Градуировка (термометров, ареометров, манометров, измерительных приборов, мерной химической посуды)

Градуировка

ГРАДУИРОВКА, процесс подразделения данной шкалы, циферблата, меры или прибора на части.

Градуировка ареометров производится при посредстве нормальных или образцовых ареометров, точно проверенных. Набор образцовых ареометров, необходимых для производства градуировки, должен содержать ареометры: для определения удельного веса при температуре 15° и по отношению к воде при 4°, что условно обозначается дробью 15°/4°; для определения удельного веса нефтяных продуктов при 15°/15°; для спиртомеров по Траллесу при 15,56°/15,56°; для новых спиртомеров по удельным весам спиртоводных растворов, рассчитанных Главной палатой мер и весов, при 15°/15°, для сахариметров при17,5°/17,5°; для ареометров Вѐ при 15°/15°. Градуировка ареометра начинается с нагрузки его дробью или ртутью. При нагрузке дробью в корпус ареометра предварительно всыпается некоторое количество сургуча в виде мелких отсеянных от пыли кусочков, которые затем расплавляются, так что сургуч равномерно распределяется по дну и стенкам нижней части корпуса. Затем ареометр погружают в жидкость, удельный вес которой соответствует нижнему делению будущей шкалы, и нагружают дробью или ртутью так, чтобы он погрузился до основания шейки. Затем дробь закрепляется в нижней части корпуса расплавлением сургуча, а если корпус ареометра снабжен внизу добавочным резервуаром, то введенный в корпус балласт перемещается в этот резервуар, который после этого запаивается. Затем вставляют в шейку ареометра временную, свернутую в трубочку бумажную шкалу с порядковым № и с нанесенными на ней мелкими нумерованными делениями, погружают ареометр в жидкость требуемого удельного веса (или крепости), точно соответствующего нижнему делению будущей шкалы, и догружают ареометр дробинками настолько, чтобы его шейка погрузилась на 10—15 мм от ее начала. Деление временной шкалы, совпадающее с уровнем жидкости, записывается.

Погружая затем ареометр в жидкости с постепенно уменьшающимся удельным весом (достаточно взять 2—3 таких жидкости), записывают отсчеты уровней этих жидкостей на временной шкале, а на шейке ареометра отмечают тушью положения записанных делений на этой шкале. На бланк для нанесения будущей шкалы накладывается полоска бумаги с временной шкалой, и записанные деления ее, посредством наколов иглой, переносятся на указанный бланк, который отмечается тем же №, что и временная шкала. По сделанным наколам для крайних и средних точек шкалы вычерчиваются все промежуточные деления посредством так называемой тюрингенской делительной машины. Деления шкалы большинства ареометров не равновелики, а прогрессивно увеличиваются или уменьшаются. Кроме того, общая длина шкалы, даже в группе одноименных ареометров, редко бывает вполне одинаковой. Поэтому вычерчивание шкалы для каждого ареометра д. б. индивидуальным. Для вычерчивания ареометрических шкал применяется т. н. матрица, представляющая собой линейку с нанесенными на ее ребре зубцами, расстояния между которыми соответствуют делениям увеличенными в 2—3 раза шкалы для ареометра с правильной цилиндрической шейкой. При помощи таких матриц, изготовляемых специально для каждого рода ареометра, и вышеназванной делительной машины можно было бы вычерчивать шкалы по крайним отметкам шкалы, причем все деления матрицы выходили бы на шкале пропорционально сближенными в требуемой степени. Но так как шейки ареометров не всегда бывают правильной цилиндрической формы, то для верности градуировки необходимо вычерчивать шкалы отдельно для каждого участка, от отметки до отметки.

Делительная машина состоит из деревянного наклонного стола АА (фиг. 1), по которому может передвигаться вправо и влево доска ВВ, направляемая в своем движении верхним краем стола.

Делительная машина

Доска эта снабжена по бокам металлическими ребрами С и D, между которыми может передвигаться с некоторым трением вверх и вниз вторая доска ЕЕ, служащая для наклейки, посредством кусочков воска, бланков F для будущих шкал. По наклонным ребрам С и D движется чугунный ползун С1, скользящий вниз под действием своей тяжести, но удерживаемый призмой Н, упирающейся в линейку LL. Эта линейка рукой работающего поворачивается на шарнире О, и при этом движении ползун С1 перемещается вверх или вниз по ребрам С и D. Левый край линейки LL снабжен направленным вниз ножом l, который при движении линейки входит последовательно в ряд зарубок между зубцами матрицы M, укрепляемой винтами с левой стороны стола. Проводя ножом l по последовательным зарубкам на матрице сверху вниз, тем самым позволяют ползуну скользить вниз на расстояния, пропорциональные зарубкам матрицы. После каждого передвижения ползуна проводится рейсфедером, по его верхнему краю К, как по линейке, черта на бланке F для шкалы. Чтобы рейсфедер двигался всегда в вертикальной плоскости, сверху ползуна укреплена стойка, горизонтальное колено которой параллельно краю К и служит опорой для верхнего конца ручки рейсфедера. Установка матрицы и доски В производится так, чтобы при горизонтальном положении линейки L нож ее l входил в зарубку на матрице, соответствующую значению отметки среднего деления шкалы (если ареометр погружался в жидкости с тремя различными удельными весами). Затем передвигают доску ЕЕ с приклеенным бланком F настолько, чтобы средняя наколотая отметка совпадала с краем К. Переводят затем нож l в совпадение с зарубкой матрицы для верхней отмеченной точки; при этом ползун подымается вверх, и если его край К не совпадет с наколотой точкой для верхнего деления шкалы, то передвигают доску ВВ вправо или влево, пока край К не совпадет с указанной точкой. После этого можно приступить к вычерчиванию верхнего участка шкалы. Указанным приемом вычерчивается и нижний участок шкалы. Затем на шкалу наносятся цифровые обозначения делений, № ареометра. Шкала обрезается по требуемому формату, скручивается в трубочку и вставляется в шейку ареометра на место бывшей там временной шкалы, и притом так, чтобы отметки тушью на стенке шейки совпали с соответственными штрихами шкалы. После этого шкала приклеивается к шейке вверху и внизу сургучом или рыбьим клеем, и часть находящихся в корпусе ареометра дробинок заменяется ватой. Затем производится поверка правильности показаний изготовленного ареометра в различных жидкостях по сравнению его с показаниями образцового ареометра и окончательная догрузка его кусочками ваты. Наконец, верхний конец шейки запаивается.

Градуировка термометров заключается в отметке положения его постоянных точек и в изготовлении по полученным отметкам шкал и укреплении их в термометре. Термометры изготовляются двух типов: а) с отдельной шкалой, на бумаге (для термометров не выше 100°) или на пластинке из молочного стекла; б) со шкалой, вытравленной на толстостенном капилляре термометра (т. н. палочные термометры). При градуировке термометров с отдельной шкалой в трубку термометра вкладывается сначала временная бумажная шкала с мелкими нумерованными делениями или полоска молочного стекла с наклеенной на ней бумажной временной шкалой, а для высокоградусных термометров - с вытравленной на ней временной шкалой. Для отметки положения делений шкалы термометра необходимо иметь точно выверенные образцовые термометры, с которыми и производится сравнение. Основные (постоянные) точки термометра 100° и 0° отмечаются помещением термометра в пары кипящей воды (дистиллированной) в особых кипятильниках, при нормальном атмосферном давлении, а затем в тающий снег или тонко настроганный лед. При нанесении точки 100° записывается атмосферное давление, чтобы затем, при вычерчивании шкалы, внести соответственную поправку для положения этой точки. Конец столбика ртути должен, по возможности, меньше выступать над пробкой в крышке кипятильника, а шарик термометра не должен погружаться в воду. На временной шкале замечается положение столбика ртути, а в случае градуировки палочных термометров на них делается отметка тушью, покрываемая затем лаком для предохранения от стирания. Для отметки точки 0° термометры должны погружаться в снег почти до черты 0°. Для контроля вставляется в снег также нормальный термометр, т. к. случайное присутствие в снегу посторонних веществ может изменить температуру его таяния. Показание точки 0° отмечается лишь после вполне установившегося положения конца ртутного столбика в капилляре. Следует принять во внимание, что отметку нулевой точки надо делать возможно скорее после отметки точки 100°, чтобы за этот промежуток времени не успело проявиться термическое последействие стекла, которое является причиной изменения положения нулевой точки. По сделанным двум основным отметкам можно нанести между точками 100° и 0° все промежуточные деления шкалы при помощи делительной машины, если есть уверенность в правильной цилиндрической форме капилляра по всей его длине. Проверку капилляра можно произвести путем продвижения по всей его длине небольшого столбика ртути и измерения его в разных местах капилляра. Шкала термометров хорошего качества изготовляется по двум крайним и одной или нескольким промежуточным отметкам, расстояния между которыми подразделяются на равные части. Для отметки этих промежуточных точек, а также точек, лежащих выше 100°, применяются приборы для сохранения требуемой температуры достаточно продолжительное время, т. н. термостаты. Для отметки некоторых отдельных точек температуры выше 100° применяются также ванны с раствором солей и других веществ, температура кипения которых постоянна и точно известна. Так, насыщенный раствор поташа кипит при 135°; такой же раствор уксуснокислого калия - при 169°; раствор хлористого калия - при 179,5°; хлористого цинка - при 300°; нафталин кипит при 218°, бензофенон - при 306°; сера - при 444°. При нанесении шкалы термометра по сделанным отметкам пользуются делительной машиной (фиг. 1). Если шкала наносится на стеклянной пластинке или на самом капилляре, то они покрываются топким слоем воска, на котором требуемые деления наносятся иглой и затем выгравировываются травлением при помощи плавиковой кислоты. Изготовленные шкалы укрепляются в трубках термометров, при чем бумажные шкалы, свернутые в трубочку, после проверки и регулировки нулевой точки, приклеиваются к трубке и капилляру, а стеклянные устанавливаются вместо временных и зажимаются в верхней части между двух половин пробки; после регулировки положения пробка и шкала приклеиваются шеллаком к трубке, а последняя запаивается несколько выше пробки или закрывается металлическим колпачком. Более совершенный способ укрепления стеклянной шкалы предложен Фюссом и заключается в том, что нижний конец шкалы упирается в воронкообразную ножку с пазом для шкалы (фиг. 2), впаянную внизу трубки термометра, а верхний конец шкалы входит в прорез эбонитовой пробки (фиг. 3), в осевом канале которой помещается спиральная пружина, надавливающая на шкалу, вследствие чего шкала может свободно расширяться или сокращаться вместе с изменением окружающей температуры.

Градуировка термометров

На фиг. 4 представлено видоизменение способа закрепления верхнего конца шкалы, состоящее в том, что в верхней части трубки впаивается воронкообразная колонка с пазом, в который входит верхний конец шкалы; между ним и дном паза помещается плоская дугообразно согнутая пружина, отжимающая шкалу книзу. Во избежание дребезжания капилляра при сотрясениях он привязывается в 2—3 местах тонкой проволочкой к шкале, причем на ребрах последней делаются надпилы для устранения возможности сдвигания проволоки вдоль шкалы.

Градуировка мерной химической посуды (цилиндров, мензурок, колб, пипеток, бюреток и т. п.) производится посредством отмеривания определенных объемов воды или ртути. Для точности градуировки стенки сосудов д. б. тщательно промыты щелочью или хромовой кислотой, чтобы достичь хорошего смачивания их водой. Вода д. б. дистиллированная, а ртуть - перегнанная и сухая. Для отмеривания требуемых объемов применяются точно выверенные, посредством взвешивания воды или ртути, пипетки различного объема от 50 до 500 см3. Объемы менее 50 см3 градуируются ртутью при помощи особых мерок, емкостью в 1, 2, 5, 10, ... до 25 см3, с пришлифованной пластинкой, отсекающей точный объем налитой в мерку ртути при нормальной температуре (20°). Градуировка цилиндров, мензурок производится последовательным вливанием в них отмеренных точной пипеткой объемов воды и отметкой уровня ее после каждого вливания. После этого сосуды покрываются тонким слоем воска, на котором вычерчиваются на отмеченных местах штрихи. Промежутки между нанесенными штрихами наносятся при помощи делительной машины, с применением, в случае конических мензурок, специальных матриц. Нанесенные деления и требуемые надписи вытравливаются затем плавиковой кислотой. Градуировка бюреток и пипеток производится ртутью, вливаемой в них из мерок через воронку с длинной трубочкой. Нижние концы градуируемых приборов временно запаиваются. Трубки для бюреток д. б., по возможности, правильной цилиндрической формы, для того чтобы длина каждых 5 или 10 см3 отвечала одному и тому же объему. Подразделения между отметками делаются на делительной машине. Градуировка бюреток и пипеток может производиться и весовым способом посредством отлипания из них определенного объема воды в установленный на чашке весов и уравновешенный сосуд.

Градуировка манометров обычно производится при включении образцового и градуируемого манометров в пресс, который одновременно передает давление в оба манометра. При постепенном увеличении давления в прессе на шкалу градуируемого манометра наносят отметки через определенные промежутки, а подразделения между ними вычерчивают затем путем градуировки отдельных участков на равные части, пользуясь для этой цели циркулем или специально приспособленными передвижными линейками. Кроме того, для нанесения на будущую шкалу манометра основных точек, можно применять специальные контрольные прессы, т. н. приборы Рухгольца (фиг. 5), у которых вместо образцового манометра имеется поршень определенного сечения, находящийся под действием определенного груза, отвечающего требуемому давлению.

Прибор Рухгольца

Этот способ градуировки представляет преимущества перед указанным выше в том отношении, что в приборе Рухгольца постоянство его показаний гарантировано в значительно большей степени, чем показания образцового манометра, которые, вследствие несовершенства механизма, могут при одном и том же давлении отличаться одно от другого. Однако, неудобства, связанные с накладыванием и подсчетом груза, заставляют производственников на практике чаще прибегать к способу градуировки при помощи образцовых манометров. Градуировка шкал образцовых точных манометров нередко сводится к нанесению на круге равномерных градусных подразделений. Такая шкала имеет то преимущество, что ею можно пользоваться для определения давления в любых единицах, если предварительно будут определены градусные значения для каждой из них.

Градуировка электрических измерительных приборов. По своей конструкции шкалы электрических измерительных приборов можно разделить на два следующих вида: 1) Неподвижные шкалы, которыми снабжены все электрические измерительные приборы, не предназначенные для автоматической записи их показаний и не измеряющие работы тока; сюда относятся все шкалы лабораторных приборов с зеркальным отсчетом, шкалы всех щитовых приборов и пр. 2) Подвижные шкалы, которыми снабжены все измерительные приборы, записывающие показания автоматически (регистрирующие приборы); этими шкалами снабжена большая часть счетчиков электрической энергии, у которых шкала называется обычно счетным механизмом. Градуировка неподвижных шкал, в зависимости от назначения прибора, обычно производится одним из следующих двух способов. А. Непосредственное нанесение шкалы. Самый простой способ непосредственного нанесения шкалы состоит в том, что положение указателя фиксируется карандашом на бумаге, где чертится шкала прибора. Таких положений указателя берут 10 или 15, в зависимости от номинального значения предела измерения прибора. Пластинку для шкалы затем снимают и на ней наносят деления уже рейсфедером и тушью. Промежуточные деления, более мелкие, делают на глаз дальнейшим делением интервалов от руки, а чаще всего специальными машинами. Б. Косвенная разбивка шкалы по кривым. Этот способ имеет много преимуществ при очень неравномерных шкалах прибора, почему он и принят в большинстве случаев. Вместо фиксирования положения указателя на готовой пластинке для шкалы к измерителю прикрепляется вспомогательная шкала, разбитая на равные деления (вспомогательная шкала укрепляется в приборе точно на том же месте, где будет впоследствии укреплена настоящая шкала прибора). Отсчеты по этой вспомогательной шкале берутся относительно соответствующих им значений тех величин, которые измеряет данный прибор. По этим наблюдениям вычерчивается градуировочная кривая на клетчатой бумаге, а углы (положение указателя на основной и вспомогательной шкалах) для промежуточных делений могут быть определены по этой кривой и перенесены на истинную шкалу посредством специальных приспособлений, описанных ниже. На фиг. 6 указана типичная градуировочная кривая для электромагнитных приборов.

Типичная градуировочная кривая для электромагнитных приборов

Последний метод, несмотря на свою удовлетворительность и большое распространение, труден иногда по выполнению и требует опытности в чертежном деле. Были произведены многочисленные попытки облегчить и, насколько возможно, механизировать эту операцию.

Машина для полуавтоматической разбивки шкал состоит в основном из следующих частей: на деревянной основной доске укреплена шкала, предназначенная для градуировки.

Машина для полуавтоматической разбивки шкал

На оси, находящейся в нижнем участке деревянного основания, вращается рычаг А (фиг. 7), снабженный указателем В. Указатель помещен над шкалой, разбитой на равные деления (градусы). В рычаг А вделаны электромагниты 1, 2, 3 и 4, приводящие в действие острые ножи (не видные на схеме), назначение которых печатать линии на градуируемой шкале С при замыкании тока ключами К1 и К2 через ленту от обыкновенной пишущей машины. Для нанесения коротких делений замыкается лишь один ключ, а для более длинных - оба одновременно. На конце рычага А укреплен под некоторым углом к нему второй рычаг Н, в который вставляется шкала D со столькими равными делениями, сколько линий надлежит начертить на основной шкале прибора. Над шкалой Е, разделенной на градусы, в верхней части машины, укрепляется лист плотной миллиметровой бумаги. Как печатающие ножи, так и электромагниты могут перемещаться вдоль рычага А, чтобы иметь возможность чертить шкалы различного размера, и радиуса. Градуировка начинается, как было указано выше, с определения по закрепленной на приборе вспомогательной шкале числа ее делений (градусов), соответствующего данному значению измеряемой прибором величины (силы тока, разности потенциалов и пр.). Именно: указатель В ставится на то деление шкалы Е, которое соответствует числу градусов (при данном значении измеряемой величины) во время первой стадии градуировки. На клетчатой же бумаге ставится точка против того деления шкалы D, которое соответствует значению измеряемой прибором величины (силы тока, напряжения и пр.). Так, например, на фиг. 7 указатель В стоит против десятого деления шкалы Е, а кривая F совпадает с делением 2,0 на шкале D, откуда следует, что при первой стадии градуировки прибора, например, вольтметра, 2,0 V соответствовали 10 градусам вспомогательной шкалы. По полученным точкам строится кривая, обычный вид и характер которой указаны на фиг. 7. Затем на основной доске укрепляется печатаемая шкала С, и рычаг А медленно двигают вдоль нее до тех пор, пока с кривой F не совпадет большое или малое деление шкалы D. В этот момент нажимают один или оба ключа (если кривую F пересекают малые деления шкалы D, то замыкают один ключ, если же большие деления, то одновременно оба ключа). Этот способ имеет большие преимущества перед остальными в том случае, когда вычерченная кривая проходит по всем точкам. Следует отметить, что на современных иностранных заводах электрических измерительных приборов, несомненно, имеются другие более совершенные градуировочные машины с еще более полно проведенной автоматизацией операций. Подобные машины представляют большой интерес, но составляют, к сожалению, секрет фирм, и описания таких усовершенствованных машин в литературе не встречаются.

В качестве материала для шкал одно время предпочитались всем прочим материалам посеребренная латунь и гравированные шкалы. Изготовление таких шкал встречает большие затруднения, так как достаточная точность при нанесении делений от руки труднодостижима. Эмалированные шкалы с нанесенными от руки делениями также имеют недостатки: они часто ломаются при ударах и трескаются под влиянием высокой температуры. В настоящее время считается установленным, что наилучшим решением вопроса является построение шкалы, тщательно вычерченной на плотном картоне, наклеенном на металлической пластинке. Форма цифр и их размеры д. б. такими, чтобы была обеспечена наилучшая их читаемость. Для лабораторных инструментов шкалы д. б. разделены на небольшие деления (однако, интервалы менее 0,5 мм не рекомендуются), а указатели д. б. изогнуты на ребро так, чтобы для глаза наблюдателя они представляли собой тонкую линию. Во избежание параллакса под шкалой обычно укрепляется зеркало из посеребренного стекла или из полированного металла (Weston). Для контрольных измерителей нумерация делений не должна представлять больших чисел и должна следовать через короткие промежутки. Если несколько пределов измерений отсчитываются по одной и той же шкале, то принято указывать цену делений для каждого предела. Когда шкалы пределов следуют одному и тому же закону, они д. б. устроены так, чтобы основной предел нужно было множить на один, десять, сто и т. д. или на один, пять, двадцать пять и т. д.

Для приборов на распределительных досках, которые, как правило, должны наблюдаться на некотором расстоянии и часто при плохом освещении, мелко разделенные шкалы не только бесполезны, но даже влекут за собой ошибки в отсчетах. Для таких шкал приняты интервалы между чертами от 1,5 до 12,5 мм. Указатель также должен быть широким по всей своей длине и снабжен копьеобразным концом, заканчивающимся острием. С помощью этого острия можно производить отсчеты с достаточной степенью точности и вблизи прибора. Конец указателя должен закрывать часть шкалы во избежание параллакса. Для центральных станций, где освещение часто не удовлетворительно, приняты освещенные шкалы. Подобные шкалы встречаются как у профильных приборов, так и у приборов обычного типа с секторообразной шкалой. Такого рода шкалы вычерчиваются на опаловом стекле. В некоторых приборах такие шкалы освещаются скрытыми лампами, но прозрачные шкалы с лампами, помещенными за шкалой, предпочтительнее. Самосветящиеся (видимые в темноте) шкалы встречаются довольно часто. Для их изготовления рекомендуется следующий рецепт. Светящийся порошок, составленный из сернистого цинка с 0,03% бромистого радия, смешивается с минимальным количеством лака или какого-либо другого вяжущего вещества и наносится на шкалу. Толщина линий, фигур и пр. должна быть около 1/6 их длины, освещение таких фигур по яркости соответствует около 0,2 м-свечи. Яркость таких шкал падает в первый год примерно на 50%, после чего остается постоянной. Некоторые приборы, например, индукционные, снабжаются иногда непрерывной шкалой, протяжением около 300°. Для таких приборов приняты два способа обозначения делений: а) цифры радиальны центру и верхними концами расположены от него, б) цифры установлены вертикально. Сами цифры м. б. помещены и вне шкалы, но предпочтительнее их помещать внутри - для получения шкалы большего радиуса. Для соблюдения единообразия шкал на досках, где смонтированы приборы как постоянного, так и переменного тока, иногда употребляются специальные магнитоэлектрические приборы с развернутой катушкой для получения развернутой шкалы.

Некоторые приборы специального назначения имеют шкалы, градуированные особым образом. На фиг. 8 указана шкала, градуированная для определения отношения двух количеств.

Шкала, градуированная для определения отношения двух количеств

Она применяется в омметрах фазометрах, частотомерах, в измерителях изоляции и пр. В частности, на фиг. 8 дан омметр: одна стрелка указывает силу тока 4 А, другая - напряжение 4 V; точка пересечения стрелок указывает на величину сопротивления 1 Ом. Подвижные шкалы приборов по своей сущности не д. б. индивидуальны. Все шкалы регистрирующих приборов и шкалы счетчиков работы электрического тока (счетные механизмы) заготовляются в массовых количествах, и градуировка их заключается или в нанесении необходимых надписей на графленой бумаге или же в подборе передаточных колес от оси вращающегося диска к счетному механизму.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.