«Пирометрия: Практическое руководство по измерению высоких температур»

Рис. 6. Пирометр со специальным холодным спаем в головке.

Из вышесказанного видно, что идеальная защитная трубка еще не найдена, и пользователь должен выбрать ту, которая наиболее близка к его требованиям. Особое внимание следует уделять случаям, когда присутствуют химические пары, и выбирать оболочку, которая не подвергается их воздействию и не проницаема для них.

Возвращаясь к спаю, рекомендуется всегда сваривать провода, а не полагаться на контакт, возникающий при их скручивании. Платину и платиновые сплавы можно легко сварить, поместив спай в пламя каменноугольной горелки, питаемой кислородом вместо воздуха. Для работы при более низких температурах платиновые металлы можно спаять с помощью небольшого количества золота в пламени горелки Бунзена.

При использовании дешевых металлов для спая конструкция может быть значительно изменена, зачастую с преимуществом. На рис. 6, например, где представлена термопара производства A. Gallenkamp & Co., используются медь и константан, а горячий спай, закрепленный серебряным припоем, дополнен холодным спаем из тех же металлов, расположенным в головке. Медный провод от горячего спая проходит непосредственно к медной клемме, откуда медный вывод идет к гальванометру; та же процедура выполняется с медным проводом от холодного спая, тем самым реализуя схему, показанную на рис. 2. Холодный спай хранится в масле, температура которого регистрируется коротким термометром, что позволяет (как будет объяснено позже) определить правильную температуру горячего спая при любых обстоятельствах. В этом приборе для изоляции проводов используется двухканальная огнеупорная глина, а защитная трубка выполнена из железа, чего достаточно для верхнего предела (800° C), при котором может использоваться спай. Железо и константан можно использовать таким же образом, применяя железные выводы к гальванометру.

Другой тип прибора, ставший практичным благодаря использованию дешевых металлов и который можно назвать «тяжелым типом», изготавливается из толстых кусков металлов, сваренных вместе, вместо проводов, что обеспечивает большую прочность и более длительный срок службы. Фирма Crompton & Co. первой представила термопары этого типа, состоящие из тяжелой стальной трубки, к одному концу которой приварен никелевый стержень, другой конец свободен, а длина стержня соответствующим образом изолирована от стальной трубки; выводы от стержня и трубки идут к гальванометру. На рис. 7 показана термопара такого типа производства Paul, состоящая из железной трубки, внутри которой проходит константановый стержень, изолированный от трубки магнезией. На сужающемся конце два металла сварены вместе, а на свободном конце специальный колпачок, установленный поверх трубки и стержня, контактные части которого изолированы друг от друга, служит для обеспечения возможности вывода к гальванометру. Подобные термопары производятся компанией Foster Instrument Company (рис. 8) и являются простыми, дешевыми и надежными до 900° C с железо-константановой термопарой и до 1100° C с нихромовыми термопарами. Когда они изнашиваются, их можно заменить с минимальными затратами на другие, изготовленные из той же партии металла.

Рис. 7. Пирометр «тяжелого типа» из дешевых металлов.

Недостатком использования углерода в качестве одного из материалов для спая является трудность обеспечения хорошего контакта с металлом, с которым он соединен. В никель-углеродных спаях контакт иногда обеспечивается с помощью пружины, которая прижимает два вещества друг к другу. Такое устройство, очевидно, не так надежно, как то, в котором материалы сварены, и дефектный контакт, возникающий по любой причине, приведет к серьезной ошибке. Более предпочтительный план — ввинтить оба стержня, никелевый и углеродный, в поперечину из любого из этих элементов.

Рис. 8. Пирометр Foster из дешевых металлов.

При использовании термопары для измерения температуры поверхности, например паропроводов или внешней стороны печей, провода можно пропустить через тонкий металлический диск диаметром около ¼ дюйма и припаять с обратной стороны. Подходящими материалами являются медь и константан, припаянные к тонкому медному диску серебряным припоем и выведенные к холодному спаю в головке прибора, как показано на рис. 6. Концевая часть изоляции может быть выполнена из твердого дерева с отверстиями, зенкованными так, чтобы закрыть припой и позволить дереву касаться диска, который при прижатии к горячей поверхности быстро приобретет ее температуру. Автор обнаружил путем испытаний в различных условиях, что этот метод измерения температуры поверхности дает надежные и согласованные результаты. Для очень высоких температур поверхности будет достаточно платинового диска с одной из обычных термопар из платиновых металлов, припаянных к диску чистым серебром, и куском двухканальной огнеупорной глины, подведенной к задней части диска, что подходит для большинства случаев, возникающих на практике. Для пайки проводов к диску лучше всего подходит пламя небольшой горелки, причем в первом случае используется бура в качестве флюса; но при пайке платиновых металлов чистым серебром флюс не требуется.

При определении длины термопары необходимо помнить, что записываемая температура — это температура, преобладающая в области горячего спая. Когда температура в печи равномерна, достаточно, чтобы конец термопары выступал внутрь примерно на 12 дюймов, но при отслеживании изменения температуры объектов в печи конец должен располагаться рядом с объектами. Если расстояние от внешней стороны печи до объектов превышает 2 фута, термопару следует вставлять через крышу так, чтобы она висела вертикально, так как при установке через боковую стенку она провиснет под собственным весом при высоких температурах. Расстояние между внешней стороной печи и холодными спаями должно составлять не менее 15 дюймов во всех случаях, когда нагрев холодного спая не компенсируется автоматически. После вставки термопары отверстие в стенке печи следует закрыть подходящей замазочной глиной.

В некоторых случаях, например в дымоходах, необходимо использовать длинный прибор в горизонтальном положении. В таком случае через дымоход в подходящем месте можно поместить рейку, которая будет служить опорой и предотвращать провисание.

Термопары с жидкими элементами. Исследование, проведенное автором и А. У. Грейсом, показало, что непрерывность ЭДС, создаваемой при повышении температуры, не прерывается при плавлении, за исключением случаев висмута и сурьмы, которые оба демонстрируют резкое изменение термоэлектрических свойств в точке плавления. Поэтому представляется возможным измерять температуру, сконструировав термопару так, чтобы сохранить цепь после плавления; преимущество заключается в том, что диапазон ограничивается температурой кипения металлов, а не температурой плавления, что делает возможными более высокие показания. Температуры кипения некоторых распространенных металлов приведены ниже:

Metal. Boiling Point.

Deg. C. Deg. F

Aluminium 1800 3270

Silver 1955 3550

Tin 2270 4120

Copper 2310 4190

Nickel 2330 4225

Iron 2450 4440

При изучении этих цифр видно, что если бы удалось получить подходящую термопару, можно было бы использовать обычные металлы для измерения температур, равных или даже превышающих предел диапазона, охватываемого проволочными спаями из металлов платиновой группы. Вместо использования двух металлов один из элементов пары мог бы составлять графит, при условии, что не существует возражений против его использования по другим причинам.

Рис. 9. Термопара с жидким элементом.

Форма термопары, разработанная автором для обеспечения возможности использования расплавленных элементов, показана на рис. 9. Стержень из огнеупорного материала R имеет два продольных отверстия, через которые пропущены стержни термоэлементов A и B. Нижние концы A и B вставлены в графитовый блок G, который соединен своей верхней гранью с R; все это окружено огнеупорной оболочкой C. При плавлении одного или обоих элементов цепь поддерживается через G, который также служит для предотвращения смешивания A и B в расплавленном состоянии, не влияя при этом на развиваемую ЭДС. Чтобы учесть расширение металлов при плавлении, A и B сделаны так, чтобы они свободно входили в R. При вставке в печь на глубину, представленную EF, расплавится только часть металлов, прилегающая к закрытому концу, а внешние части останутся твердыми. В настоящее время не удалось получить огнеупорные детали в форме, пригодной для коммерческого использования, но когда это препятствие будет преодолено, этот тип термопары должен оказаться полезным для измерения температур, выходящих за рамки обычных спаев из неблагородных металлов.

Индикаторы для термоэлектрических пирометров. Поскольку электродвижущая сила, развиваемая одним спаем при нагревании, мала, для индикации слабого тока, протекающего через цепь, требуется чувствительный гальванометр. Повсеместно используются чувствительные милливольтметры подвижно-катушечного типа, так как они обладают преимуществом равномерно разделенной шкалы в сочетании с необходимой степенью чувствительности. Оригинальный гальванометр д’Арсонваля, состоящий из катушки, подвешенной на металлической ленте между полюсами подковообразного магнита, использовался Ле Шателье, который с его помощью смог заложить основы этой области пирометрии. В настоящее время используются три формы этого прибора, а именно: (a) зеркальный тип с подвесной катушкой; (b) стрелочный тип с подвесной катушкой; и (c) цапфовый тип. Примеры каждого из них будут описаны ниже.

Рис. 10. Зеркальный гальванометр Холдена-д’Арсонваля.

На рис. 10 представлен зеркальный гальванометр, работающий по принципу д’Арсонваля, разработанный генералом Холденом, членом Королевского общества. Подковообразный магнит является шихтованным, а между полюсами помещен железный сердечник, поддерживаемый стойкой. Катушка, которая движется в пространстве между сердечником и полюсами магнита, подвешена на тонкой плоской полоске фосфористой бронзы, несущей небольшое круглое зеркало. Аналогичная полоска из фосфористой бронзы прикреплена к нижней части катушки и продолжается до регулировочного винта в основании. Концы подвесных полосок сообщаются с клеммами гальванометра, и ток, входящий через одну клемму, проходит через металлические подвесы и катушку к другой. Эффект прохождения тока через катушку, расположенную в мощном магнитном поле, заключается в создании осевого движения, стремящегося скрутить подвесные полоски, которое значительно увеличивается пятном света, отраженным от зеркала на удаленную шкалу. Когда ток прекращается, раскручивание полоски возвращает катушку в прежнее положение. Гальванометры этого типа удивительно «апериодичны» в действии, то есть движение и восстановление катушки происходят без вибрации. Полупрозрачная шкала, расположенная на расстоянии 1 метра и имеющая длину 50 сантиметров, подходит для использования с этим гальванометром. При использовании в мастерских необходимо защищать зеркальный гальванометр от вибраций, создаваемых оборудованием, которые могут привести к неустойчивости светового пятна. Лучший метод достижения этого показан на рис. 11, на котором представлен способ подвески, разработанный У. Дж. Ламбертом для использования в Королевском артиллерийском заводе, Вулиджский арсенал. Обычные опоры гальванометра упразднены, и прибор подвешен на кольце латунного штатива так, чтобы три пружины находились частично в сжатом состоянии. При подвеске таким образом зеркальный гальванометр вполне пригоден для коммерческого использования; в тишине лаборатории можно использовать обычные опоры. Преимущество использования зеркального типа заключается в том, что возможна гораздо более длинная шкала, чем у приборов, снабженных стрелкой, и, следовательно, может быть обеспечена большая точность при определении показаний температуры.

Рис. 11. Антивибрационная подставка Ламберта для гальванометров.

Рис. 12. Термоэлектрический индикатор Сименса.

В приборах с подвесной катушкой, снабженных стрелкой, конструкция отличается от вышеописанной только в деталях. Вместо зеркала к подвесу прикреплена легкая стрелка, которая опирается на катушку, и предусмотрена шкала, по которой движется стрелка. Рис. 12 является примером этого типа, изготовленного фирмой Siemens, причем подвес находится в трубке, которая поднимается из корпуса прибора. Максимальная длина шкалы, по которой движется конец стрелки, составляет около 6 дюймов, так как более длинная и, следовательно, более тяжелая стрелка снизила бы чувствительность ниже уровня, необходимого для термоэлектрических работ.

В типе с двойными цапфами подвес исключен, а к каждому концу подвижной катушки прикреплены цапфы, которые опираются на подшипники. Поворот катушки сжимает волосковую пружину, изготовленную из фосфористой бронзы; когда ток прекращается, разматывание этой пружины возвращает катушку в прежнее положение. Катушка несет стрелку, которая движется по шкале. Эти приборы не так чувствительны, как те, в которых катушка подвешена, но могут быть сделаны достаточно чувствительными для работы с любым типом спая, используемым на практике. Цапфовая форма дешевле и прочнее подвесной и используется везде, где она достаточно чувствительна.

Гальванометр «Uni-pivot» (одноцапфовый), изготовленный Р. У. Полом, показан на рис. 13 и 17. Катушка, несущая стрелку, имеет круглую форму и движется вокруг сферического железного сердечника, помещенного между полюсами магнита. В железном сердечнике просверлено отверстие, и катушка опирается на единственный подшипник в нижней части этого отверстия. Контрольная пружина из фосфористой бронзы служит для возврата катушки в нулевое положение. Уменьшенное трение благодаря использованию единственной цапфы позволяет сделать этот прибор очень чувствительным при необходимости, так что относительно небольшое повышение температуры спая может заставить стрелку пройти всю длину шкалы.

Рис. 13. Принцип работы одноцапфового гальванометра.

Особенности индикаторов. Все подвижно-катушечные приборы, как подвесные, так и цапфовые, подвержены изменению нулевой точки из-за так называемого «ползучести». Подвесная лента при первой установке в положение обычно обладает определенным начальным кручением, которое проявляется постепенно и вызывает небольшое движение катушки. Аналогично, в цапфовом приборе сила или форма контрольной пружины сначала претерпевают постепенное изменение, заставляя стрелку отклоняться от нулевого положения. По этой причине установлены регулировочные приспособления, с помощью которых световое пятно или стрелку можно вернуть к нулю. Эта ползучесть прекращается через некоторое время — часто требуется двенадцать месяцев — и если прибор не подвергается никаким нагрузкам, ошибка по этой причине больше не повторяется в сколько-нибудь заметной степени. В зеркальном гальванометре лучше переместить шкалу или повернуть гальванометр вокруг своей оси, чтобы восстановить правильный ноль, а не скручивать катушку обратно; но при фиксированной шкале и стрелке единственным средством является поворот катушки целиком. В одноцапфовом индикаторе, постоянно используемом в лаборатории автора, ползучесть составила движение конца стрелки на угол 2 градуса за первые несколько месяцев, после чего, по прошествии нескольких лет, никаких дальнейших изменений не произошло. Рекомендуется время от времени проверять нулевую точку индикатора путем размыкания цепи, и если обнаружена ошибка, стрелку следует переустановить или внести поправку при снятии показаний.

Сопротивление индикатора должно быть настолько высоким, чтобы показания заметно не изменялись из-за любых колебаний сопротивления цепи, которые могут возникнуть на практике. Если для соединения пирометра с индикатором используются выводы значительной длины и они подвержены довольно большим изменениям температуры, то последующие изменения сопротивления таких выводов будут заметны на низкоомном индикаторе; аналогично, если пирометр вставляется в печь на разную глубину в разное время, нагревая тем самым разную длину проводов спая, по той же причине возникнет расхождение. Однако сопротивление индикатора нельзя повышать выше определенного предела, не снижая чувствительность ниже требуемого предела. Зеркальный гальванометр описанного типа может иметь сопротивление — частично в катушке и частично в добавленном последовательном сопротивлении — 1000 Ом или более и при этом оставаться достаточно чувствительным; а в последних типах приборов, снабженных стрелками, сопротивление может быть доведено до 1000 Ом, хотя чаще оно составляет 400–500 Ом. Однако используется много индикаторов, сопротивление которых составляет 100 Ом или менее. Поскольку, согласно закону Ома, ток обратно пропорционален общему сопротивлению в цепи, любое изменение сопротивления должно быть малым по отношению к общему, чтобы сделать ошибку пренебрежимо малой. Этот момент проясняется в следующем примере:

Пример. Термопара и выводы имеют сопротивление 5 Ом и подвержены изменениям, составляющим 1 Ом. Найти ошибки, возникающие при использовании индикаторов с сопротивлением 800, 400 и 50 Ом соответственно.

Согласно закону Ома, C = E/R, изменение C при постоянном E составит 1 к 805, 1 к 405 и 1 к 55 соответственно. Поскольку показания пропорциональны току, вызванные изменения составят приблизительно ⅛ процента, ¼ процента и 2 процента. Первыми двумя можно пренебречь; последнее может быть весьма серьезным и привести к срыву операции.

Из вышесказанного видно, что низкоомные индикаторы следует использовать только для стационарных термопар и коротких выводов, не подверженных изменениям температуры, или, другими словами, в цепи с фиксированным сопротивлением.

Сопротивление индикатора, если оно неизвестно, можно найти следующим методом, предложенным автором: магазин сопротивлений соединяется одним концом с одной клеммой индикатора. К другой клемме подключается довольно толстый железный провод длиной 18 дюймов, а аналогичный по длине константановый провод соединяется с другим концом магазина сопротивлений. Свободные концы проводов скручиваются в спай, который погружается в кипящую воду. Отмечается отклонение, полученное при отсутствии сопротивления в магазине (D1), а затем сопротивления (R) отключаются до тех пор, пока отклонение (D2) не станет приблизительно равным половине D1. Сопротивление (G) индикатора, без учета сопротивления проводов, тогда дается формулой

D2R

G = ——————

D1 - D2

что легко доказывается из закона Ома, при условии, что E постоянно. Этот метод чрезвычайно прост и достаточно точен.

Надежные индикаторы теперь можно приобрести у многих производителей приборов по сравнительно небольшой цене, причем прогресс в этом направлении был наиболее заметным в последние годы, особенно в случае цапфовых приборов. Наиболее удобная форма для использования в мастерской изготавливается с торцевой шкалой (рис. 14) и может быть установлена в подходящем положении, закрепленном на кронштейне. Плоская шкала предпочтительнее для использования на лабораторном столе или для переносного пирометра. Секторная модель также хороша для использования в мастерской, так как циферблат виден на расстоянии.

Рис. 14. Индикатор с торцевой шкалой.

Стандартизация индикаторов для прямого считывания температур. Температурная шкала индикатора для использования с данной термопарой всегда размечается производителем в случае приборов, снабженных стрелкой, и, вообще говоря, является правильной в разумных пределах. Принято и необходимо прикладывать к прибору указание температуры холодного спая, для которой разметка является правильной; скажем, 20° C или 60° F. Пользователь должен затем стараться поддерживать холодный спай при этой указанной температуре при снятии показаний, иначе может возникнуть значительная ошибка. Однако крайне желательно, чтобы пользователь мог выполнить стандартизацию самостоятельно, хотя бы для целей проверки; а при использовании зеркального гальванометра в качестве индикатора необходимо проводить стандартизацию на месте, где установлен прибор. Умение подготовить температурную шкалу полезно еще и тем, что любой хороший милливольтметр с диапазоном от 0 до 20 милливольт может быть использован для термоэлектрических работ всех видов и может быть откалиброван для различных спаев, при этом добавляется подходящее последовательное сопротивление, чтобы позволить измерять ЭДС выше 20 милливольт. Таким образом, такой прибор может стать чрезвычайно полезным как в мастерской, так и в лаборатории.

Стандартизация может быть осуществлена либо путем воздействия на горячий спай несколькими известными температурами и фиксации соответствующих отклонений; либо путем измерения электродвижущей силы, развиваемой спаем, и расчета соответствующей температуры по формуле, которая, как известно, справедлива для диапазона, охватываемого прибором. Первый метод проще; и при тщательном проведении он вполне точен. Последний метод обладает тем преимуществом, что показания в милливольтах могут быть переведены непосредственно в температуры, когда известны константы данной термопары. Сейчас принято размечать индикаторы двойной шкалой: одна считывает милливольты, а другая — температуры.

Стандартизация по фиксированным точкам. Взяв любой милливольтметр, который при максимуме 20 милливольт на клеммах даст полное отклонение шкалы, первым шагом будет обеспечить, чтобы стрелка (или световое пятно) оставалась на шкале при самой высокой температуре, достигаемой спаем. Это можно сделать, поместив горячий спай в кипящую воду и отметив полученное отклонение, либо в милливольтах, либо в равных произвольных делениях, а также температуру холодного спая. Наблюдаемое отклонение обусловлено разностью температур (100-t) град. C, где t — температура холодного спая. Если самая высокая измеряемая температура в 10 раз превышает (100-t), отклонение должно быть несколько меньше 1/10 шкалы, и аналогично для любого другого требуемого температурного предела. Если наблюдаемое отклонение превышает эту пропорцию, следует добавить последовательное сопротивление до тех пор, пока не будет получено правильное значение. Это сопротивление затем постоянно устанавливается в цепи для использования с испытываемым спаем.

Прежде чем двигаться дальше, необходимо рассмотреть, будет ли пирометр иметь один холодный спай с определяемой температурой (как на рис. 6) или он будет устроен с двумя холодными спаями в головке, как на рис. 4. В первом случае проще подготовить шкалу «разностей»; то есть такую, которая считывает разности температур между горячим и холодным спаями, из которой температуру горячего конца можно получить, прибавив к разности температуру холодного спая. Во втором случае холодный конец следует поддерживать искусственными средствами при температуре, которая, вероятно, будет достигнута на практике — скажем, 25° C — для этой цели подходит водяная баня. При стандартизации рекомендуется снять защитный экран пирометра, чтобы обнажить горячий спай, так как тогда можно получить более точные показания.

Затем из таблицы фиксированных точек (стр. 16) выбирается ряд материалов — желательно дешевых — с известными температурами кипения или плавления, чтобы получить около шести точек, распределенных довольно равномерно по шкале. В качестве примера, если бы возникло желание подготовить температурную шкалу от 0° до 1000° C, можно было бы выбрать следующие:

Substance and Condition. Temperature.

Water at boiling point 100° C. 212° F.

Tin at melting point 232 449

Zinc at melting point 419 786

Antimony at melting point 631 1167

Common salt at melting point 800 1472

Copper at melting point (covered with graphite) 1084 1983

Горячему спаю дают последовательно достичь этих температур, и в каждом случае отмечается соответствующее отклонение. Затем можно разделить всю шкалу для прямого считывания температур.

Первое показание снимается путем помещения спая в сосуд с кипящей водой, и для местности вблизи уровня моря при обычных работах нет необходимости учитывать колебания температуры кипения из-за изменений атмосферного давления. Чтобы убедиться, что другие показания сняты, когда вещества находятся точно в точке плавления, процедура такова: около 2–3 фунтов вещества расплавляются в тигле «Саламандра», и в расплавленную массу вставляется небольшая трубка из огнеупорной глины, закрытая с одного конца. Горячий спай помещается в трубку из огнеупорной глины, а промежуточное пространство заполняется асбестовым волокном. Необходимо соблюдать большую осторожность, чтобы спай не касался расплавленного вещества. Теперь тиглю дают остыть, и каждые полминуты снимают показания отклонения. Когда вещество находится точно в точке затвердевания — идентичной в общем случае с точкой плавления — отклонение остается неподвижным в течение нескольких последовательных отсчетов из-за выделения скрытой теплоты плавления в количестве, достаточном для компенсации потерь за счет излучения. Это неподвижное показание отмечается для каждого вещества и представляет собой отклонение, даваемое, когда горячий спай находится при температуре, соответствующей точке плавления, а холодный спай или спаи — при температуре, существующей во время наблюдения. Для плавления материалов удобна печь Дэвиса с большой горелкой Теклу или Мекера до 850° C; но для плавления меди необходима паяльная лампа. Расплавленной массе можно дать остыть в печи.

На основе этих наблюдений можно построить калибровочную кривую либо для разностей между горячим и холодным спаями, либо для установившейся температуры холодных спаев. Для иллюстрации процедуры прилагаются два набора данных.

Temperature

of Hot

Junction. Pyrometer 1. Iron-constantan. Pyrometer 2.

(Series resistance in Platinum-iridioplatinum.

galvanometer circuit.)

Deflection. Cold Junction. Difference. Deflection. Cold Junction.

100° C. 8·9 15° C. 85° C. 5·5 ┐

232 21·8 17 215 15·6 │ Constant

419 40·6 19 400 29·4 ├ at

631 63·8 19 612 45·5 │ 25° C.

800 83·0 20 780 59·0 │

1084 . . . . . . . . . 82·0 ┘

Рис. 15. Калибровочные кривые для двух термоэлектрических пирометров.

Рис. 15, A, представляет собой калибровочную кривую для термопары 1, связывающую отклонения с соответствующими разностями между температурами горячего и холодного спаев. Чтобы считать с этой кривой температуру горячего конца, показание, соответствующее наблюдаемому отклонению, прибавляется к существующей температуре холодного спая. Таким образом, если при температуре холодного спая 25° было получено отклонение 56 делений, температура горячего спая составила бы (540 + 25) = 565° C. Преимущество этого метода калибровки заключается в том, что нет необходимости принимать меры для поддержания холодной спая при постоянной температуре; и когда используется один холодный спай, как на рис. 6, этот план следует соблюдать всегда. Следует отметить, что эта кривая проходит через ноль, так как отсутствие отклонения означает отсутствие разности температур.

Рис. 15, B, представляет собой калибровочную кривую для пирометра 2 и такова, что можно получить прямые показания, соответствующие любому заданному отклонению, для температуры холодного спая 25°. Эта кривая, следовательно, пересекает ось нулевого отклонения при 25°, так как нулевое отклонение соответствует состоянию, когда оба спая, горячий и холодный, находятся при 25°. Этот метод калибровки можно с преимуществом использовать для термопар типа, показанного на рис. 4, где в головке существуют два холодных спая и простое правило прибавления температуры холодного спая не применяется. Было сделано много предложений по коррекции изменений температуры холодного конца такой термопары, но ни одно из них не является точным, и для получения правильных показаний необходимо поддерживать эту часть при температуре стандартизации. В обеих вышеуказанных калибровках использовался гальванометр, имевший шкалу, разделенную на 100 равных произвольных делений.

При создании постоянных температурных шкал из этих кривых для прикрепления к существующей шкале гальванометра можно брать интервалы по 100° и отмечать их напротив соответствующих делений на существующей шкале. Каждые 100° затем могут быть равномерно подразделены на столько частей, сколько позволяет длина шкалы, и пронумерованы через подходящие интервалы. Если используемая термопара дает калибровочную кривую, сильно отклоняющуюся от прямой линии, следует брать интервал каждые 50° или, при необходимости, каждые 25°. В приведенных примерах обе кривые являются почти прямыми линиями в рабочей области, а именно: от 400° до 800° для железо-константановой термопары и от 500° до 1100° для платино-иридиево-платиновой.

Одной мерой предосторожности, необходимой при стандартизации индикатора этим методом, является обеспечение чистоты используемых металлов, так как примеси снижают точки плавления. Если заказывать их как «чистые» у любого авторитетного дилера, металлы, как правило, окажутся удовлетворительными. Используемая поваренная соль должна быть обычной солью, продаваемой в блоках, а не подготовленной столовой солью. Вторая мера предосторожности при наблюдении точек плавления — остерегаться возможной ошибки из-за того, что вещество становится «переохлажденным»; в этом случае температура падает ниже обычной точки замерзания до начала затвердевания. Однако, когда происходит замерзание, температура поднимается до истинной точки плавления и остается на ней, а увеличение отклонения после постепенного падения всегда указывает на переохлаждение. Достигнутое затем более высокое отклонение является истинной точкой замерзания. Сурьма часто переохлаждается до 600° перед замерзанием, но при затвердевании поднимается до правильной цифры — 631°. Все металлы и соли время от времени подвержены переохлаждению.

Стандартизация путем измерения ЭДС. В результате экспериментов было установлено, что соотношение между ЭДС, развиваемой спаем, и его температурой — при постоянных условиях холодного спая — может быть выражено приблизительно формулой, приведенной ниже:

log E = A log t + B (формула Холмана),

где E = электродвижущая сила в микровольтах, t = температура в градусах Цельсия, а A и B — константы, зависящие от спая. Для некоторых спаев эта формула может применяться в рабочей части шкалы с ошибкой, не превышающей 2° C, но для других расхождение больше. Чтобы определить константы A и B, необходимо измерить ЭДС при двух известных температурах, которые следует выбирать как можно дальше друг от друга в рабочей области. Когда эти константы известны, измерение E позволяет найти температуру t путем расчета.

Пример. Ле Шателье обнаружил, что спай при температуре расплавленного алюминия (657° C) давал 6200 микровольт; при точке плавления меди на воздухе (1062° C) цифра составляла 10580. Применяя вышеуказанную формулу

log 6200 = A log 657 + B и log 10580 = A log 1062 + B,

значение A равно 1,2196, а B — 0,302, что можно найти, взяв логарифмы и решив уравнения относительно A и B.

Значения констант A и B варьируются для разных спаев, а также для разных плавок того, что считается одними и теми же материалами. После того как они определены для количества однородных проводов, к которым формула применяется с достаточной точностью, очевидно, что индикатор со шкалой в милливольтах может быть сделан так, чтобы считывать температуры напрямую без необходимости дальнейших экспериментов, хотя всегда рекомендуется провести одно контрольное измерение в фиксированной точке рабочего диапазона.

Рис. 16. Потенциометрический метод измерения ЭДС.

Для определения ЭДС спая при различных температурах используется потенциометрический метод, при котором ЭДС испытуемой термопары уравновешивается известной ЭДС, обеспечиваемой постоянным элементом. Схема показана на рис. 16, где B — аккумулятор, который посылает ток через сопротивления R1, R2 и калиброванный провод DE. Холодные концы термопары присоединены в точке P так, чтобы быть в противофазе к B, и в эту ветвь цепи включены чувствительный гальванометр G и часть провода DE. Стандартный кадмиевый элемент S подключен между R1 и R2 на одном конце и может быть включен в цепь с гальванометром через переключатель A. В начале S подключается к гальванометру, и R1 регулируется до тех пор, пока на G не будет получено нулевое отклонение. Переключатель A теперь переводится в цепь термопары, и клемма F перемещается вдоль провода до тех пор, пока снова не будет получено нулевое отклонение. ЭДС термопары определяется из соотношения

E of junction Resistance of DF

———————— = ————————

E of standard cell R2

Подвергая горячий конец спая последовательным стандартным температурам и поддерживая холодные концы при известной постоянной температуре, можно получить необходимые данные для включения в формулу.

При фиксации постоянной температурной шкалы, рассчитанной по формуле, на милливольтметре необходимо помнить, что значения, полученные в результате эксперимента, являются абсолютными и не зависят от сопротивления цепи, состоящей из термоэлемента и гальванометра. С другой стороны, милливольтметр размечен для считывания разности потенциалов на своих клеммах; и если он включен последовательно со спаем и выводами заметного сопротивления, его показания не будут являться ЭДС спая. Пример прояснит этот момент.

Пример. Милливольтметр имеет сопротивление 100 Ом и размечен для считывания разности потенциалов (P.D.) на своих клеммах. Термопара и выводы, подключенные к милливольтметру, имеют сопротивление 5 Ом. Найти соотношение между истинной ЭДС спая и показаниями индикатора.

Если E = ЭДС, развиваемая спаем, а V, показание милливольтметра, = P.D. на его клеммах, то ток в цепи = E/105 = V/100; и V = (100/105)E. То есть показания на 5 процентов ниже, чем истинная ЭДС спая. Таким же образом низкоомный вольтметр, если его применить к элементу с высоким сопротивлением, показывает более низкое значение, чем ЭДС элемента.

Этот пример показывает, как можно рассчитать таблицу, связывающую истинные ЭДС с показаниями в милливольтах, когда известны соответствующие сопротивления. Предполагается при подготовке шкалы таким образом, что сопротивление термопары не будет подвержено таким изменениям, которые могли бы повлиять на показания.

Преимущества этого метода калибровки очевидны, когда из данной партии проводов изготавливается несколько спаев, так как необходимо только разделить шкалу индикатора так, чтобы она представляла милливольты — простая операция — а затем прикрепить температурную шкалу. Эта процедура гораздо более быстрая, чем стандартизация каждого индикатора по нескольким фиксированным точкам, когда их много, но для одного спая метод фиксированных точек проще. Потенциометрический метод измерения ЭДС также может быть использован для определения температур вместо индикатора и очень полезен в случаях, когда требуются особо точные показания, будучи гораздо более чувствительным к обнаружению малых разностей температур, чем индикатор. Специальные потенциометры для термоэлектрических работ производятся компаниями Cambridge and Paul Instrument Company, Siemens и другими, и полезны при проведении точных исследований, но слишком сложны для мастерской или обычной лабораторной практики.

Компенсаторы холодного спая. Необходимость уделять внимание холодному спаю привела к различным попыткам автоматически компенсировать изменения температуры в этой части пирометра. Термометра, расположенного рядом с холодным спаем, как на рис. 6, достаточно для коррекции двухспайной цепи; но когда используется трехспайная цепь, правильное показание не достигается путем прибавления избыточной температуры термометра сверх температуры калибровки к показанию на индикаторе. В устройстве Бристоля ртутный термометр с большим резервуаром и широким стержнем установлен у холодного спая и участвует в любом изменении температуры. В стержне помещена петля из тонкой платиновой проволоки, которая является частью цепи пирометра. Когда ртуть нагревается, она расширяется вверх по стержню и закорачивает часть петли, тем самым уменьшая сопротивление цепи пирометра и стремясь увеличить отклонение на индикаторе. Одновременно холодный спай будет нагреваться, стремясь уменьшить ток и, таким образом, вызвать меньшее отклонение. Путем регулировки эти две тенденции могут быть уравновешены, так что показание останется неизменным, но такая регулировка будет применима только к данной ЭДС и, следовательно, к одной температуре горячего спая. Поэтому этот метод не находит общего применения.

Компенсированные выводы Пика предназначены для устранения ошибок холодного спая путем переноса этого спая, по сути, к гальванометру. Они используются для пирометров, в которых применяются платиновые металлы, и состоят из проводов двух различных сплавов меди и никеля, которые соединяют холодный конец с индикатором. Эти сплавы таковы, что электродвижущие силы, возникающие на спаях в головке — Pt и Cu-Ni 1, и Pt-Ir с Cu-Ni 2 — равны и противоположны при всех рабочих температурах, и поэтому изменения на холодных спаях не влияют на показания. Однако на индикаторе изменения температуры вызвали бы изменение отклонения; но так как индикатор обычно располагается вдали от печи и не подвержен заметному нагреву или охлаждению, возможные ошибки значительно уменьшаются при использовании этих выводов. Они, очевидно, не имеют ценности для использования с пирометрами из неблагородных металлов, так как провода, используемые в них, могут быть продлены до индикатора с идентичным результатом.

Рис. 17. Компенсатор Дарлинга, установленный на гальванометре.

Автоматический компенсатор для использования с пирометрами из неблагородных металлов был разработан автором и проиллюстрирован на рис. 17 и 18. Спираль, изготовленная из составной полоски двух металлов, прикреплена к стрелке индикатора и скручивается или раскручивается при охлаждении или нагревании, тем самым перемещая стрелку по шкале. Длина спирали такова, что изменение температуры на заданное число градусов перемещает стрелку на то же число градусов по шкале — или, другими словами, температурная шкала пирометра идентична шкале спирали. Металлы, образующие спай, продолжаются в виде проводов внутрь гальванометра, где образуется холодный спай, который всегда будет иметь ту же температуру, что и спираль. Шкала сконструирована так, чтобы представлять разности температур между горячим и холодным спаями, и перед подключением пирометра стрелка указывает температуру спирали; то есть холодного спая. При подключении термопары стрелка перемещается катушкой индикатора на величину, представленную разностью температур между двумя спаями, и поэтому в конечном итоге указывает температуру горячего спая.

Рис. 18. — Индикатор, оснащенный компенсатором Дарлинга.

Пример. Если бы холодный спай находился при температуре 20°, стрелка перед подключением термопары указывала бы на шкале 20°. Если бы горячий спай был на 580° горячее холодного, то при замыкании цепи стрелка переместилась бы еще на 580 градусов по шкале, так что показанное значение составило бы (20 + 580) = 600°, что соответствует температуре горячего спая. Если бы теперь индикатор нагрелся на 10°, спираль стремилась бы увеличить отклонение на 10°, но одновременно отклонение, обусловленное спаями, уменьшилось бы на 10°, и показание по-прежнему составляло бы 600°.

Этот метод компенсации делает показания независимыми от температуры холодного спая и, помимо использования для высоких температур, позволяет просто и правильно считывать обычные и низкие температуры, как будет показано далее. Спираль расположена в башне, возвышающейся над верхней частью индикатора на рис. 18.

В методе компенсации Пола термопара и индикатор включены в мост Уитстона, два плеча которого содержат медные сопротивления, а сопротивления в двух других плечах выполнены из манганина. Любое изменение температуры холодного спая распределяется между этими четырьмя сопротивлениями, и, хотя это влияет на сопротивление медных частей, в манганиновых частях изменений не происходит, так как этот сплав имеет пренебрежимо малый температурный коэффициент. Поэтому, если бы мост был первоначально сбалансирован при 20° C, а температура поднялась до 30°, возросшее сопротивление меди нарушило бы баланс и позволило бы небольшому току проходить через индикатор. Падение температуры до 10°, уменьшая сопротивление меди, вызвало бы прохождение равного тока через индикатор в противоположном направлении. Величина этого тока подобрана таким образом, чтобы в одном случае прибавлять повышение температуры холодного спая к показаниям индикатора, а в другом — вычитать падение, тем самым сохраняя истинные показания для той температуры холодного спая, при которой была проведена калибровка термопары.

Холодные спаи с постоянной температурой. Если холодный спай можно поддерживать при постоянной температуре, компенсаторы не нужны, однако до сих пор не было разработано хороших практических средств для достижения этой цели. О головках с водяным охлаждением уже упоминалось, но во многих ситуациях соединительные трубы, которые они требуют, были бы нежелательны, и поэтому такое устройство используется нечасто. Альтернативный метод, предложенный профессором А. Зелени, заключается в закапывании холодного спая в землю. Недавние эксперименты, проведенные в Кембридже Р. С. Уипплом, показали, что температура спая, закопанного на глубину 10 футов, не изменялась более чем на 2° C в течение трех лет. Это привело к использованию закопанных спаев в особых случаях; однако вероятно, что в почве под большими печами наблюдались бы гораздо большие колебания, и в этом случае преимущества данной процедуры были бы утрачены. Распространенный цеховой метод заключается в размещении холодного спая в термосе, наполненном маслом, что позволяет поддерживать температуру с точностью до 2° C, даже если изменения температуры окружающего воздуха могут достигать 15° C. Для специальных работ в термосе можно использовать лед, обеспечивая тем самым абсолютную постоянство, но эта процедура невыполнима в обычных заводских условиях.

Индикаторы специального диапазона. Когда рабочий диапазон пирометра составляет от 600° C и выше, очевидно, что часть шкалы, занятая первыми 600°, бесполезна, и было бы преимуществом, если бы вся шкала могла быть использована для специального рабочего диапазона, чтобы получить более точные показания. Этого можно достичь путем «настройки» (set-up) против движения стрелки, вызванного термопарой, чтобы предотвратить любое движение по шкале до достижения заданной температуры. Например, термопара, развивающая 12 милливольт при 1000° C, может быть подключена к индикатору, в котором полное отклонение стрелки достигается при 6 милливольтах. Если ЭДС в 6 милливольт противопоставить термопаре, отклонения не будет до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой термопара развивает 6 милливольт, — в этот момент встречная ЭДС будет преодолена. Эта температура может составлять 500° C, так что вся шкала может быть разделена между 500° и 1000°. Таким образом, длина шкалы индикатора эффективно удваивается; и при использовании различных значений для настройки очевидно, что можно получить любой желаемый диапазон в пределах чувствительности индикатора. Метод получения встречной ЭДС варьируется у разных производителей. Компания Cambridge and Paul Instrument Company использует сухой элемент и последовательное сопротивление, подключенные так, чтобы противодействовать термопаре; регулируя сопротивление, можно получить любую желаемую настройку, значение которой в градусах можно считать, подключив элемент и сопротивление к индикатору при отключенной от цепи термопаре. Таким образом, для настройки диапазона 500°–1000° на индикаторе, дающем полное отклонение шкалы при 500°, сопротивление регулируется так, чтобы один только элемент заставлял стрелку переместиться до конца шкалы. Метод, принятый Полом, состоит в использовании соответствующих сопротивлений, включенных в мост Уитстона, который может быть выведен из равновесия, создавая тем самым встречную ЭДС правильной величины на клеммах индикатора.

Механическая настройка была внедрена компанией Cambridge and Paul Instrument Company, причем индикатор в этом случае имеет подвесную катушку. Поворачивая головку с накаткой, можно придать кручение подвесной ленте, а поворотом второй головки стрелку можно вернуть к нулю, сохранив начальное кручение, которое противодействует кручению, создаваемому током от термопары. Таким образом, если приложенное кручение было таково, что переместило стрелку к отметке 400° на шкале, температура, указываемая термопарой, была бы равна наблюдаемому показанию плюс 400. Этим методом можно получить любой желаемый диапазон в пределах возможностей индикатора. Опасность возникновения ошибок из-за «ползучести» (creeping) считается пренебрежимо малой.

Рис. 19. — Схема «Пировольта» Нортрупа.

Потенциометрические индикаторы. Преимущество измерения ЭДС потенциометрическим методом заключается в том, что результат не зависит от сопротивления тестируемой цепи, тогда как на индикатор влияют изменения сопротивления цепи, в которую он включен. При использовании длинных проводов для подключения термопары к индикатору могут возникать заметные ошибки из-за переменного сопротивления проводов, вызванного изменением температуры; кроме того, сопротивление проводов термопары варьируется в зависимости от температуры и глубины погружения в печь. Поэтому были предприняты попытки создать индикаторы, основанные на принципе потенциометра, пригодные для использования в цехах, и одна из форм, известная как «Пировольт» (Pyrovolter) Нортрупа, устроена так, как показано на рис. 19, A. Элемент D посылает ток через реостат R, медную катушку C и манганиновую катушку S. Медная катушка имеет такое же сопротивление, как медная обмотка индикатора G. Термопара подключена вместе с G в цепь параллельно манганиновой катушке S, сопротивление этого материала не зависит от температуры. Регулируя R до тех пор, пока на G не будет наблюдаться отклонение, падение напряжения на S делают равным ЭДС термопары. Чтобы измерить это падение, нажимают кнопку, изменяя цепь, как показано в B, при этом индикатор теперь включен последовательно с S, а термопара отсоединена. Величина тока, проходящего через S, остается неизменной, так как катушка индикатора имеет такое же сопротивление, как медная катушка C, которую она теперь заменяет. Отклонение на G указывает величину этого тока, и, поскольку падение напряжения на S пропорционально току, G может быть размечен для считывания ЭДС и соответствующей температуры спая. Заявленные преимущества заключаются в том, что индикатор может использоваться с любым типом термопары и не подвержен влиянию температурных изменений в цепи. Аналогичный прибор производится компанией Brown Company из Филадельфии. До настоящего времени потенциометрические индикаторы не получили широкого распространения в Великобритании, и регулировки, необходимые для получения показаний, следует считать существенным недостатком с точки зрения цеховых условий.

Самописцы для термоэлектрических пирометров. Часто важно знать не только текущую температуру печи, но и колебания, которым она подвержена. Непрерывное наблюдение за пирометром потребовало бы слишком много труда, и поэтому очевидно, что автоматический самописец обладал бы многими преимуществами в таких случаях. Непрерывная запись показывает, поддерживал ли обслуживающий персонал температуру в установленных пределах, и предоставляет постоянную историю данной операции, которая часто служит руководством для будущих действий.

Первый успешный самописец, предложенный сэром У. Робертс-Остеном и спроектированный генералом Холденом, членом Королевского общества, использовался в сочетании с зеркальным гальванометром. В своей первоначальной форме световое пятно от зеркала падало на сенсибилизированную пластину, которой передавалось постепенное вертикальное движение путем соединения кассеты с поплавком в воде с помощью цепи и шкива. Поплавок помещался в резервуар с водой, который постепенно опорожнялся через кран, заставляя поплавок опускаться, а пластину — подниматься. Если отклонение светового пятна оставалось стабильным, на пластине вычерчивалась вертикальная прямая линия, а колебания создавали извилистую линию. Испытания при известных температурах позволили получить стандартную пластину, разделенную на градусы, которую можно было накладывать на испытуемую пластину и таким образом определять температуры. Много ценной работы было выполнено с помощью этого самописца Робертс-Остеном для Комитета по исследованию сплавов Института инженеров-механиков.

Рис. 20. — Самописец Робертс-Остена.

В современном виде (рис. 20) фотопластинка заменена листом сенсибилизированной бумаги, намотанным на барабан, который вращается с известной скоростью — скажем, один раз в 12 часов — с помощью внутреннего часового механизма, показанного слева на рисунке. Гальванометр расположен на противоположном конце, а зеркало освещается с помощью электрической лампы, расположенной снаружи, лучи от которой отражаются от призмы внутри на зеркало. Луч света, выходящий из зеркала, разделяется на две части, одна из которых проходит через узкую щель на сенсибилизированную бумагу, в то время как другая часть отражается на матовую стеклянную шкалу на крышке, разделенную так, чтобы считывать температуры. Таким образом, устройство служит не только самописцем, но и показывает текущую температуру без необходимости изучения сенсибилизированной бумаги. Вся конструкция сделана непроницаемой для света, поэтому ее можно использовать при дневном свете. Для фиксации записей необходима темная комната. При желании можно вести записи двух или более пирометров на одном листе, используя часовой механизм для поочередного переключения каждого прибора на гальванометр на определенный период, при этом внешний циферблат указывает, какой пирометр в данный момент находится в цепи.

Хотя недостатком использования этого самописца является то, что запись не видна, использование зеркального гальванометра придает прибору высокую степень чувствительности, которой не обладают самописцы, описываемые далее.

Рис. 21. — Принцип работы ниточного самописца.

Ниточный самописец. В этом приборе прерывистая запись выполняется чернилами, что обладает преимуществами видимости в течение периода, за который снимаются показания, и постоянства без последующей обработки диаграммы. Принцип показан на рис. 21, где A — это стрелка, заканчивающаяся V-образной деталью из слоновой кости и прикрепленная к подвесу гальванометра B. С помощью кулачка E, вращаемого часовым механизмом, планка D опускается через заданные интервалы, прижимая конец A к пропитанной чернилами нити G и заставляя нить коснуться бумаги, намотанной на барабан C. Этот барабан вращается вокруг своей оси один раз в 25 часов под действием внутреннего часового механизма. Продолжающееся вращение кулачка E попеременно поднимает и опускает стрелку A, оставляя ее свободной на достаточное время, чтобы она могла занять положение, которое она занимала бы при отсутствии механизма. Нить G проходит через шкивы и наматывается через чернильницу, так что часть напротив A всегда влажная. Поскольку планка D опускается каждые две минуты, последовательные точки образуют почти непрерывную линию. Бумага на C разделена по горизонтали на температуры, а по вертикали — на единицы времени, так что температуру, существующую в любое заданное время, можно легко установить. Передняя часть планки D или отдельная полоска, параллельная ей, разделена так, чтобы можно было считывать температуры без обращения к диаграмме. Сам прибор показан на рис. 22. Когда требуется несколько одновременных записей, барабан C удлиняется и вводятся другие гальванометры, к которым подключаются отдельные пирометры. Несколько записей можно сделать на одной диаграмме, внедрив часовой механизм для поочередного подключения каждого пирометра к одному гальванометру.

Рис. 22. — Ниточный самописец.

Рис. 23. — Самописец Сименса.

Самописец Сименса. В этом приборе (рис. 23) стрелка гальванометра заканчивается ножевым краем и движется по тонкой горизонтальной рейке, верхняя часть которой закруглена. Между рейкой и стрелкой помещены красящая лента и бумажная диаграмма, которая перемещается вперед часовым механизмом. Прижимная планка, также приводимая в действие часовым механизмом, опускается примерно через полуминутные интервалы и прижимает конец стрелки гальванометра, тем самым создавая маленькую точку на диаграмме. Бумага имеет ширину 12 см и длину 40 ярдов; она разделена на единицы времени и температуры и движется вперед со скоростью 2 см в час. На основании самописца закреплены выравнивающие винты.

Рис. 24. — Самописец Фостера.

Самописец Фостера. Самописец Фостера (рис. 24) предназначен для использования с неблагородными термопарами типа никель-хром, известными как сплавы Хоскинса, которые дают ЭДС примерно в пять раз большую, чем платино-родиево-платиновая термопара. Доступная в этом случае сила позволяет катушке гальванометра быть подвешенной в горизонтальном положении, при этом стрелка находится в вертикальном положении, и все же оставаться достаточно чувствительной. Диаграмма установлена на вертикальной пластине, которая вращается вокруг своей оси, при этом временные ординаты принимают форму концентрических кругов, которые пересекаются под углом температурными ординатами. На конце стрелки помещена маленькая капиллярная трубка, снабженная пропитанным чернилами фитилем, который при нажатии на диаграмму оставляет отметку. Прижимная планка изогнута по тому же радиусу, что и стрелка, и несет подушечку, смоченную чернилами, так что при каждом нажатии запас чернил в фитиле пополняется на величину, равную той, что передается на диаграмму. Этот самописец иногда оснащается специальными контактами, так что при достижении правильной температуры горит электрическая лампа с белой колбой; тогда как при слишком низкой или слишком высокой температуре загорается зеленая или красная лампа, подавая таким образом сигнал тревоги. Такое дополнение требует использования релейной цепи, но рекомендуется в случаях, когда дорогостоящие изделия могут пострадать при перегреве. Его можно модифицировать, чтобы позволить вести несколько одновременных записей, и он обладает тем преимуществом, что вся диаграмма видна в любое время. С другой стороны, круговые координаты могут считаться некоторыми недостатком, так как они не совсем привычны для чтения, как диаграммы, в которых линии прямые. Прочная конструкция — отличительная черта этого самописца.

Рис. 25. — Самописец Пола.

Самописец Пола. В описанных ранее самописцах движущая сила обеспечивается часовым механизмом. Р. У. Пол представил прибор, в котором все движущиеся части приводятся в действие двигателем, работающим от сети. Этот самописец показан на рис. 25. Двигатель снабжен специальным типом регулятора для обеспечения постоянной скорости и соединен с помощью соответствующей передачи с механизмами, перемещающими диаграмму, прижимную планку и красящую ленту, при этом предусмотрена возможность изменения скорости этих движений путем смены передачи. Гальванометр имеет одноосевую конструкцию, и стрелка через определенные интервалы прижимается к ленте пишущей машинки, которая лежит над диаграммой. Непосредственно под лентой расположен тонкий металлический стержень, над которым проходит бумага, и результатом контакта является появление маленькой точки. Как и в ниточном самописце, диаграмма разделена на прямоугольные координаты, при этом лента в данном случае выполняет ту же функцию, что и нить в предыдущем приборе. Нижняя часть самописца удлинена, чтобы отображать значительную часть диаграммы, которая выполнена в виде рулона и протягивается механизмом. Когда ведутся две записи одновременно, лента состоит из двух полосок, одна из которых смочена черными чернилами, а другая — красными; предусмотрено, что каждая полоска по очереди оказывается над тонким стержнем, на который прижимается стрелка, так что записи появляются в разных цветах. Этот самописец также может быть настроен для множественных записей или оснащен регулятором шкалы. С целью использования в цехах все крышки снабжены притертыми металлическими соединениями, которые гораздо лучше защищают от пыли, чем деревянные. Еще одна полезная особенность заключается в том, что различные узлы самописца — гальванометр, двигатель, механизм подачи и записи, а также редуктор — являются отдельными и взаимозаменяемыми. При использовании соответствующим образом разделенной диаграммы этот самописец также подойдет для радиационного пирометра или, как будет показано позже, для пирометра сопротивления.