Эфемери́дное вре́мя, ET — равномерная шкала времени, основанная на определении секунды, введенном в 1952 году на 8 съезде Международного Астрономического Союза, которое не зависит от изменяющейся скорости вращения Земли. В 1956 году Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM) это определение было рекомендовано к использованию, а в 1960 году эфемеридная секунда была принята за базовую единицу времени в Международной Системе единиц СИ[1]. В 1967 году в СИ было введено другое определение секунды, основанное на атомных часах[2]. В 1984 году шкала эфемеридного времени ET в астрономии была заменена на шкалу TDT динамического земного времени, которую в 2001 году сменила шкала TT земного времени. Эфемеридное время было в принципе определено через орбитальное движение Земли вокруг Солнца[9], но его практическая реализация обычно получалась иным образом.
Период вращения Земли вокруг оси есть промежуток времени, за который Земля делает один полный оборот относительно какого-нибудь неизменного направления
В результате многочисленных исследований было установлено, что угловая скорость вращения Земли непостоянна, т. е. вращение Земли неравномерно. Изменения скорости вращения Земли делятся на три типа: вековые, нерегулярные (скачкообразные) и периодические, или сезонные.
Эти изменения скорости вращения Земли были обнаружены в 40-х годах нашего века экспериментально с помощью кварцевых часов. Неравномерность вращения Земли векового и нерегулярного характера проявляется в расхождениях наблюдаемых положений Луны и близких к Земле планет (Меркурий, Венера) с вычисленными (эфемеридными) положениями этих тел. Еще в середине XIX в. в наблюдаемом движении Луны были обнаружены отклонения от вычисленного движения, не объяснимые теорией тяготения. Уже тогда было высказано предположение, что эти отклонения кажущиеся и могут быть вызваны неравномерным вращением Земли вокруг оси. Действительно, когда вращение Земли замедляется, нам кажется, что Луна движется по своей орбите быстрее, а когда оно ускоряется, движение Лупы кажется замедленным. Это объяснение подтвердилось, когда в XX в. были обнаружены отклонения в движениях Меркурия и Венеры, аналогичные отклонениям в движении Луны, одновременные с ними и пропорциональные средним движениям этих планет. Вследствие неравномерного вращения Земли средние сутки, оказываются величиной непостоянной. Поэтому в астрономии пользуются двумя системами счета времени: неравномерным временем, которое получается из наблюдений и определяется действительным вращением Земли, и равномерным временем, которое является аргументом при вычислении эфемерид планет и определяется по движению Луны и планет. Равномерное время называется ньютоновским или эфемеридным временем. Начиная с 1960 г., в астрономических ежегодниках эфемериды Солнца, Луны, планет и их спутников даются в системе эфемеридного времени
В связи с использованием системы эфемеридного времени в астрономии и физике введено новое определение производной единицы времени — секунды
Использование атомной секунды в качестве эталонной единицы времени было принято 12-й Международной конференцией по мерам и весам в Париже в 1964. Она определяется на основе цезиевого эталона. С помощью электронных устройств осуществляется подсчет колебаний цезиевого генератора, и время, за которое происходит 9 192 631 770 колебаний, принимается за эталон секунды.
Гравитационное (или эфемеридное) время и атомное время. Эфемеридное время устанавливается по данным астрономических наблюдений и подчиняется законам гравитационного взаимодействия небесных тел. Определение времени с помощью квантовых стандартов частоты основано на электрических и ядерных взаимодействиях внутри атома. Вполне возможно несовпадение масштабов атомного и гравитационного времени. В таком случае частота колебаний, генерируемых атомом цезия, будет изменяться по отношению к секунде эфемеридного времени в течение года, и это изменение нельзя отнести за счет ошибки наблюдения.
Кварцевые часы
Кварцевые наручные часы получили распространение благодаря возможностям современной технологии изготовления полупроводников и созданию интегральных микросхем. Ч. с электронной схемой и цифровой индикацией на жидких кристаллах или светодиодах называются электронными. Электронная часть этих Ч. содержит, кроме кварцевого генератора, делители частоты (счётчик), дешифраторы (рис. 7а
Электричество, все сильнее вторгавшееся во все области жизни человека, не могло обойти часовое дело. С появлением кварцевых технологий высокоточные часы стали доступны каждому жителю Земли, а качество часов стало зависеть не столько от мастерства и опыта людей, сколько от точности работы автоматических линий. Сегодня абсолютное большинство выпускаемых в мире часов относятся именно к кварцевым. Как они устроены, как работают и почему все больше людей отдают предпочтение именно кварцевым часам.Основными элементами кварцевых часов являются электронный блок и шаговый электродвигатель. Электронный блок раз в секунду посылает импульс двигателю, а тот поворачивает стрелки.
1. Катушка
2. Стартор
3. Ротор
4. Триб ротора
5. Магниты
Очень высокую стабильность частоты вырабатываемых импульсов, а значит, и высокую точность хода, обеспечивает кристалл кварца, из-за которого часы и получили свое название. Батарейка, питающая электронный блок и двигатель, рассчитана на несколько лет работы и избавляет от необходимости заводить часы в течение всего этого срока. Получается уникальное сочетание высокой точности и удобства в использовании. Иногда вместо циферблата со стрелками используется цифровой дисплей. Такие часы у нас принято называть электронными, но во всем мире их называют кварцевыми часами с цифровой индикацией. Это название подчеркивает, что, во-первых, основой часов является кварцевый генератор, а во-вторых, информация о времени в них отображается в виде цифр. По сути, кварцевые часы являются мини-компьютером. Запрограммировав соответствующим образом микросхему, их легко превратить в многофункциональное устройство: хронограф, секундомер, добавить к ним будильник и т.д. Причем, в отличие от механических часов, их стоимость при этом возрастает не так сильно
Зачем часам кристалл Кристалл кварца обладает уникальными свойствами: при сжатии он порождает электрический импульс, а при воздействии электрического тока кварц сжимается. Таким образом, кристалл можно заставить сжиматься-разжиматься, т.е. колебаться, под воздействием электрического тока. Подбором размеров кристалла добиваются частоты резонанса 32768 герц
1. Источник питания
2. Шаговый двигатель
3. Передаточное колесо
4. Секундное колесо
5. Центральное колесо
6. Часовое колесо
7. Рычаг кулачковой муфты
8. Переводной рычаг
9. Переводная головка
10.Переводной вал
11. Кулачковая муфта
12.Тормозной рычаг
13. Минутное колесо
14. Промежуточное колесо
15. Блок кварцевого генератора
Электронный блок кварцевых часов состоит из двух частей. Одна часть, генератор, вырабатывает электрические колебания, которые стабилизируются кварцевым кристаллом на его резонансной частоте. Таким образом, мы имеем генератор электрических колебаний, причем частота этих колебаний очень стабильна. Остается эти равномерные колебания превратить в равномерное же движение стрелок.
Генератор вырабатывает 32768 электрических колебаний в секунду. Это примерно в 10000 раз больше, чем число колебаний баланса в обыкновенных часах. Ни одно механическое устройство не может работать с такой скоростью. Поэтому другая часть электронной схемы, называемая делителем, преобразует эти колебания в импульсы частотой 1 герц. Эти импульсы подаются на обмотку шагового электродвигателя.Двигатель состоит из статора, неподвижно закрепленной на нем катушки с обмоткой и ротора - постоянного магнита, насаженного на ось. При прохождении через катушку электрического импульса возникает магнитное поле, которое поворачивает ротор на пол-оборота. Ротор через систему шестерен вращает стрелки. Сколько же прослужит "кварц"? Колесный механизм у кварцевых часов имеет тот же ресурс, что и у механических. Очень долго прослужит и шаговый двигатель. Сегодня можно встретить работоспособные радиоприемники 20-х годов, т.е. ресурс электронных компонентов также велик и до конца еще не изучен. И, теоретически, хорошие кварцевые часы по долголетию не должны уступать механическим.Статистики по "долгожительству" кварцевых часов пока не набрано, ведь они появились всего 30 лет назад. Но многие электронно-балансовые часы, выпущенные лет 40 назад, прекрасно ходят и по сей день. С другой стороны, 100 лет назад часы передавали по наследству потому, что это была чрезвычайно редкая и дорогая вещь. Те времена давно прошли, сегодня все чаще мы покупаем новую вещь не потому, что старая испортилась, а потому, что она морально устарела. А срок, необходимый для морального устаревания, кварцевые часы выхаживают, доставляя владельцу минимум хлопот.В нашей стране механические часы пока популярнее кварцевых. Но, по прогнозам зарубежных специалистов, в ближайшие годы ситуация будет резко меняться и через 4-5 лет доля кварцевых часов составит не менее 80% рынка. Преимущества кварцевых часов. Точность – В связи с маленькими показателями в отставании/опережении заданного времени. Надёжность – В таком виде механизма очень мало деталей и это обеспечивает постоянную надёжную работу. Ударопрочность – Из-за особенностей конструкции и отсутствия сложносоставных деталей эти часы не боятся обычных механических повреждений, что могут произойти в повседневной жизни. Долговечность элемента питания – Срок службы батарейки в часах составляет в среднем 2 – 3 года. Простота и надёжность механизма – Так как механизм таких часов в основном своём виде состоит из разных видов пластика и его производство полностью автоматизировано, эти свойства дают долговечность и понижают стоимость продукции на выходе.
10. Радиационные и цветовые пирометры
В общем случае радиационный пирометр состоит из следующих основных элементов: телескопа, приемника излучения и вторичного прибора.
Телескоп с помощью линзы объектива или вогнутого зеркала обеспечивает фокусирование излучения от нагретого тела на приемник. В качестве приемника излучения используются термопары, термобатареи, болометры (металлические и полупроводниковые), биметаллические спирали и др. Наибольшее распространение получили пирометры с термобатареями, представляющими несколько последовательно соединенных термопар.
Излучение, будучи сфокусированным на рабочих спаях термопар, нагревает их, в результате чего развивается тэдс, измеряемая с помощью вторичных приборов. К термобатареям как приемникам излучения в пирометрах предъявляются следующие требования: они должны быть малогабаритными, развивать возможно большую тэдс, обеспечивать малую инерционность. Для повышения тэдс увеличивают площадь поверхности рабочих спаев термопар, расплющивая термоэлектроны или припаивая к ним тонкие пластинки, а для повышения коэффициента поглощении рабочие концы термопар чернят
Вторичными приборами в радиационных пирометрах служат пирометрические милливольтметры и электронные потенциометры, шкалы которых проградуированы в градусах температуры получения (яркостная, цветовая и радиационная).
Количество лучистой энергии, попадающей на объектив телескопа, определяется не только температурой контролируемого тела, но и его размерами, а также расстоянием между ним и телескопом. Чтобы обеспечить независимость показаний от размеров объекта и степени его удаленности, в телескопах предусматривается диафрагма поля зрения, с помощью которой ограничивается телесный угол визирования. В зависимости от этого угла телескопы радиационных пирометров разделяются на широкоугольные, узкоугольные и остроугольные. При ограничении угла визирования на термобатарею поступает излучение только с небольшого участка нагретого тела, за пределами которого излучение не фиксируется, чем и обеспечивается независимость показаний от размеров излучателя. С увеличением расстояния между прибором и объектом измерения площадь его поверхности, ограниченной полем визирования, возрастает пропорционально квадрату этого расстояния, а количество лучистой энергии, попадающей на приемник с единицы площади нагретой поверхности измеряемого тела, уменьшается пропорционально квадрату расстояния между пирометром и контролируемым объектом. Суммарное влияние этих факторов должно обеспечить независимость показаний прибора от степени удаленности объекта, хотя на практике полная компенсация не достигается, что обусловливает наличие дополнительных погрешностей.
При измерении быстро меняющихся температур необходимо, чтобы приемник обладал возможно меньшей инерционностью. Термическая инерционность радиационных пирометров оценивается интервалом времени с момента облучения телескопа, имеющего температуру 20° С, до того момента, когда развиваемая приемником тэдс достигает значения, на 2% отличающегося от тэдс, соответствующей измеряемой температуре. В зависимости от этого телескопы радиационных пирометров согласно ГОСТ 6923— 68 разделяются на малоинерционные (инерционность менее 0,5 с); со средней инерционностью (от 0,5 до 2 с); с большой инерционностью (свыше 2с).
Наименьшая инерционность может быть достигнута в телескопах, у которых в качестве приемников излучения используются полупроводниковые болометры.
Радиационные пирометры, включая и вторичные приборы, должны быть взаимозаменяемы по их градуировочной характеристике. Установлены четыре градуировочные таблицы: гр. РК-15 (от 400 до 1500 ° С); гр. РК-20 (от
600 до 2000 ° С); rp. PC-20 (от 900 до 2000 ° С) и гр. РС-25 (от 1200 до
2500° С). Кроме того, существует широкоугольный объектив градуировки Р-5 с оптикой из фтористого лития для измерения температур в инфракрасной области (от 100 до 500 ° С). В настоящее время разработано много конструкций радиационных пирометров, отличающихся по ряду признаков, основным из которых является интервал температур, для измерения которых предназначен прибор.
На рисунке 7.1.1 показано конструктивное исполнение узкоугольного телескопа ТЕРА-50. Его основными частями являются: массивный металлический корпус 1 с диафрагмой 2, объектив, состоящий из стеклянной или кварцевой линзы 3, фокусирующей изображение контролируемого объекта на
термобатарею 5. На фланец с резьбовой частью навинчивается диафрагма 4, ограничивающая угол визирован я телескопа. При градуировке с помощью трубки 10 диафрагму перемещают вдоль резьбового хвостовика, подгоняя тэдс термобатареи до градировочного значения. Вблизи холодных спаев
термобатареи помещается терм 9 из медной проволоки, который
уменьшает влияние изменений температуры телескопа на его показания.
Рисунок 7.1.1 – Схема радиационного пирометра
На передней стенке корпуса расположен окуляр, состоящий из линзы8 и защитного стекла 7, которое предохраняет глаз наблюдателя при большой яркости визируемого объекта. Термобатарея подключается к вторичному прибору с помощью соединительных проводов 6.
Радиационным пирометрам присущи как методические, так и инструментальные погрешности. Источниками первых являются отличия коэффициента черноты контролируемого тела от абсолютно черного, потери лучистой энергии в промежуточной среде и зависимость показаний пирометра от размеров излучателя и удаленности его от телескопа. Из числа инструментальных следует отметить погрешности, обусловленные отклонением характеристики пирометра от стандартной градуировочной таблицы, отклонением температуры телескопа от нормальной (+20° С), а также погрешности вторичных приборов.
При контроле температуры тел, близких по своей излучающей способности к абсолютно черному телу, основная погрешность измерения температуры
помощью радиационных пирометров не превышает 1% от верхнего предела измерения.
9. Монохроматические (яркостные) пирометры
В основу действия яркостных пирометров положена зависимость монохроматической яркости абсолютно черного тела от его температуры, которая описывается законами Вина и Планка. Измерение температуры с помощью этих пирометров сводится к сравнению яркости излучения контролируемого тела с яркостью градуированного источника излучения, находящегося в пирометре, в узком участке спектра излучения.
На рисунке 7.2.1 представлена принципиальная схема яркостного визуального пирометра (пирометра с «исчезающей нитью»).
Рисунок 7.2.1 – Схема яркостного пирометра
Излучение от контролируемого объекта 1 с помощью линзы 2 объектива фокусируется в плоскости нити накаливания пирометрической лампы 5. Наблюдая через окуляр 8 и красный светофильтр 7, оператор видит нить накала лампы на фоне изображения контролируемого объекта. Пирометрическая лампа включена в электрическую цепь, состоящую из источника тока 10, реостата 11, регистрирующего прибора 9. Изменяя реостатом силу тока, проходящего через пирометрическую лампу, оператор плавно изменяет яркость нити лампы. Если яркостная температура нити ниже яркостной температуры объекта, то нить видна темной на фоне объекта (рисунок 7.2.1, а); если температура нити выше температуры объекта, то нить ярче объекта (рисунок 7.2.1, б). При равенстве ее видимой яркости с яркостью контролируемого объекта нить лампы на фоне изображения излучателя не видна (рисунок 7.2.1, в), что свидетельствует о равенстве их яркостной температуры. Определив заранее зависимость между силой тока, проходящего через лампочку, и яркостной температурой последней по показаниям регистрирующего прибора, находят яркостную температуру измеряемого тела.
В пирометре применены две диафрагмы 4 и 6, которые ограничивают входной b и выходной a углы прибора. Значения этих углов выбираются исходя из диаметра нити лампы, ее формы и сечения . Красный светофильтр 7 применен для выделения узкого спектрального интервала (шириной примерно 100 им), при котором происходит сравнен е яркостей. Чтобы избежать перегрева нити лампы, ее нагревают не свыше яркостной температуры 1500° С, а при измерении более высоких температур яркость контролируемого объекта ослабляют путем установки между ним и лампой поглощающего стекла 3 серого цвета.
В яркостных пирометрах применяются лампы с вольфрамовой нитью накаливания. С повышением силы тока в лампе соответственно возрастает ее
температура как следствие увеличиваются сопротивление и напряжение на ее зажимах. Очевидно, каждый из этих параметров может служить мерой ее яркостной температуры. В соответствии с этим существуют пирометры, и которых для измерения указанных величин применяются различные вторичные приборы: амперметры, включенные с лампой последовательно, вольтметры, контролирующие напряжение, логометры и мосты, фиксирующие изменение сопротивления лампы.
Пирометры с «исчезающей нитью» ОППИР-017 используются для измерения температуры от 800 до 6000 ° С и в зависимости от пределов измерения имеют три разновидности. Кроме того, каждый прибор снабжен двумя шкалами с различными пределами измерений.
Прибор ОППИР-017 состоит из следующих узлов: оптической системы, включающей в себя объектив, окуляр, красный светофильтр, две диафрагмы и поглощающий светофильтр; пирометрической лампы с дугообразной нитью накаливания, включенной последовательно с регулировочным реостатом и встроенным показывающим прибором, в качестве которого применен дифференциальный амперметр. К нему в комплекте придаются два последовательно включенных щелочных аккумулятора с напряжением от 2 до 2,6 В.
Применяемые в пирометрах ОППИР-017 пирометрические лампы не взаимозаменяемы, поэтому при каждой смене лампы требуется индивидуальная градуировка прибора. Регулировочный реостат выполнен в виде кольца и установлен в крышке корпуса.
Яркостным пирометрам присущи методические и инструментальные погрешности. Появление первых обусловлено отличием характера излучения контролируемого тела от абсолютно черного, поглощением лучистой энергии в промежуточной среде, ошибкой наблюдателя при уравнивании яркостей. Инструментальные погрешности возникают из-за отклонения температуры прибора от нормальной (20° С), изменения градировочной характеристики пирометрической лампы, отклонения параметров красного светофильтра от установленных стандартом и изменения пирометрического ослабления поглощающего стекла от стандартного значения. Основная допустимая погрешность измерения зависит от диапазона температур и составляет ±20° С (при пре-делах измерения 800—1400° С) ±30° С (при пределах измерения 1200— 2000° С).
Дата: 2019-07-24, просмотров: 409.
