Самописец представляет собой электромеханическое устройство , которое записывает электрическую или механическую входную тенденцию на лист бумаги (графика). Регистраторы диаграмм могут записывать несколько входных данных с помощью перьев разного цвета и могут записывать на ленточные или круговые диаграммы. Регистраторы диаграмм могут быть полностью механическими с часовыми механизмами, электромеханическими с электрическим часовым механизмом для привода диаграммы (с механическими входами или входами давления) или полностью электронными без каких-либо механических компонентов (виртуальный самописец).
Регистраторы диаграмм построены в трех основных форматах. Самописцы с ленточными диаграммами имеют длинную полосу бумаги, которая выдвигается из самописца. Самописцы с круговыми диаграммами имеют вращающийся бумажный диск, который необходимо чаще заменять, но они более компактны и могут быть закрыты за стеклом. Самописцы рулонных диаграмм похожи на самописцы ленточных диаграмм, за исключением того, что записанные данные хранятся на круглом рулоне, а устройство обычно полностью закрыто.
Картографические регистраторы предшествовали электронным регистраторам данных, которые заменили их во многих приложениях.
Истоки [ править ]
Чарльз Бэббидж включил самописец в динамометрический вагон, который он построил в 1838 или 1839 году. [1] Вот как он это описал: «Рулон бумаги длиной в тысячу футов медленно раскручивался на длинном столе ... дюжина ручек, соединенных мостом, пересекающим середину стола, постепенно или скачкообразно отмечала свою независимую кривую ... »Подача бумаги была привязана к колесам железнодорожного вагона, в то время как ручки фиксировали время, тяговое усилие дышла локомотив и многие другие переменные.
Частью телеграфной системы Сэмюэля Морса был автоматический регистратор точек и тире кода, начертанный на бумажной ленте ручкой, перемещаемой электромагнитом, с часовым механизмом, продвигающим бумагу. [2] В 1848-1850 годах система таких регистров использовалась Джоном Локком для повышения точности астрономических наблюдений за звездами, обеспечивая гораздо более высокую точность синхронизации, чем предыдущие методы. Этот метод был принят астрономами и в других странах. [3] Уильям Томсон первого барона Кельвина «s сифон магнитофон 1858 был чувствительный инструмент , который обеспечил постоянную запись телеграфных сигналов через длинные телеграфных кабелей подводных. Эти рекордеры стали называтьсяРучные регистры , хотя позже этот термин стал частью жаргона правоохранительных органов, относящегося к использованию такого регистра для записи набранных телефонных номеров.
Патент на «Индикатор и самописец давления» был выдан Уильяму Генри Бристолю 18 сентября 1888 года. [4] В 1889 году в Бристоле была создана компания Bristol Manufacturing Company. В марте 2006 года компания Bristol была приобретена компанией Emerson Electric Company . , и продолжает производить ряд различных электромеханических самописцев, а также другую контрольно-измерительную аппаратуру.
Первый самописец диаграмм для мониторинга окружающей среды был разработан американским изобретателем Дж. С. Стивенсом во время работы в Leupold & Stevens в Портленде, штат Орегон, и получил патент на эту конструкцию в 1915 году. [5] Самописцы диаграмм все еще используются в приложениях, где требуется мгновенная визуальная обратная связь требуется, или когда у пользователей нет необходимости, возможности или технической возможности загружать и просматривать данные на компьютере, или где отсутствует электроэнергия (например, в опасных зонах на нефтяной вышке или при удаленных экологических исследованиях). Однако снижение стоимости регистраторов данных и требований к питанию позволяет им все чаще заменять самописцы, даже в тех случаях, когда питание от батареи является единственным вариантом.
Диаграмма привода [ править ]
Бумажная диаграмма движется мимо пера с постоянной скоростью с помощью часового механизма или механизма электрического привода. Одним из распространенных методов является использование миниатюрного синхронного двигателя, который вращается с постоянной скоростью, зависящей от частоты сети ; зубчатая передача используется для продвижения бумаги. Промышленные ленточные самописцы могут иметь двухскоростные зубчатые передачи, которые позволяют использовать более высокую скорость для начальной настройки процесса или для отслеживания сбоев в процессе. Медицинские и научные регистраторы позволяют устанавливать широкий диапазон точно регулируемых скоростей.
Регистратор "XY" управляет диаграммой в зависимости от значения другого сигнала процесса. Например, универсальная испытательная машина может отображать силу растяжения на образце в зависимости от его длины. В зависимости от конкретного записывающего устройства перемещается либо бумажная диаграмма, либо каретка пера имеет две оси движения. Примеры xy-самописца относятся к 18 веку в виде диаграмм-индикаторов пара, используемых для регистрации давления и объема в паровых машинах.
Механизмы маркировки [ править ]
Для маркировки бумаги было принято много механизмов. В телеграфном сифонном самописце 1858 г. тонкая капиллярная трубка соединена с резервуаром для чернил и отклоняется технологическим сигналом. В современных самописцах с ленточными диаграммами используется одноразовый картридж, в котором сочетаются ручка с волокнистым наконечником и резервуар для чернил. В других типах записывающих устройств используется нагретый стилус и термочувствительная бумага, ударный принтер с лентой и электрически управляемым молотком, электрический сигнал, действующий через иглу на электрочувствительную бумагу, или электрическая искра, которая оставляет видимое пятно на алюминизированной бумаге. . В одном из видов чувствительного и высокоскоростного регистратора использовались лучи ультрафиолетового света, отраженные от зеркальных гальванометров , направленные на светочувствительную бумагу. [6]
Первые инструменты получали способность перемещать перо непосредственно из воспринимаемого технологического сигнала, что ограничивало их чувствительность и скорость реакции. Трение между маркировочным устройством и бумагой снизит точность измерений. Инструменты с пневматическими, механическими или электромеханическими усилителями отделяют движение пера от измерения процесса, что значительно увеличивает чувствительность инструмента и гибкость записывающего устройства. Ручки с прямым приводом часто перемещались по дуге круга, что затрудняло чтение шкалы; На предварительно напечатанных диаграммах нанесены криволинейные шкалы, которые компенсируют траекторию маркерного пера. [7]
Гальванометрические приборы [ править ]
Многие типы самописцев используют гальванометр для управления маркировочным устройством. Легкая катушка из проволоки, подвешенная в магнитном поле постоянного магнита, отклоняется пропорционально току, протекающему через нее; вместо указателя и шкалы измерителя прямого отсчета записывающее устройство отклоняет перо или другое маркировочное устройство. Пишущий механизм может быть нагретой иглой для письма на термочувствительной бумаге или простым полым пером с подачей чернил. Если перо постоянно прижимается к бумаге, гальванометр должен быть достаточно сильным, чтобы перемещать перо против трения бумаги. Чтобы уменьшить нагрузку на гальванометр, перо можно было бы вместо этого только периодически прижимать к пишущему средству, чтобы произвести отпечаток, а затем перемещаться, пока давление снимается. [ необходима цитата ]
Там, где требуется большая чувствительность и скорость реакции , вместо него можно использовать зеркальный гальванометр для отклонения луча света, который может быть записан фотографически.
Осциллограф светового пучка [ править ]
Другим типом самописца на бумаге был осциллограф светового пучка . У него была полоса пропускания ~ 5 кГц (примерно в 100 раз выше, чем у типичных перьевых самописцев того времени). В оригинальных моделях использовалось небольшое зеркало, прикрепленное к гальванометру, чтобы направлять луч света высокой интенсивности на светочувствительную бумагу. Сочетание крошечной массы зеркала в сочетании с приводом диаграммы, который мог перемещать бумагу со скоростью до 120 дюймов (3000 мм) в секунду, обеспечило широкую полосу пропускания и впечатляющее разрешение по оси времени. Более поздние модели заменили зеркало стационарной волоконно-оптической электронно-лучевой трубкой, которая находилась в непосредственном контакте с бумагой.
У этих рекордеров было несколько недостатков. Фоточувствительная бумага была очень дорогой и быстро выцветала при воздействии окружающего света. Высокая скорость диаграммы означала, что продолжительность тестирования была чрезвычайно короткой. Эти инструменты предназначались для захвата краткосрочных событий, таких как запуски ракет НАСА в 1960-х годах, и широкого спектра баллистических событий.
Потенциометрические (серво) инструменты [ править ]
Аналоговые самописцы, использующие движение гальванометра для непосредственного управления пером, имеют ограниченную чувствительность. В записывающем устройстве потенциометрического типа прямой привод маркировочного пера заменен сервомеханизмом, в котором энергия для перемещения пера обеспечивается усилителем. Ручка с электроприводом предназначена для перемещения скользящего контакта потенциометра, чтобы вернуть положение ручки на усилитель ошибки. Усилитель управляет двигателем таким образом, чтобы уменьшить ошибку между желаемым и фактическим положением пера до нуля. При наличии подходящего усилителя обработки сигналов такие приборы могут записывать широкий спектр технологических сигналов. Однако инерция сервосистемы ограничивает скорость реакции, что делает эти инструменты наиболее полезными для сигналов, изменяющихся в течение секунды или более.[8]
Цифровые самописцы [ править ]
Современный самописец - это встроенная компьютерная система с аналого-цифровым преобразователем , микроконтроллером и устройством для печати бумажных копий; такие инструменты обеспечивают большую гибкость в обработке сигналов, изменяют скорость графика при сбоях в процессе, а также могут передавать свои измерения в удаленные точки.
Одно из первых цифровых устройств было разработано Уильямом (Биллом) К. МакЭлроем-младшим, работающим в компании Dohrman Instrument Company в Санта-Кларе, Калифорния . До этого устройства большинство самописцев монтировались в стойку и имели один диапазон скорости и один диапазон чувствительности. Дизайн г-на МакЭлроя представлял собой настольное устройство для мгновенной загрузки рулонов бумаги, в котором для преобразования сигнала использовалась интегральная схема прерывателя. Устройство имело подключаемые печатные платы, подключаемые одно- или многодиапазонные модули и подключаемые односкоростные или многоскоростные модули. Чувствительность записывающего устройства составляла от 1 микровольта до 100 вольт полной шкалы, что в то время было первым в отрасли. Г-н МакЭлрой также участвовал в разработке и изготовлении газового хроматографа, который использовался для анализа образцов грязи и горных пород после высадки на Луну Аполлона-11 в 1969 году . [9]
См. Также [ править ]
- Барограф
- Электрокардиограф
- Плоттер (работает в двух измерениях)
- Полиграф
- Сейсмограф
- Термогигрограф
Ссылки [ править ]
- ^ «XXV. Железные дороги». Отрывки из жизни философа . Лонгман, Грин, Лонгман, Робертс и Грин. 1864. С. 328–334. CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ^ Сэмюэл Ф. Б. Морс, Улучшение способа передачи информации с помощью сигналов путем применения электромагнетизма, Патент США 1647 , 20 июня 1840 г .; см. стр. 4 столбец 2
- ^ Ричард Стахурски Долгота по проводам: Поиск Северной Америки Univ of South Carolina Press, 2009 ISBN 1570038015, страницы 101-103
- ↑ Бристоль, Уильям Х. «Индикатор и регистратор давления, патент США № 389 635, выданный 18 сентября 1888 г.» . Проверено 25 мая 2008 . CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ^ Стивенс, Джон Киприан. «Регистратор уровня воды, патент США 1 163 279, выданный 7 декабря 1915 г.» . Проверено 20 марта 2008 . CS1 maint: discouraged parameter (link)
- ^ Уолта Boyes (редактор), Instrumentation справочник (третье издание) , Elsevier, 2003 978-0-7506-7123-1 страницы 704-705
- ^ W. Bolton Industrial Control And Instrumentation Universities Press, 1991 ISBN 81-7371-364-2 , страницы 138-144
- ^ Бела Г. Липтак Управление процессом и оптимизация CRC Press, 2006 ISBN 0-8493-1081-4 , стр. 820
- ^ Уильям (Билл) С. МакЭлрой младший инженер-техник
 | Викискладе есть медиафайлы по теме регистратора диаграмм . |
