Физические приборы - Бурсиан Э.В.
Скачать (прямая ссылка):
Наиболее точными современными часами являются атомные (или антовые) часы, в которых в качестве опорных используются оптиче-ие колебания атомов. Таковы, например, цезиевые часы, упрощен-блок-схема которых приведена на рисунке 25, б. Поскольку часто-опорных колебаний в этом случае очень велика (vA порядка IO16 с"1), не поддается делению. Взаимодействие блоков атомных часов та-во: источник возбужденных атомов цезия поставляет их в оптиче-іий резонатор, в котором и возникают электромагнитные колебания, атомные часы в качестве их составной части входят кварцевые часы. 'астота колебаний, вырабатываемых кварцевыми часами, умножает-во столько раз, чтобы результирующую частоту т>квц можно было авнить с vab специальной схеме сравнения, куда поступают обе стоты. Схема сравнения вырабатывает сигнал ошибки, пропорциональный разности nvKBU — vA. Этот сигнал подается на кварцевые асы, подправляя vKBq так, чтобы nvKBIX = vA. Так атомные коле-зния используют для контроля хода кварцевых часов, по которым и ' пределяется время. Суточная вариация атомных часов менее IO-11 с. В связи с наличием вариации суточного хода часы необходимо про-рять (производить поверку), т. е. сверять с другими, более точными, ;ли с периодическим процессом, период которого принят за эталон. Іоскольку за основу шкалы времени был принят период обращения смли вокруг своей оси (сутки), часы устанавливались по астрономическим наблюдениям за суточным вращением звездного неба. Однако с появлением кварцевых и атомных часов в результате точнейших Измерений выяснилось, что Земля вращается неравномерно, и за основу шкалы времени был выбран период вращения Земли вокруг Солн-а (год). Часы стали устанавливать по астрономическим наблюдениям за годичным кажущимся перемещением Солнца по небесной сфере.
25 Этот процесс принят в настоящее время за эталон, а рабочими мерами для поверки всех часов служат атомные часы. Однако точность атомных часов сейчас выше, чем результаты астрономических наблюдений, и для некоторых целей эталонным считают «атомное время», отсчитываемое атомными часами.
В лабораторной практике для измерения малых отрезков времени используют обычно осциллографы.
Для отмеривания определенного отрезка времени служат секундомеры, механические таймеры, в быту — будильники. В электрических реле времени отрезки времени (от Ю-3 с до нескольких минут) отмеряются по времени зарядки (или разрядки) конденсатора через резистор по закону U = и0е~Чнс. При изменении напряжения, например, в е раз (за t — RC) срабатывает реле, включающее или выключающее любое устройство.
Частотомер (герцметр) — прибор, отличающийся от часов тем, что измеряет не общее количество одинаковых промежутков времени, а число этих промежутков за единицу времени. Частотомер включают только во время измерений, часы же не останавливают вообще.
Существует множество различных типов частотомеров: механические, электромеханические, радиорезонансные, электронносчетные, гетеродинные, осцнллографические и т. д.
Механический частотомер — набор упругих металлических полосок, каждая из которых имеет свою частоту колебаний. При приведении такого набора в механический контакт с исследуемым колеблющимся телом одна из полосок приходит в резонанс и начинает сильно колебаться. Механический частотомер имеет малую точность, узкий диапазон измерений и сейчас применяется редко. Вариантом механического частотомера в акустике (музыке) является набор камертонов. В качестве меры низкой частоты порядка 1 Гц используется метроном.
Электромеханические частотомеры служат для измерения частоты в цепях переменного тока не очень больших частот. Простейшие конструкции даны на рисунках 26, а и б. Первый — комбинация механического частотомера с электромагнитом, который работает от исследуемой сети. Второй — релейного типа, в котором реле соединяет конденсатор то с батареей, от которой он заряжается, то с миллиамперметром, через который он разряжается. Чем выше частота, тем больше
Рис. 26. Простейшие Среднее отклонение стрелки миллиампермет-злектромеханические ча- r ~ „ г Г
стотомеры (а, б); элек- Pa- ь простейшем электронном частотомере
тронный частотомер (в), роль реле выполняют диоды (рис. 26, в).
26 О частотомерах более сложных и более современных конструкций эрится в главах «Электромеханические приборы» и «Электронные л». Осциллографический метод определения частоты — см. иллограф.
§ S. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ
Перемещение — величина относительная, измеряется всегда относительно какой-либо системы отсчета. При этом может быть два случая: фогда есть возможность опираться на метки в системе отсчета и когда такой возможности нет. Во втором случае о перемещении судят по орости и времени движения, т. е. применяют приборы, интегрирующие скорость по времени (приборы, интегрирующие показания спи-эметров).
Малые перемещения (малые сдвиги, деформации, изме-"єниє уровня жидкости в сосуде и т. д.) фиксируются всегда с опорой систему отсчета с помощью разнообразных датчиков. На рисунке 27 'риведены некоторые из них. В резистивных датчиках движок переменного резистора, смещаясь, меняет сопротивление. Изменение сопро-вления можно регистрировать, включая резистор по схеме реостата зис. 27, а), по схеме потенциометра (рис. 27, б) или по схеме моста ?ис. 27, в). Последняя схема наиболее чувствительна и чаще всего рименяется. Движок—механическая деталь, и как таковая она ¦наиболее уязвима и наименее надежна. Этого недостатка лишен тен-"зодатчик, им можно измерять лишь очень малые перемещения одного ^участка тела относительно другого — деформации. Полоска тензодатчика — это несколько проволочек из константана, заклеенных в Пластмассу (рис. 27, г). При деформации проволочки растягиваются
