4.6. Устройство и принцип работы
Все элементы комплекса размещены в двух этажах каркаса 1 (рисунок 4.2). Нижний этаж - служебный. В нем размещена измерительная система ИСТ-2М (позиция 2) и приборный модуль (позиция 3).
Верхний этаж - рабочая зона. В нем постоянно размещены приборы и функциональные модули, и небольшое хранилище. Рабочее положение блока 4 "Теплоемкость газа" (позиция 4) показано на рисунке 4.2.
На задней стенке ИСТ-2М установлен разъем сетевого питания, предохранители на 1А и розетка питания компрессора. На правой боковине каркаса установлена клемма заземления.
КОМПРЕССОР (позиция 4.2) предназначен для создания потока воздуха с напором до 30 кПа и расходом до 90 мл/с. К компрессору подключен осушитель 4.3 - баллончик с силикагелем, удерживаемый пружиной.
Схема пневмосистемы приведена на рисунке 4.3. Воздух от компрессора поступает в осушитель вблизи дна баллончика через штуцер Ш1 с удлинителем. Этот штуцер имеет цветную метку. Выходов у осушителя три. Через дроссель ДР с калиброванным отверстием (штуцер дросселя имеет одну кольцевую риску) воздух поступает на верхний бачок водяного манометра-реометра (позиция 4.4 на рисунке 4.2), затем к потребителю. Через два других штуцера Ш2 и ШЗ воздух поступает на нижний бачок манометра и на кран К1, через который воздух можно "стравливать" в атмосферу.
Дифференциальный водяной манометр состоит из нижнего и верхнего бачков, соединенных прозрачной трубкой. Вблизи трубки расположена линейка, по которой отсчитывается уровень жидкости в пределах от 0 до 22 см с разрешением 1 мм. Для повышения точности отсчета используют лупу. Полость, в которой нужно измерить давление, соединяют со штуцером Ш4. Если штуцер Ш5 открыт в атмосферу, то манометр измеряет превышение давления в полости над атмосферным. Если штуцер Ш5 соединен с другой полостью, то манометр измеряет разность давлений в полостях.
Площадь сечения трубки S1 0,2 см2 много меньше площади сечения бачка S2 12,6 см2 , при этом цена деления линейки примерно равна 1 мм водяного столба (10 Па).
Жидкость (вода) заливается в нижний бачок через штуцер Ш4 с помощью резиновой груши со шлангом так, чтобы начальный уровень жидкости находился напротив нулевого деления шкалы линейки.
Рисунок 4.3 – Схема пневмосистемы комплекса ЛКТ-4
Верхний бачок служит предохранителем: он принимает в себя воду при случайном превышении предельного значения давления в нижнем бачке. Для восстановления работоспособности манометра нужно продуть его, подавая воздух в верхний бачок через штуцер Ш5. При выплескивании жидкости нужно дозаправить манометр.
Включенный по схеме рисунка 3 манометр измеряет разность давлений на входе газа в дроссель ДР и на выходе из него. Разность давлений измеряется по смещению уровня жидкости в трубке манометра и, при небольших отличиях давления от атмосферного, однозначно связана с расходом газа. Зависимость расхода газа от смещения уровня жидкости определяется калибровкой.
Модуль 07 - КАЛОРИМЕТР ГАЗОВЫЙ (рисунок 4.4) предназначен для измерения теплоемкости воздуха методом нагревания струи. Он содержит трубу-теплообменник 1, внутри которой размещен нагреватель 2 (проволочная спираль) и выходной датчик температуры Д1. Труба закреплена в корпусе 3 со штуцером 4, вблизи которого установлен входной датчик температуры Д2. Через штуцер в модуль подают исследуемый газ с известной величиной расхода газа (объема, протекающего в единицу времени). Измеряя разность температур на входе и на выходе струи газа при известной мощности нагревателя, определяют теплоемкость газа.
Рисунок 4.4 – Модуль 07 "КАЛОРИМЕТР ГАЗОВЫЙ"
БЛОК ПРИБОРНЫЙ (позиция 3 на рисунке 2) содержит калькулятор, и секундомер с разрешением 0,01 с. В задней части блока размещаются кабели и другие принадлежности.
СЕКУНДОМЕР предназначен для измерения интервалов времени с разрешением 0,01 с. Управление секундомером осуществляется тремя кнопками. Кнопка "MODE" - выбор режима работы. В режиме "СЕКУНДОМЕР" мигает надпись в верхней части дисплея. Кнопка "ADVANCE" в режиме "СЕКУНДОМЕР" поочередно запускает и останавливает отсчет времени. Если не сбрасывать отсчеты, то происходит суммирование измеряемых интервалов времени.
Кнопка "SET", нажатая в процессе отсчета времени, фиксирует показания дисплея, но не останавливает отсчет времени. При повторном нажатии этой кнопки показания дисплея будут соответствовать продолжающемуся отсчету времени.
Кнопка "SET", нажатая при остановленном отсчете времени, сбрасывает (обнуляет) отсчет и показания дисплея.
Рисунок 4.5 – Управление секундомером
На переднюю панель ИСТ-2М вынесены следующие элементы схемы или органы управления (рисунок 4.6)
"СЕТЬ" - тумблер включения сети.
HI – черезразрядныйразрядный цифровой индикатор. Его свечение свидетельствует о включении питания прибора. Интерпретация показаний определяется нажатой кнопкой переключателя:
"UH" - напряжение питания нагревателя, вольт;
"IH" - ток питания нагревателя, миллиампер;
"Т1" - температура подключенного к системе датчика Д1 в °С с разрешением 0,10;
"Т2" - температура подключенного к системе датчика Д2 в °С с разрешением 0,10;
"UВХ" - действующее значение переменного напряжения, поданного на разъем "ВХ" с разрешением 1 мВ и пределом измерения 2 В.
Рисунок 4.6 – Измерительная система ИСТ-2М
Датчики температуры подключаются к системе через соответствующие контакты разъема "ТЕРМОСТАТ" или через разъемы Д1 и Д2.
"Д1", "Д2" - входы термометра для подключения датчиков. Эти входы включены параллельно соответствующим контактам разъема термостата. К каждому входу подключается только один датчик: или через гнездо Д1/Д2 или через разъем "ТЕРМОСТАТ". Термометр измеряет температуру соответствующего датчика, если нажата кнопка "Т1" или "Т2". Если к одному входу подключены одновременно два датчика (нештатный режим!), показания будут выше максимальной температуры этих датчиков.
"ТЕМПЕР 40...80...120" - ручка регулировки максимальной температуры датчика в пределах 40-120 С
"НАГРЕВ 0...10...20" - ручка регулировки напряжения питания нагревателя в пределах от 0 до 20 В.
"ВКЛ" - тумблер включения нагревателя. При поднятой рукоятке включен ТВЭЛ устройства, подключенного к разъему "ТЕРМОСТАТ", и подается напряжение на гнезда "НАГР"
Н2, НЗ - индикаторы режима работы термостата.
Если температура подключенного к системе и выбранного для измерений датчика ниже установленной регулятором "ТЕМПЕРАТУРА" или вход Д1 не задействован (к нему не подключен датчик температуры), то на нагреватель подается напряжение, заданное регулятором "НАГРЕВ". При этом светится зеленый индикатор Н2.
Если температура подключенного к входу Д1 датчика приближается к установленной регулятором "ТЕМПЕРАТУРА", то включается автомат управления температурой, и напряжение на нагревателе снижается: система переходит в режим термостатирования. При этом светятся два индикатора: зеленый Н2 и красный НЗ. Выход на режим термостатирования легко определить по прекращению роста температуры объекта. Режим термостатирования реализуется, только если датчик нагреваемого объекта подключен ко входу Д1.
Если температура датчика Д1 выше установленной регулятором "ТЕМПЕРАТУРА", то питание нагревателя отключено, и светится только красный индикатор НЗ. Система перейдет в режим термостатирования при остывании объекта.
Вход Д2 служит только для измерения температуры, к системе термостатирования он не подключен. Если датчик нагреваемого объекта подключен ко входу Д2, то объект будет нагреваться до тех пор, пока не сработает система защиты от перегрева.
При достижении любым из подключенных к системе датчиков температуры 125-130 °С или при коротком замыкании цепи датчика, питание нагревателя отключается, загорается индикатор Н4 и раздается прерывистый звуковой сигнал. Так будет до тех пор, пока объект не остынет до температуры 125 °С или до ликвидации замыкания.
При перегрузке источника питания нагревателя его выходной ток сбрасывается до 0,3 А, загорается индикатор Н4, и раздается непрерывный звуковой сигнал. Для сброса режима защиты нужно отключить и вновь подключить нагрузку или снизить до нуля и вновь восстановить напряжение питания регулятором "НАГРЕВ" или выключить и вновь включить сетевое питание.
"АМПЛИТУДА" - ручка регулировки выходного напряжения изолированного источника питания.
"=/" - тумблер переключения вида выходного напряжения:
постоянное или переменное с частотой около 1 кГц. При среднем положении рукоятки питание отключено.
"0", "+/~" - выходы изолированного источника питания.
"НАГР" и "ОБЩ" - выход источника питания нагревателя, параллельный выведенному на разъем "ТЕРМОСТАТ".