книги из ГПНТБ / Максимов Л.С. Измерение вибрации сооружений справ. пособие

63

гальванометров. Уменьшение времени прогрева и повышение точности термостатирования достигается применением так называемой двухсту­ пенчатой системы нагрева, содержащей мощные нагреватели 19, от­ ключаемые биметаллическим реле 16 при температуре 35—37° С, и регулирующие нагреватели 18, поддерживающие равномерную по всей длине блока температуру 40±2°С при помощи ртутного термоконтак­

ров, требующая перестановки полюсных вкладышей или контактов, то одновременно отпаиваются и заменяются проводники 11. Для удобства такой замены в последних моделях осциллографов предусмотрена пере­ ходная лепестковая колодка, не показанная на рисунке. Для замены вкладыша кулачок 8 поднимается с помощью винта 7 вверх до упора и полюс 5 отводится назад с помощью отвертки, вставленной в паз на его хвостовой части, выступающей наружу.

Технические характеристики некоторых наиболее употребительных осциллографических гальванометров приведены в табл. 3.3. Рамка галь­ ванометра на растяжках представляет собой в первом приближении ли­ нейную механическую колебательную систему с одной степенью свободы, имеющую собственную частоту / г (столбец 2, табл. 3.3) и затухание Л2. Зависимость угла поворота Ѳ рамки от проходящего через нее тока і описывается дифференциальным уравнением

где S — чувствительность гальванометра (столбец 5).

Учитывая, что отклонение светового пятна от нулевого положения у

+(2я fz)2y.

Врежиме двукратного интегрирования гальванометры в исследова­ ниях по динамике сооружений до настоящего времени практически не применялись. Гальванометры для работы в режиме однократного инте­ грирования подбираются с собственными частотами, лежащими в преде­ лах диапазона измеряемых частот, или близкими к ним, и включаются

интегрирующие, должны иметь затухание не менее двадцати, что обеспе­ чивается главным образом за счет вихревых токов в металлическом кар­ касе рамки. Вообще говоря, работа гальванометров в режимах интегри­

64

При работе гальванометра в режиме регистрации тока можно оие> пить погрешность за счет двух первых членов уравнения (3.5), рассмат­ ривая случай изменения тока по гармоническому закону

с амплитудой іо и частотой /. Движение светового пятна при этом бу­ дет происходить тоже по гармоническому закону

тическому отклонению светового пятна под действием постоянного тока іо. График отношения

(3.10)

АТ ( і - £ 2)2 + (2а д 2 ’

совпадающий с графиком, приведенным на рис. 1.2, г, изображает амп­ литудно-частотную характеристику (АЧХ) гальванометра.

Фазочастотная характеристика совпадает с показанной на рис. 1.2,6.

Однако более наглядным для оценки искажения записи гальванометром является представление выражения для у вместо (3.7) в виде [227]

что при некотором оптимальном значении затухания между 0,6 и 0,8 можно обеспечить воспроизведение достаточно высоких частот либо с наименьшим отклонением от горизонтали АЧХ, но с большей ошибкой ВЧХ, либо наоборот. Разные изготовители приняли в качестве опти­ мальных значения затухания 0,65 или 0,7. При этом, вообще говоря, неравномерность АЧХ в пределах 5-Ь-10% могла бы быть обеспечена для частот до 0,7-ь0,8/2. Однако, поскольку разброс значений /2 дости­ гает 20% и, кроме того, возможны отклонения в величине D2 (в выпу­ скаемых промышленностью гальванометрах эта величина колеблется от

65

66

68

указания столбца 8, а при жидкостном успокоении — термостатированием гальванометров, так как вязкость даже весьма совершенных сили­ коновых демпфирующих жидкостей меняется не менее чем на 1—1,5% при изменении температуры на 1°С (в диапазоне комнатных темпе­ ратур).

Следует также иметь в виду, что некоторые изготовители гальва­ нометров с жидкостным наполнением указывают их собственную ча­ стоту в воздухе, тогда как в жидкости она оказывается значительно более низкой [69] за счет и н е р ц и о н н о г о влияния присоединенных

неоднородностью магнитного поля, в котором Перемещается рамка, и еще рядом причин. Для измерений, требующих высокой точности, рекомен­

^мин

где 5 Макс и Sмин— соответственно наибольшее и наименьшее значения чувствительности гальванометра из шести значений, определенных при ±20, 40 и 80% от наибольшего рабочего тока.

При точных измерениях необходимо учитывать также так называе­ мую тангенциальную погрешность, которую можно оценить, сравнивая формулы (3.3) и (3.4). Для уменьшения этой погрешности следует стре­ миться к тому, чтобы световое пятно было расположено приблизительно напротив гальванометра.

74

Наконец, существуют погрешности за счет смещения и преломления луча в оптике осциллографа при прохождении его неперпендикулярно поверхностям линз и зеркал, а кроме того, за счет усадки бумаги после проявления. Эти погрешности могут быть учтены, если перед на­ чалом или в процессе измерений на ленте будут записаны отклонения световых лучей под действием постоянного тока эталонной величины или переменного тока эталонной амплитуды.

Основным недостатком светолучевых осциллографов с фотографиче­ ской записью является необходимость фотоообработки экспонированной ленты. Новые конструкции светолучевых осциллографов и их отдельных узлов позволяют практически сразу после записи получать видимое изо­ бражение, однако это связано с рядом условий и ограничений. Напри­ мер, осциллограммы, полученные путем ультрафиолетовой записи на бу­ маге «Регистрирующая УФ-67», для сохранности изображения требуют дополнительной химической обработки. В противном случае они быстро теряют контрастность на свету вплоть до полного исчезновения изобра­ жения. Запись на фотополупроводниковой бумаге (например, типа ЭФО-2) с автоматическим проявлением жидким быстроиспаряющимся проявителем или на обыкновенной бумаге электрографическим методом с сухим проявлением имеет существенное ограничение по скорости дви­ жения луча по носителю (верхний предел равен примерно 2 м/сек).* Таким образом, проблема получения на светолучевом осциллографе не­ посредственно видимой записи пока еще не решена даже для относи­ тельно низких частот (0—100) гц.

Видимая регистрация высокочастотных процессов, спектр которых содержит частоты более чем 10 кгц, в настоящее время возможна лишь на основе применения электронно-лучевых трубок. Электронно-лучевой осциллограф для этой цели типа Н023 (завод «Виброприбор», Киши­ нев) по конструкции аналогичен светолучевым осциллографам, но содер­ жит вместо гальванометров и осветителей девять однолучевых электрон­ ных трубок с электростатическим и магнитным отклонением луча.

Технические характеристики этого осциллографа следующие: число каналов (пишущих лучей) — 9; диапазон регистрируемых частот — от О до 50 кгц\ осциллограф обеспечивает четкую и разборчивую запись регистрируемых процессов с максимальной скоростью светового луча 3 км/сек. Размах каждого луча на фотоленте не более 40 мм (от пика до пика).

В осциллографе применяется осциллографная бумага шириной 200 мм, чувствительностью 600-М000 ед. ГОСТ. При соответствующем уменьшении числа регистрируемых процессов может быть использована осциллографная бумага шириной 60, 100, 120 и 150 мм.

* Скорость указана для осциллографов, выпускаемых серийно. Использова­ ние барабана с арсен-селеновым покрытием позволяет увеличить скорость свето­ вого луча на порядок при том же источнике света или на два порядка — при источнике света, применяемом для записи на фотобумаге типа УФ.

75