МЕТОДЫРЕГИСТРАЦИИ
Применяемые в настоящее время методы регистрации обеспечивают выполнение основных требований, предъявляемых к регистрирующим устройствам: наглядность, видимость результатов регистрации; возможно меньшая погрешность регистрации из-за толщины наносимых регистри-рующим органом на носитель символов (линия, точка, тире, и т.д.); возможно большее быстродействие, а следовательно, и более широкий частотный диапазон; возможно большая длительность работы без подзарядки и наладки.
Все многообразие методов регистрации обычно делят на три группы: методы регистрации с нанесением слоя вещества на носитель; методы регистрации со снятием слоя вещества с носителя и методы регистрации с изменением состояния вещества носителя. Рассмотрим эти группы методов.
Методы регистрации с нанесением слоя. вещества на носитель. К этой группе относятся следующие методы: карандашный, чернильный, чернильный струйный, пастой с шариковым устройством, копировальный, печатный, применяемый в многоточечных приборах, и т.д.
Прежде всего следует отметить, что казалось бы, самый простой и надежный карандашный метод регистрации на практике имеет очень ограниченное применение. Основным отрицательным моментом является то, что при карандашном методе необходимы относительно большие усилия для перемещения регистрирующего органа (графитовый стержень) по носителю (специальная гладкая, тонкая, бумажная лента).
Наиболее распространенными методами являются чернильный метод регистрации, метод, использующий шариковое устройство с пастой, и чернильный струйный, получающий в последнее время все большее распространение. Рассмотрим эти методы более подробно.
Чернильный метод регистрации. Регистрирующим органом РО (рис..1) при чернильном методе регистрации служат специальные капиллярные перья, у которых в большинстве случаев наконечник представляет собой стеклянную или платиноиридиевую трубочку с внутренним диаметром около 0,1—0,15 мм. По этой трубочке на носитель Н, перемещающийся лентопротяжным механизмом со скоростью v, поступают специальные чернила.
В состав чернил входят дистиллированная вода, анилиновый краситель, глицерин, глюкоза, фенол.
Основными достоинствами чернильного метода регистрации являются: относительно малые усилия (примерно на порядок меньше, чем при карандашном методе), необходимые для, перемещения регистрирующего органа по носителю, в качестве которого используется обычно специальная бумажная лента; высокое качество оставляемого на носителе следа; относительно большая длительность работы без перезарядки (недели, месяцы); долговечность регистрирующего органа.
Однако чернильному методу регистрации присущи и существенные недостатки: необходимость специальных чернил и носителя; относительно большая ширина оставляемого на носителе следа — 0,4—0,5 мм; замерзание и высыхание чернил; возможность засорения весьма малого отверстия регистрирующего органа.
Рис..1. Чернильный Рис..2. Чернильный
метод регистрации струйный метод регист-
рации
Чернильный метод регистрации является самым распространенным. Метод используется в большинстве регистрирующих приборов. Применяют этот метод и большинство приборостроительных фирм, выпускающих регистрирующие приборы за рубежом. В последние годы некоторые зарубежные фирмы в качестве регистрирующего органа стали применять волоконное перо — капиллярный фитиль из полиэфирных нитей. Это позволило несколько улучшить качество записи при повышенных скоростях перемещения носителя и повысить надежность регистрирующего устройства.
Чернильный струйный метод регистрации. При этом методе регистрации в качестве РО используется миниатюрная трубочка с внутренним диаметром 10—20 мкм. Через трубочку под давлением, в несколько раз превышающим атмосферное, чернила или специальная быстровысыхающая паста попадают на перемещающийся носитель (рис.2).
Во избежание появления клякс при малой скорости носителя и получения пропусков при большой скорости давление, под которым подаются чернила или паста на носитель, необходимо изменять в зависимости от скорости перемещения носителя. Это усложняет конструкцию регистрирующего устройства, однако возможность получения высококачественной записи при больших скоростях перемещения носителя, весьма малые усилия, необходимые для перемещения регистрирующего органа, и повышенное быстродействие регистрирующих устройств приводят к тому, что все в большем числе регистрирующих приборов применяется этот метод регистрации.
Развитием регистрирующих устройств, применяющих этот метод регистрации, являются устройства, в которых струя чернил, прежде чем попасть на носитель, пропускается между пластинами, потенциал которых изменяется в соответствии с изменением регистрируемой величины. Чернильная струя в таком регистрирующем устройстве отклоняются пропорционально изменению измеряемой величины. Струя чернил состоит из мельчайших капелек, получаемых благодаря вибрации регистрирующего органа). Регистрирующие приборы такого типа не имеют подвижных частей. Верхний предел частотного диапазона приборов достигает 1—1,25 кГц.
Метод регистрации шариковым устройством с пастой. Никаких дополнительных пояснений этот метод не требует, так как шариковые авторучки широко распространены и принцип действия их всем понятен. Однако этот метод регистрации не получил достаточно широкого применения. Дело в том, что любой регистрирующий прибор предназначен для работы при различных, существенно отличающихся скоростях перемещения носителя. При малых скоростях, например при скорости о = 20 мм/ч (1 мм за 3 мин), паста на шарике успевает высохнуть и непрерывной регистрации не получается. Плохое качество регистрации получается и при больших значениях v. Вследствие этого шариковое регистрирующее устройство обычно применяется в приборах, рассчитанных на фиксированные скорости перемещения носителя или скорости, изменяющиеся в относительно небольшом диапазоне. Следует также учитывать, что перемещение шарикового устройства по носителю требует существенно больших усилий, чем перемещение регистрирующего органа при чернильном методе регистрации.
Методы регистрации со снятием слоя вещества с носителя. К этой группе методов относятся резцовый, плавильный и электротермический методы регистрации. Общим ограничением применения этих методов является относительно высокая стоимость носителя.
Резцовый метод регистрации. При резцовом методе регистрации (рис..3) вкачестве регистрирующего органа РО
применяется тонкая игла из твердого материала, например корунда.
Носитель — темная, гладкая, плотная бумажная лента покрытая тонким светлым слоем воска или парафина. В не которых случаях вместо воска или парафина на бумажную ленту напыляют тонкий слой металла, например алюминия толщиной 5—15 мкм. При перемещении регистрирующей: органа по носителю покрытие счищается и на носителе остается четко видимый темный след в виде сплошной линии Ширина следа может быть очень малой и в некоторых случаях составляет 50—100 мкм.
Рис. 3 Рис.4
Плавильный метод регистрации. В качестве регистрирующего органа при плавильном методе регистрации используется нагретый до высокой температуры небольшой металлический стержень (рис..4) или нихромовая спираль. Носителем, так же как и при резцовом методе, является темная гладкая бумажная лента, покрытая слоем светлого парафина или воска. При перемещении носителя соприкасающийся с ним регистрирующий орган выплавляет слой парафина или воска и на носителе остается четко видимый темный след в виде сплошной тонкой линии.
Существенным.недостатком этого метода является необходимость регулировки степени нагрева регистрирующего органа в зависимости от скорости перемещения носителя. Очевидно, что при малой скорости носителя или при неподвижном носителе степень нагрева регистрирующего органа должна быть относительно малой. При больших скоростях перемещения носителя для получения качественного следа степень нагрева регистрирующего органа должна быть большой.
Электротермический метод регистрации. В качестве носителя Н при электротермическом методе регистрации используется специальная металлизированная бумага. Основа носителя — тонкая плотная бумага, покрытая пленкой черного лака толщиной 1,5—2 мкм. На лаковую пленку путем напыления в вакууме нанесен слой металлического покрытия (например, окиси алюминия) толщиной до 1 мкм. Металлическое покрытие носителя соприкасается с металлическим барабаном и регистрирующим.органом, представляющим собой вольфрамовую или платиновую иглу диаметром 0,1—0,3 мм.
Регистрирующий орган и барабан используются в качестве электродов цепи с источником постоянного или периодического напряжения около 10—15 В. При замкнутой цепи в месте соприкосновения регистрирующего органа с металлическим покрытием носителя, опирающегося на неподвижную опору из изоляционного материала, благодаря большой плотности тока выделяется значительное количество теплоты. Металлическое покрытие носителя плавится и испаряется, обнажая черную лаковую пленку. Ширина оставляемого следа обычно не более 0,5 мм. При неподвижном носителе металлическое покрытие под регистрирующим органом выплавляется, образуя точку диаметром 0,4—0,5 мм, и ток в цепи прерывается.
Рассмотренный метод регистрации не только обеспечивает большую скорость носителя, чем при чернильном методе регистрации, но и является некритичным к колебаниям температуры, влажности и давления окружающей среды, а также к наличию внешних магнитных и электростатических полей.
Существенным недостатком электротермического метода регистрации является относительно высокая стоимость носителя.
Методы регистрации с изменением состояния вещества носителя. К наиболее распространенным методам регистрации с изменением состояния вещества носителя относятся метод регистрации с использованием термочувствительного носителя, фотографический, метод и метод регистрации с использованием магнитной пленки. Последний способ регистрации используется при записи измерительной информации с помощью магнитографов.
Метод регистрации с использованием термочувствительного носителя. Термочувствительный носитель состоит из тонкой бумажной основы, на которую нанесены одно или два (в двухканальных приборах) специальных пленочных покрытия. Пленочное покрытие устойчиво к давлению, влаге и чувствительно только к температуре. При определенной температуре соприкасающегося с носителем регистрирующего органа цвет пленочного покрытия изменяется и на носителе остается хорошо видимый след. Японские приборостроительные фирмы в двухканальных регистрирующих приборах применяют термочувствительный носитель, у которого верхнее пленочное покрытие изменяет свой цвет при температуре первого регистрирующего органа 60°С, а нижнее пленочное покрытие — при температуре второго регистрирующего органа 160 °С. Метод регистрации с использованием термочувствительного носителя является весьма перспективным методом регистрации, однако относительно высокая стоимость носителя ограничивает его применение.
Фотографический метод регистрации. При фотографическом методе регистрации, широко применяемом в светолучевых осциллографах, в качестве регистрирующего органа используется световой луч, а в качестве носителя — светочувствительная бумажная лента или пленка. Безынерционность регистрирующего органа, обеспечивающая работу регистрирующих приборов в широком диапазоне частот, отсутствие трения между носителем и регистрирующим органом, достаточно высокое качество следа на носителе являются достоинствами этого метода регистрации. Одним из существенных недостатков этого метода является необходимость специальной обработки носителя (проявление, закрепление) при использовании в качестве источника света ламп накаливания, а в качестве носителей — обычных фотолент и фотопленок, чувствительных к видимой части спектра светового луча. Очевидно, что в этом случае теряется и одно из основных достоинств всех ранее рассмотренных методов регистрации, позволяющих оператору наблюдать изменение исследуемого или контролируемого сигнала в процессе его регистрации.
В последние годы в качестве источников света при фотографическом методе регистрации получили распространение специальные ртутные лампы высокого давления, являющиеся мощным источником ультрафиолетового излучения. В качестве носителя в этом случае применяются бумажные ленты типа УФ, чувствительные к ультрафиолетовым лучам и не требующие химической («мокрой») обработки. Для получения результата регистрации требуется лишь кратковременно воздействовать на носитель обычным световым потоком.
РЕГИСТРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Регистрирующее устройство любого регистрирующего прибора, как прямого действия, так и сравнения, может быть представлено структурной схемой, изображенной на рис. 5 Поворот подвижной части измерительного механизма регистрирующего прибора прямого действия или. поворот на угол а выходного вала редуктора двигателя регистрирующего прибора сравнения преобразуется специальной механической передачей (на рис. 5 не показана) в перемещение регистрирующего
Рис. 5
органа РО. Регистрирующий орган непосредственно или с помощью посредника П размещает на носителе Н геометрические (точка, линия) или физические (изменение цвета, состояния вещества) символы. Посредник обычно используется в многоканальных приборах для получения на одной диаграммной ленте нескольких кривых разного цвета, что облегчает расшифровку результатов регистрации. Перемещение носителя в процессе регистрации осуществляется лентопротяжным механизмом ЛМ.
На рис. 6 и 7 схематично показаны (без лентопротяжных механизмов) регистрирующие устройства приборов прямого действия, использующих магнитоэлектрический измерительный механизм ИМ и чернильный метод регистрации.
Различают два вида регистрирующих устройств: устройство с непосредственным соединением регистрирующего органа с подвижной частью измерительного механизма (рис. 6) и устройство, в котором регистрирующий орган соединяется с подвижной частью измерительного механизма посредством специальной механической передачи (рис. 7). В регистрирующем устройстве первого вида (рис. 6) на рычаге 1, жестко укрепленном на рамке подвижной части измерительного механизма, размещены капиллярная трубочка 2 и регистрирующий орган РО. Один конец трубочки опущен в неподвижную чернильницу 3, а другой соединен с регистрирующим органом.
При повороте подвижной части измерительного механизма на угол а регистрирующий орган РО перемещается по дуге окружности также на угол а. Следовательно, регистрация производится в криволинейной системе координат с использованием диаграммных лент типа ЛR. В ре-
Рис. 6 Рис. 7 - Рис. 8.
гистрирующих устройствах второго вида (рис. 7) рычаг 1, также жестко соединенный с рамкой измерительного механизма, имеет шарнирное соединение с держателем 2. На держателе укреплена капиллярная трубочка, один конец которой опущен в чернильницу 3, а другой соединен с регистрирующим органом. На конце держателя 2 укреплен ролик 4, совершающий возвратно-поступательное перемещение по неподвижным направляющим 5 при угловых перемещениях рамки измерительного механизма. Нетрудно видеть, что при этом регистрирующий орган будет перемещаться по носителю по дуге окружности большого радиуса. Это перемещение при соответствующей длине держателя, зависящее от ширины диаграммной ленты, можно считать практически прямолинейным. Таким образом, регистрирующее устройство, показанное на рис. 7, позволяет производить регистрацию в прямоугольной системе координат с использованием диаграммных лент типа ЛПГ. Сложность передачи этого устройства повышает стоимость прибора, ухудшает его частотные свойства, увеличивает момент трения, что требует применения измерительных механизмов с большим вращающим моментом.
Перемещение диаграммных лент осуществляется с помощью синхронных двигателей с многоступенчатыми редукторами. Конструкция
лентопротяжного механизма зависит от наличия или отсутствия перфорации у применяемой диаграммной ленты.
При применении диаграммных дисков их угловое перемещение (всегда по часовой стрелке) осуществляется также от синхронного двигателя с редуктором. Диаграммный диск укрепляется на специальной планшайбе, функционально связанной с выходным валом редуктора.
В заключение кратко остановимся на особенностях регистрирующего устройства многоточечных приборов, позволяющих регистрировать несколько величин путем переключения входа прибора специальным коммутатором.
Периодическое подключение входа прибора к различным точкам
(источникам сигнала) требует применения регистрирующего устройства
не непрерывного, а циклического действия. Желательна, конечно, при этом и регистрация результатов измерения цветом, соответствующим каждой данной точке..
На рис. 8 показана основная часть регистрирующего устройства—печатающий механизм. Ведущий барабан 1 приводится в движение лентопротяжным механизмом. Печатающий диск 2 с помощью рычага 4 укреплен на каретке, перемещающейся вдоль ведущего барабана с диаграммной лентой в соответствии со значением измеряемой величины. На печатающем диске имеются выступы 3 с выгравированными на них точками (крестиками) и цифрами, обозначающими номер подключенного источника сигнала. Подмазка краской цифр и точек, выгравированных на выступах 3, производится с помощью обоймы 5 с фетровыми секторами, пропитанными различной краской.
Работа печатающего механизма осуществляется следующим образом. Перед подключением входа регистрирующего многоточечного прибора к определенному источнику сигнала печатающий диск 2 рычагом 4, приводимым в движение специальным приводом печатающего механизма, кратковременно прижимается одним из зубцов к одному из секторов обоймы 5. Привод печатающего механизма соединен механической передачей с редуктором синхронного двигателя лентопротяжного механизма. После подключения входа регистрирующего прибора к точке с измеряемым сигналом печатающий диск перемещается кареткой вдоль ведущего барабана в соответствии со значением измеряемой величины. По окончании перемещения печатающий диск рычагом 4 кратковременно прижимается к непрерывно перемещающейся диаграммной ленте и отпечатывает на ней точку (крестик), положение которой соответствует значению измеряемой величины, и номер источника сигнала. После этого печатающий диск возвращается в исходное среднее положение. При этом диск поворачивается на один зубец. Одновременно поворачивается на один сектор и обойма 5. Далее при подключении следующей точки (источника сигнала) работа печатающего механизма повторяется.