Решение инженерных и творческих задач

225. Обычно манометры (рис. 3.49) для измерения давления в гидравлическом контуре устанавливаются на его компенсаторе. Компенсатор позволяет принять из контура А или выдать в него часть жидкости в случае изменения ее объема. Обычно подобные изменения связаны с увеличением или уменьшением температуры жидкости и проходят достаточно плавно. Но могут быть и аварийные ситуации, когда объем жидкости в компенсаторе растет очень быстро. Это может быть вызвано разгерметизацией контура А, в результате чего он соединяется с контуром В, имеющим более высокое давление. В этом случае давление газа в компенсаторе начинает увеличиваться, что фиксируется с помощью манометра. Внешняя система управления, получив от него сигнал о росте давления, “сбрасывает” давление газа в компенсаторе контура В, прекращая тем самым перетечку из него жидкости в контур А.

Рис. 3.49. Манометр 1 - бак компенсатора, 2 - газовый объем, 3 - резервный запас жидко-

сти, 4 - трубопровод контура А, 5 - манометр, 6 - жидкость контура В, Р1 и Р2 - соответственно давление в контуре А и В.

Недостатком описанной системы контроля герметичности трубопроводов контура А является ее низкое быстродействие, которое

зависит от чувствительности манометра - Р. Пока давление газа в

баке увеличится на величину Р, в контур А перетекает недопустимое количество жидкости из контура В. Однако в данных условиях применить другой, более чувствительный манометр (и тем самым

уменьшить величину Р), невозможно.

226. Для перекрытия русла рек используются саморазгружающиеся баржи следующей конструкции (рис. 3.50). Она работает следующим образом. С берега в кузов баржи загружают гравий, после чего ее буксируют к месту разгрузки. С буксира при помощи веревки открыва-

ют один из клапанов (фаза 1). Воздух, давление которого в результате частичного погружения баржи в воду в процессе загрузки несколько возросло, выходит из полости колокола. Это приводит к нарушению

101

баланса сил, действующих на кузов, и он опрокидывается, высыпая гравий на дно реки (фаза 2). После опорожнения кузов под действием

противовеса возвращается в исходное положение (фаза 3), и баржа вновь направляется под загрузку. Показатель качества саморазгружающейся баржи, который в основном определяется ее грузоподъемностью и вероятностью возвращения кузова в исходное положение, не удовлетворяет предъявляемому требованию. Последний из указанных показателей среди прочего зависит от момента, который создает противовес при возвращении кузова в исходное положение.

Рис. 3.50. Разгрузка баржи 1 - противовес; 2 - кузов для гравия; 3 - воздушные колокола; 4 - кла-

паны; 5 - гравий; 6 - вода; 7 - воздух; 8 - основная часть баржи; 1,2, 3 - фазы разгрузки баржи.

227. При проведении горных работ необходимо за 0,6 с последовательно произвести 40 взрывов, причем промежутки между взрывами могут быть различными. График проведения взрывов должен выдерживаться с точностью до 0,001 с. Очень часто для этого используется следующее программное устройство. Перед началом работы шарик “примагничен” к сердечнику соленоида. После отключения питания соленоида шарик начинает падать, замыкая при этом электрические контакты, что и позволяет получить необходимую последовательность электрических импульсов. Для возвращения шарика в исходное положение надо подать питание на соленоид и перевернуть трубку. Данному устройству присущ один существенный недостаток: по мере его эксплуатации изменяется форма и коэффициент трения внешней поверхности электрических контактов. Это приводит к недопустимому ухудшению точности соблюдения графика взрывов, в результате чего дальнейшая эксплуатация программного устройства становится невозможной. Неблагоприятные изменения параметров электрических контактов происходят за счет их многократного взаимодействия с шариком. Для того, чтобы обеспечить замыкание контак-

тов, величина зазора между ними ( ) должна быть меньше диаметра

102

шарика (d). Поэтому при прохождении шарика между контактами на

них (со стороны шарика) действует сила F= k(d— ), где k - коэффициент упругости контактов. Под действием этой силы шарик “раскатывает” в слое серебра, покрывающего контакты, “ложбинку” (рис. 3.52).

Рис. 3.51. Программное устройство 1 - стальной шарик; 2 - стеклянная трубка; 3 - посереб-

ренные электрические контакты; 4 – соленоид; 5 - резиновая прокладка; 6 - разреженный газ

Рис. 3.52 - Износ серебра

1 - “ложбинка”; 2 - слой серебра; 3 – электрический контакт

228. Известна следующая система регулирования уровня воды в водонапорной башне (рис. 3.53).

Рис. 3. 53. Схема регулирования уровня воды 1 - бак, 2 - датчик НУВ (нижнего уровня воды), 3 - датчик ВУВ (верх-

него уровня воды), 4 - сливная воронка, 5 - вода, 6 - электроды датчиков ВУВ (НУВ).

103

Когда вода опускается ниже уровня расположения датчика НУВ, его электрические контакты размыкаются. Это служит сигналом для включения насоса. Он начинает закачивать воду в бак до тех пор, пока ее уровень не поднимется до уровня расположения электрических контактов датчика ВУВ, в результате чего они замыкаются, и система управления отключает насос. В теплое время года данная система регулирования уровня работает нормально. Но при отрицательных температурах очень часто наблюдается несрабатывание датчика ВУВ. Это объясняется тем, что его контакты покрываются льдом, который, как известно, является диэлектриком. Поэтому после погружения контактов датчика ВУВ в воду электрическая цепь не замыкаются, насос продолжает накачивать воду в бак, и она переливается через сливную воронку.

Очевидно, требуется ввести обогрев датчика ВУВ, но использование для этой цели электрических обогревателей нежелательно. Можно было бы воспользоваться теплом воды, которая находится в баке. Однако реализация этой идеи потребует размещения датчика ВУВ приблизительно на уровне датчика НУВ. Но тогда придется очень часто включать и выключать насос, что также нежелательно.

229. При определенных напряжении и расстоянии между угольными электродами (рис. 3.54) возникает светящаяся электрическая дуга, которая может быть применена в качестве источника света в дуговых лампах. Электрическая дуга зажигается путем смыкания, а затем отделения электродов или при помощи вспомогательного электрода зажигания. При горении электроды испаряются, необходимое расстояние поддерживается автоматически. Однако эти устройства сложны. Предложить простой метод сохранения постоянного расстояния между электродами.

Рис. 3.54. Электрическая дуга 1 – электрод положительного потенциала; 2 – электрод

отрицательного потенциала; 3 – дуга; А – примерное место горения дуги

104

						Приложение 1
		Фонд физико-технических эффектов (ФТЭ)
№	Наименование	Вход А	Объект В		Выход С	Краткая сущность ФТЭ
п/п	ФТЭ
1	Закон Ома	Электрическое поле	Проводники		Электрический ток	Возникновение в проводнике элек-
		Напряженность элек-			Плотность тока	трического тока, плотность которо-
		трического поля				го пропорциональна на-
						пряженности поля
2	Закон Джоуля	Электрический ток Си-	Проводники		Количество теп-	Выделение в проводнике при про-
	— Ленца	ла тока			лоты	текании через него электрического
						тока определенного количества
						теплоты, пропорционального квад-
						рату силы тока, сопротивлению
						проводника и времени протекания
						тока
з	Эффект Зеебека	Температура Градиент	Контакт разно-		Электрическое	Возникновение ЭДС в электри-
			родных	про-	поле	ческой цепи, состоящей из по-
			водников		эдс	следовательно соединенных раз-
						нородных проводников, контакты
						между которыми имеют различные
						температуры
4	Эффект Томсона	1. Температура Гради-	Проводники		Тепловой поток	Выделение или поглощение те-
		ент 2. Электрический				плоты (помимо выделения джо-
		гок Постоянный Сила				улевой теплоты) в проводнике с
		тока				током, вдоль которого имеется
						градиент температуры
						105

					Продолжение таблицы приложение 1
№	Наименование	Вход А	Объект В	Выход С		Краткая сущность ФТЭ
п/п	ФТЭ
5	Эффект Пель-	Электрический ток	Контакт раз-	Тепловой поток		Выделение или поглощение те-
	тье	Сила тока	нородных			плоты при протекании электри-
			проводников			ческого тока через контакт раз-
						нородных проводников
6	Закон Био-	Электрический ток	Проводники	Магнитное поле		Создание в окружающем про-
	Савара-	Сила тока		Магнитная	ин-	странстве магнитного поля при
	Лапласа			дукция		протекании по проводнику элек-
						трического тока
7	Сверхпро-	Температура Умень-	Металлы По-	Удельное	элек-	Скачкообразное уменьшение
	водимость	шение Ниже критиче-	лупроводники	трическое	со-	практически до нуля электриче-
		ской		противление		ского сопротивления ряда ме-
				Скачкообразное		таллических проводников и
				уменьшение		сильнолегированных полупро-
						водников при охлаждении ниже
						критической температуры, ха-
						рактерной для данного мате-
						риала
8	Тензорези-	Деформация Относи-	Твердые про-	Удельное	элек-	Изменение электрического со-
	стивный эф-	тельная де-	водники	трическое	со-	противления в твердых провод-
	фект	формация		противление		никах под действием растяги-
				Изменение		вающих или сжимающих напря-
						жений

106

Продолжение таблицы приложение 1

№	Наименова-	Вход А	Объект В	Выход С		Краткая сущность ФТЭ
п/п	ние ФТЭ
9	Вторичная	Поток элементарных	Твердые тела	Поток элемен-		Испускание электронов (вто-
	электронная	частиц (электронов)	Жидкости	тарных	частиц	ричных) твердыми и жидкими те-
	эмиссия	Первичный Плотность		(электронов) Вто-		лами при их бомбардировке элек-
		потока		ричный Плотность		тронами (первичными)
				потока
10	Эффект Ганна	Электрическое поле	Полупро-	Электрический ток		Генерация	высокочастотных
		Постоянное Напряжен-	водники	Высокочастотный.		колебаний электрического тока в
		ность электрического		Частота		полупроводниках с М-образной
		поля				вольт-амперной характеристикой
11	Второй закон	Сила	Материальная	Ускорение		Возникновение под действием
	Ньютона		точ-			силы (или	равнодействующей
			ка			сил), приложенной к телу (мате-
						риальной точке), ускорения, про-
						порционального силе и направ-
						ленного по прямой, по которой
						эта сила действует
12	Магниторе-	Магнитное поле Маг-	Твердые про-	Удельное	элек-	Изменение электрического со-
	зистивный эф-	нитная индукция	водники	трическое	сопро-	противления твердых проводников
	фект			тивление		под действием магнитного
				Изменение		поля

107

Продолжение таблицы приложение 1

№	Наименование	Вход А	Объект В		Выход С		Краткая сущность ФТЭ
п/п	ФТЭ
13	Эффект Гопкин-	1. Температура Увели-	Ферро-		Магнитная	про-	Резкое возрастание магнитной
	сона	чение.	магнетики,		ницаемость		проницаемости ферромагнетик.
		Вблизи точки Кюри			Скачкообразное		в слабом магнитном поле вблизи
		2. Магнитное поле			изменение		точки Кюри.
		Магнитная индукция					В непосредственной близости к
							точке Кюри проницаемость падает
							(ферромагнетик становится пара-
							магнетиком)
14	Катодолю-	Поток элементарных	Люминофоры		Электромагнитное		Излучение света, возникающее при
	минесценция	частиц (электронов)			излучение Види-		возбуждении люминофора элек-
		Плотность потока			мое		тронным пучком
15	Пироэлек-	Температура Измене-	Нецентро-		Поверхностная		Возникновение электрических за-
	трический эф-	ние	симметрич-ные		плотность	элек-	рядов на поверхности некоторых
	фект		кристалличе-		трического заряда		кристаллических диэлектриков
			ские	ди-	Изменение		(пироэлектриков) при их на-
			электрики				гревании или охлаждении
16	Закон Ампера	1 . Магнитное поле	Твердые про-		Сила		Возникновение механической силы,
		Однородное. Магнитная	водники				действующей на проводник, по
		индукция 2. Электриче-					которому протекает электрический
		ский ток Сила тока					ток, при помещении его во внешнее
							магнитное поле

108

Продолжение таблицы приложение 1

№	Наименование	Вход А	Объект В	Выход С		Краткая сущность ФТЭ
п/п	ФТЭ
17	Электрока-	Электрическое поле	Кристал-	Температура Из-		Изменение температуры пиро-
	лорический эф-	Постоянное Напряжен-	лические твер-	менение		электрического кристалла под
	фект	ность электрического	дые тела (пи-			влиянием электрического поля
		поля	ро-электрики)
18	Термоэлек-	Температура	Твердые тела,	Поток	элемен-	Испускание электронов нагретыми
	тронная эмиссия		жидкости	тарных	частиц	телами в вакуум или другую среду
				(электронов)
				Плотность потока
19	Эффект Холла	1 . Магнитное поле	Металлические	Электрическое		Возникновение разности потен-
		Постоянное Магнитная	проводники,	поле Постоянное		циалов между боковыми гранями
		индукция 2. Электриче-	полупро-	Разность потен		пластинки из металлического
		ский ток Постоянный.	водники	циалов		проводника или полупроводника,
		Сила тока				вдоль которого протекает электри-
						ческий ток, при действии перпенди-
						кулярного к ней магнитного поля
20	Магнитост-	Магнитное поле	Ферро-	Деформация		Изменение формы и размеров
	рикция	Магнитная индукция	магнетики,	Относительная		тела при его намагничивании
			антифер-	деформация
			ромагнетики
			Ферри-
			магнетики

109

					Продолжение таблицы приложение 1
№	Наименование	Вход А	Объект В	Выход С		Краткая сущность ФТЭ
п/п	ФТЭ
21	Эффект	Магнитное поле	Ферро-	Угловая	ско-	Поворот свободно подвешенно-
	Эйнштейна-	Магнитная индукция	магнетики	рость		го ферромагнитного образца во
	де-Хааза					внешнем магнитном поле
22	Автоэлек-	Электрическое поле	Твердые и	Поток	элемен-	Испускание электронов прово-
	тронная	Постоянное	жидкие про-	тарных		дящими твердыми и жидки-
				ЧЭСТИ1		ми
	эмиссия	Напряженность элек-	водники	(электронов)		телами под действием внешне-
		трического поля		Плотность пото-		го электрического поля вы-
				ка		сокой напряженности у их по-
						верхности
23	Эффект	Деформация	Ферро-	Намагничен-		Влияние механических дефор-
	Виллари	Относительная де	магнетики	ность Изменение		маций (растяжения, круче-
						ния,
	(магнитоупру-	формация				изгиба и т. д.) на намагничен-
	гий эффект)					ность ферромагнетика
24	Электролю-	Электрическое поле	Люминофоры	Электромагнит-		Люминесценция, возбуждаемая
	минесценция	Разность потенциа-	(твердые	ное излучение		электрическим полем
		лов	тела, газы)	Ультрафиолето-
				вое,	види-
				мое, инфракрас-
				ное

110