17.1 Средства испытаний

В качестве средств испытаний можно привести машины испытания твердости металлов, машины испытания металлов на разрыв, изгиб-перегиба, копры ударной нагрузки, прессы Роквела, Виккерса, прессы Эриксена, машины вибрационных нагрузок – вибростенды, аэродинамические трубы, гидродинамические бассейны, испытательные полигоны, атмосферное состояние местности в различных географических точках земного шара и т.д. В главах 15 – 16 некоторые средства измерений нами не показаны, а перенесены в главу 17, так как они лучше иллюстрируют свои свойства и с точки зрения измерений, и сточки зрения испытаний и контроля.

Далее приводятся рисунки и описание различных средств измерений при испытаниях и в составе стендовых испытаний.

17.1.1 Ареометры. Классификация ареометров /32/

Различают ареометры постоянного объема и ареометры постоянной массы. Ареометр постоянного объема погружается в жидкость всегда на одну и ту же глубину, в то время как глубина погружения ареометра постоянной массы различна в зависимости от плотности испытуемой жидкости.

Ареометр постоянного объема состоит из полого продолговатого металлического или стеклянного корпуса цилиндрической формы, переходящего вверху в тонкий стержень, на конце которого имеется тарелка (чашка) для закладывания гирь. Для устойчивости корпус снабжен балластом. На стержне нанесена метка, до которой должен погружаться ареометр при определенной плотности жидкости и определенной массе гирь. О плотности исследуемой жидкости судят по массе гирь, снятых или добавленных для того, чтобы ареометр погрузился в данную жидкость до метки.

Ареометры постоянной массы по своему назначению делятся на две группы:

1) для измерения плотности жидкостей (называются денсиметрам и шкалы денсиметров градуированы в единицах плотности);

2) для измерения концентрации растворов; шкалы этих ареометров градуированы в процентах по объему или массе.

Денсиметры подразделяются на:

а) денсиметры общего назначения, служащие для измерения плотности различных жидкостей легче и тяжелее воды (водные растворы кислот, солей, щелочей и др.);

б) нефтеденсиметры (для измерения плотности нефтепродуктов);

в) лактоденсиметры (для измерения плотности молока и сыворотки);

г) денсиметры для морской воды;

д) урометры (для измерения плотности мочи);

е) аккумуляторные денсиметры (для измерения плотности раствора электролита в аккумуляторах);

ж) денсиметры АК (для жидкостей типа кислот).

К ареометрам для измерения концентрации растворов относятся:

а) спиртомеры - для измерения крепости (концентрации) водно-спиртовых растворов, определяемой процентным (по объему) содержанием безводного спирта в растворе;

б) сахаромеры - для определения процентного (по массе) содержания сухих веществ в сахарных растворах;

в) клеемеры - для определения концентрации клеевых растворов, выраженной процентным (по массе) содержанием костного клея в воде;

г) гидрометры - для определения процентного (по объему) содержания этиленгликоля в его водном растворе.

Ареометры постоянной массы бывают стеклянные и металлические. В большинстве случаев применяются стеклянные ареометры, обеспечивающие более высокую точность измерений, так как стекло обладает наилучшей смачиваемостью жидкостями, однако в ряде случаев незаменимыми оказываются металлические приборы. Так, для измерения плотности жидких металлов при высокой температуре используют металлические ареометры, изготовленные из стали с эмалевым покрытием или из вольфрамового сплава.

Ареометры постоянной массы по их метрологическому назначению (т. е. по назначению в схеме передачи размера единицы плотности) делятся па эталонные, образцовые и рабочие.

В различных отраслях промышленности и народного хозяйства непосредственно для измерения плотности жидкостей или концентрации растворов применяют рабочие ареометры. Образцовые ареометры служат для поверки рабочих ареометров, а эталонные - для поверки образцовых ареометров.

Устройство стеклянных ареометров

Ареометр представляет собой симметричное относительно продольной оси удлиненное тело, состоящее из полого корпуса цилиндрической (рисунок 17.1 а) или веретенообразной (рисунок 17.1 б) формы и припаянного к нему в верхней части стержня. Стержень выполнен в виде тонкостенной цилиндрической трубки круглого сечения с запаянным концом. У образцовых ареометров и у спиртомеров с ценой деления шкалы 0,1 % допускается конусности стержня не более 0,0005, у остальных спиртомеров, лактоденсиметров и сахаромеров - не более 0,001.

Нижняя часть, ареометра заполнена балластом, который неподвижно закреплен при помощи связующего вещества (смолки, сургуча), размягчающегося при температуре не ниже 70 °С (у клеемеров - не ниже 87 °С). Балласт предназначен для понижения центра тяжести ареометра, чтобы последний при погружении в жидкость плавал в строго вертикальном положении и находился при этом в устойчивом равновесии. Балластом служит мелкая дробь, металлическая высечка или ртуть, которые должны быть сухими и чистыми. Существуют также ареометры с обособленной балластной камерой, которая соединена с нижней частью корпуса.

К внутренней поверхности стержня ареометра прочно приклеена прозрачным клеем плотная бумажная полоска белого цвета, на которой нанесена шкала, соответствующая назначению ареометра.

Цена деления шкалы устанавливается числовыми значениями следующего ряда:

а) у денсиметров - 0,0001; 0,0002; 0,0005; 0,002; 0,005; 0,01 и 0,02 г/см³ (или единиц относительной плотности);

б) у ареометров для измерения концентрации - 0,1; 0,2; 0,5 и 1 %.

Ширина штрихов шкалы не превышает 0,2 мм (у образцовых ареометров и у спиртомеров с ценой деления шкалы 0,1 % - не более 0,1 мм). Длина основных штрихов (т. е. штрихов, обозначенных цифрами) составляет не менее 1/4 длины окружности в поперечном сечении стержня, длина наименьших штрихов - не менее 1/8 длины окружности (для образцовых ареометров — соответственно 1/2 и 1/4 длины окружности).

Расстояние между соседними штрихами, как правило, не менее 0,75 мм. У денсиметров для морской воды, аккумуляторных денсиметров, урометров, спиртомеров, клеемеров и гидрометров это расстояние составляет не менее 1 мм, у сахаромеров — не менее 1,2 мм, у лактоденсиметров - не менее 1,5 мм, у денсиметров для определения плотности малых количеств жидкости - не менее 0,5 мм.

Некоторые типы рабочих ареометров (нефтеденсиметры, лактоденсиметры, сахаромеры, клеемеры, спиртомеры, гидрометры) изготовляют со встроенным термометром, позволяющим одновременно с плотностью (концентрацией) измерять и температуру жидкости. Жидкость, заполняющая резервуар термометра (ртуть, толуол), служит также частью балласта ареометра. Резервуар термометра может располагаться как под основным балластом ареометра, так и над ним.

Бумажная полоска с нанесенной на ней термо - метрической шкалой помещается либо внутри корпуса ареометра (у нефтеденсиметров, спиртомеров, сахаромеров и гидрометров), либо в верхней (расширенной) части стержня (у лактоденсиметров и клеемеров, так как они предназначены для непрозрачных жидкостей).