перегрузок снабжены конечными выключателями, автоматически выключающими электродвигатель при достижении предельной нагрузки. Они срабатывают непосредственно от указательной стрелки при перегрузке 2 5%. Исправность таких выключателей проверяют, осторожно повышая нагрузку за пределы допустимой. Кроме того, проверяют положение стрелок на шкале и расстояние их от поверхности шкалы, которое должно быть не менее 1 2 мм.

 

В процессе работы детали прессов изнашиваются и деформируются, поэтому прессы подлежат периодической проверке не реже одного раза в год органами ведомственного контроля и не реже, чем раз в два года органами Госстандарта. При проверке производят градуировку силоизмерительных приборов, эксплуатационную проверку гидравлической системы и обследование состояния деталей, передающих нагрузку на образец.

 

В СИ принята температурная шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля температур. Точка плавления льда по шкале Кельвина равна 273,15 К, точка кипения воды — 373,15 К. Так же как в шкале Цельсия, эти температуры отличаются на 100°, поэтому фактически единица шкалы Цельсия равна единице шкалы Кельвина. Пересчитывают температуры из одной шкалы в другую по формуле t °C= T К-273,1 При испытании строительных материалов применяют обычно шкалу Цельсия.

 

Жидкостные термометры представляют собой стеклянный резервуар с припаянным к нему стеклянным капилляром. Жидкость полностью заполняет резервуар и часть капилляра. При изменении температуры объем жидкости меняется, вследствие чего ее уровень в капилляре поднимается или опускается на величину, пропорциональную изменению температуры. Благодаря малому диаметру капилляра даже небольшое изменение объема жидкости заметно меняет ее уровень в капилляре.

 

Общие сведения. Для измерения температуры в лабораториях строительных материалов применяют главным образом жидкостные термометры, реже манометрические, термоэлектрические и термометры сопротивления.

 

По конструкции жидкостные термометры бывают трех типов: палочные, с вложенной шкалой и с прикладной наружной шкалой.

 

Жидкостные термометры. Термометры, действие которых основано на тепловом расширении жидкости (ртути, спирта, пен-тана и др.), служат для измерения температур в интервале от -200 до +750 °С.

 

В качестве термометрического вещества, заполняющего термометр, для измерения температур выше 30 °С чаще всего применяют ртуть, которая находится в жидком состоянии в большом интервале температур (от -39 до +357 °С). Для измерения температур ниже -30 °С обычно используют подкрашенный спирт.

 

а палочный; б с вложенной шкалой; в с прикладной шкалой

 

Палочные термометры ( 2.8, а) — это массивные капиллярные трубки, на внешней поверхности которых нанесена шкала.

 

Технические стеклянные ртутные термометры:

 

Жидкостные термометры:

 

У термометров с вложенной шкалой ( 2.8, б) внутри стеклянной оболочки заключена капиллярная трубка, а позади нее — шкальная пластина из непрозрачного стекла белого цвета. Шкальная пластина в нижней части опирается на сужение оболочки, а в верхней — припаяна к внутренней стороне оболочки. Пластина может быть закреплена и другим способом. Капиллярная трубка крепится к шкальной пластине тонкой проволокой из нержавеющего металла.

 

Отметки шкалы нанесены в виде штрихов, перпендикулярных оси капилляра. Цена деления шкалы термометра от 10 до 0,01 °С. Для удобства пользования и обеспечения высокой точности измерения термометры изготовляют с укороченной шкалой. Наиболее точные термометры имеют на шкале точку О °С независимо от нанесенного на ней температурного интервала.

 

а — прямые; б — угловые

 

По назначению жидкостные термометры бывают различных видов. В строительных лабораториях чаще всего применяют стеклянные лабораторные и технические ртутные термометры и жидкостные (нертутные) термометры.

 

Термометры с прикладной наружной шкалой ( 2.8, в) представляют собой массивную пластину из пластмассы, дерева или металла, с нанесенной на нее шкалой, к которой прикреплен капилляр с резервуаром. Чтобы предохранить жидкостные термометры от разрушения при случайном перегреве, в верхнем конце капилляра предусмотрено расширение (запасной резервуар) или выступающая за пределы градуированной шкалы часть капилляра, допускающая перегрев не менее чем на 20 СС.

 

Стеклянные ртутные термометры для точных измерений рассчитаны на узкие пределы измерений. Изготовляют их обычно палочными. В зависимости от точности измерений термометры выпускают четырех групп: 1, И, III, IV с ценой деления шкалы соответственно 0,01; 0,02; 0,05; 0,1 °С.

 

Общий недостаток жидкостных термометров — значительная тепловая инерция и не всегда удобные для работы габариты.

 

Стеклянные жидкостные (нертутные) термометры служат для измерения температур в интервале от -200 до +200 °С. В качестве термометрической жидкости в них используют органические вещества: этиловый спирт, пропан, керосин и т. п. Жидкостные термометры выпускают палочные, с вложенной и прикладной шкалами.

 

Стеклянные ртутные лабораторные термометры, применяемые для измерения температур в интервале от -30 до +500 °С, бывают палочные и с вложенной шкалой. Промышленность выпускает 30 видов лабораторных термометров с интервалом температур 100 и 50 °С и ценой деления шкалы от 2 до 0,1 °С.

 

Для измерения температуры выбирают термометр с соответствующими пределами измерений. Например, температуру от 10 до 40 °С можно определить термометром с пределами измерений от 0 до 50 °С. При измерении температуры в тепловых приборах (сушильных шкафах, термостатах) верхний предел шкалы термометра должен превышать температуру, которая может быть создана в приборе. В противном случае расширяющаяся ртуть может разорвать капилляр, и термометр придет в негодность.

 

Стеклянные технические термометры предназначены для измерения температур в интервале от -90 до 600 °С. По форме эти термометры ( 2. могут быть прямые (П) и угловые (У). В термометры вложена шкальная пластина, закрепляемая сверху пробкой. Промышленность выпускает 12 видов технических термометров, отличающихся пределами измерения. Термометры используют для измерения температуры в сушильных шкафах, термостатах, холодильных камерах и других установках. Для этого термометр погружают узкой нижней частью на требуемую глубину, а верхняя часть находится снаружи.

 

Для наблюдения за температурой воздуха в помещении термометр помещают на внутренней стене или перегородке помещения так, чтобы на него не действовали прямые солнечные лучи, нагревательные или охлаждающие приборы. При измерении температуры воздуха термометр всегда должен быть сухим. Влажный термометр за счет испарения с его поверхности воды охлаждается и показывает меньшую температуру.

 

Правила пользования жидкостными термометрами. Термометры хранят в футлярах, избегая резких толчков и изменений температуры. Обязательные условия правильной работы жидкостных термометров — непрерывность и равномерность движения термометрической жидкости в капилляре. Она не должна оставлять следов на стенках капилляров и ее столбик не должен рваться.

 

Отсчет по шкале термометра снимают в тот момент, когда прекращается перемещение столбика жидкости относительно шкалы. Термометр при считывании показаний нельзя извлекать из среды, в которой измеряется температура, так как его показания при этом изменяются.

 

1,2— горячий и холодным спаи термоэлемента; 3 — милливольтметр

 

Термоэлектрические термометры. Такие термометры включают в себя термоэлектрический преобразователь (термопару), преобразующий тепловую энергию в электрическую, и электроизмерительный прибор (милливольтметр, потенциометр).

 

При измерении температуры термоэлектрическими термометрами, широко применяемыми в промышленности, можно вести автоматическую запись температуры с помощью электронного самописца (потенциометра); кроме того, ЭДС термоэлектрического преобразователя можно использовать для автоматического регулирования температуры. В лабораториях термоэлектрические термометры применяют для измерения и регулирования температуры в печах, в пропарочных и холодильных камерах.

 

2.1 Схема термоэлектрического термометра:

 

Для изоляции проводников термопары применяют фарфоровые трубки (соломку) или бусы, которые должны сохранять свои изоляционные свойства при высоких температурах. Промышленные термопары защищены от вредного воздействия внешней среды керамическими или металлическими (при температурах ниже 1000 °С) чехлами.

 

Термоэлектрический преобразователь состоит из двух последовательно соединенных (спаянных) между собой разнородных электропроводящих элементов (металлов или полупроводников). Если спаи термоэлектрического преобразователя ( 2.1 имеют разные температуры (Г, Ф 7* , то в цепи термоэлемента возникает термоэлектродвижущая сила (ЭДС), значение которой зависит от разности температур горячего и холодного спаев. Поэтому при постоянной температуре одного спая ЭДС может служить показателем температуры другого спая. ЭДС термоэлектрических преобразователей невелика и составляет несколько милливольт. Линейная (или близкая к ней) зависимость ЭДС от разности температур спаев позволяет выполнять шкалу электроизмерительного прибора, применяемого в комплекте с ним, не в милливольтах, а непосредственно в градусах. Точность измерения температуры термоэлектрическим термометром зависит от постоянства температуры холодного спая во время измерений. Поэтому холодный спай помещают в тающий лед, имеющий стабильную температуру О °С.

 

Для термоэлектрических термометров применяют термоэлектрические преобразователи (термопары) из различных металлов с определенными градуировочными характеристиками.

 

1 каркас; 2 — обмотка: 3 — зашит-пач оболочка; 4— мыиодмые концы

 

Термометры сопротивления. Действия этих приборов основаны на изменении электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводников при изменении температуры. Чаще всего применяют платиновые термометры, позволяющие измерять температуру в пределах от -260 до +1060 °С; для более узкого интервала температур (от -50 до +180°С) используют медные термометры сопротивления.

 

2.1 Схема манометрического термометра:

 

2.1 Термометр сопротивления:

 

Термометры сопротивления ( 2.1 выполнены в виде каркаса из фарфора, кварца или слюды с обмоткой из платиновой, медной или какой-либо другой проволоки диаметром 0,05 0,2 мм, закрытой фарфоровой, стеклянной или металлической оболочкой термометры сопротивления так же, как и термоэлектрические, самостоятельно не применяют — их используют в комплекте со вторичными измерительными устройствами, для подключения к которым термометр снабжен выводными концами.

 

1 термометрический баллон; 2 капилляр; 3- пружина; 4 — шкала

 

Манометрические термометры. Действие этих термометров основано на изменении давления газа в замкнутом объеме при изменении его температуры. При помещении термометрического баллона манометрического термометра ( 2.1 в измеряемую среду давление газа в баллоне меняется. Соответственно оно меняется и в полой манометрической пружине, сообщающейся с баллоном капилляром. При этом пружина закручивается или раскручивается, двигая стрелку вдоль температурной шкалы.

 



Песколовки. Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод. "шлягер" каркаса. Систематизация факторов. Системы водоотведения на подтапливаемых территориях. Склады арматурной стали. Скользящая опалубка.

 

Главная  Материалы 



0.0021