Лаборант физических испытаний. М. А. Пивоваров

В своей хозяйственной деятельности человек использует тысячи различных материалов - черные и цветные металлы, пластмассы и ткани, резины и каучуки, стекла и бетоны, топлива и смазочные вещества. Свойства этих материалов определяют условия работоспособности изготовленных из них машин и механизмов. Например, фарфор, из которого изготавливаются изоляторы линий электропередачи, должен обладать низкой электропроводностью, а огнеупорный кирпич, используемый при внутренней облицовке промышленных печей, - низкой теплопроводностью. Контроль свойств материалов осуществляется на предприятиях, изготавливающих и потребляющих материалы, в ходе специальных испытаний, выполняемых, как правило, центральными заводскими лабораториями.

Лаборанты физических испытаний измеряют тепловые, оптические, механические, электрические и магнитные свойства материалов при различных температурах и давлениях, в разных газовых атмосферах, при радиационных воздействиях. Поэтому лаборант физических испытаний - профессия широкого диапазона. В зависимости от специфики предприятия лаборанту приходится иметь дело с самыми разными материалами и всевозможными их свойствами, охлаждать образцы в жидком гелии и азоте, нагревать их до тысяч градусов, вакуумировать или сжимать в специальных камерах под давлениями в сотни атмосфер.

Лаборант физических испытаний - основное действующее лицо при испытаниях новых синтезированных продуктов в научных лабораториях и опытных производствах. Представители этой профессии трудятся практически во всех отраслях народного хозяйства, в первую очередь - в машиностроении, металлургии, химической и нефтехимической промышленности. Хотя лаборанты, как правило, работают под руководством специалистов более высокой квалификации, именно от них во многом зависит качество и надежность машин и приборов, зданий и коммуникаций. Если лаборант внимателен и собран, если он отличается целенаправленностью и любознательностью, умеет анализировать и сопоставлять факты, если у него развито техническое мышление, то он может достичь виртуозности в своей работе, овладеть уникальными методиками измерений.

Вот как, например, проходит работа по измерению тепловых свойств материалов. Измерение температур - это альфа и омега физических испытаний. Простейшие приборы для измерения температуры - хорошо известные каждому ртутные термометры. В практике физических испытаний они используются довольно широко в интервале температур от - 30 до + 200 градусов Цельсия. Однако они инерционны, а их использование при автоматическом регулировании температуры затруднительно. Поэтому основные средства измерения температуры - это термопары и термометры сопротивления.

Приступая к измерению температуры, лаборант физических испытаний тщательно изучает полученное им задание и выбирает из числа имеющихся в его распоряжении термопар такую, которая по диапазону измеряемых температур, инерционности и точности соответствует условиям предстоящего измерения. На этом этапе работы наряду с профессиональной эрудицией лаборанту необходимо пространственное воображение, так как он должен продумать способ крепления термопары, обеспечивающий ее плотное прилегание к поверхности измеряемого образца.

Может оказаться, что среди термопар не найдется подходящей. Наиболее часто такая ситуация возникает при измерениях быстро изменяющихся температур, когда термопары должны быть малоинерционны. В этом случае квалифицированный лаборант изготовляет термопару самостоятельно из специальных проводов. Для этого он должен уметь обращаться с аппаратом точечной сварки и с намоточным станком. Изготовленная термопара тарируется, то есть ее показания сопоставляются с показаниями другой, заведомо более точной термопары. Лаборанту необходимы знания основ метрологии, собранность и аккуратность при снятии показаний термопар, так как ошибку, допущенную при тарировке, трудно обнаружить в дальнейшем. Но вот тарировка окончена, лаборант построил тарировочную кривую - зависимость напряжения между электродами термопары от измеряемой температуры.

Теперь необходимо закрепить вновь изготовленную термопару в образце. Это очень тонкая операция, требующая, с одной стороны, физической эрудиции, так как от правильности размещения термопары существенно зависит точность измерения, а с другой стороны, точных и координированных движений рук при установке термопары, точность размещения которой зачастую измеряется долями миллиметра. Иногда после установки термопары канавку, в которой она размещена, необходимо заделать заподлицо с поверхностью образца.

После установки термопар лаборант собирает электрическую схему их подключения к регистрирующим приборам. Здесь также необходимы внимательность, точность и собранность. Число точек измерения может достигать сотен, от каждой термопары идут по два электрода, которые подключаются к так называемым компенсационным проводам, а те, в свою очередь, к клеммам приборов. Лаборант должен правильно провести коммутацию всех проводов, а при необходимости поместить так называемые холодные спаи термопар в термостат с тающим льдом. Всю эту работу необходимо выполнять безошибочно и оперативно.

В ходе измерения возможны нарушения нормальной работы термодатчиков и приборов из-за обрыва проводов, нарушения контактов в местах их соединения и т. д. Каждое из таких нарушений вызывает совершенно определенное отклонение показаний приборов от их нормальных значений. Эти отклонения лаборант фиксирует, но для квалифицированного работника этого недостаточно. Понимая физическую природу объекта измерения и схему эксперимента, лаборант ориентируется в возникшей ситуации, анализирует причинно-следственные связи наблюдаемых явлений и диагностирует сбой в работе приборов и датчиков. Затем он оперативно устраняет возможные нарушения в их работе.

При измерениях постоянных и медленно меняющихся температур лаборант записывает в журнал показания приборов. Считывая показания со шкалы стрелочного или цифрового прибора, опытный лаборант с ходу оценивает, насколько верным является это показание. Если же запись температур требуется производить с частотой в несколько секунд, то лаборант использует электрические самописцы, внимательно следя за их показаниями. При измерениях быстро меняющихся температур лаборант применяет различные осциллографы, в которых электрический сигнал записывается на фотобумагу. Обычная точность измерения температуры - 0,5 градуса. С возрастанием требуемой точности резко растет сложность измерительных схем.

Описанные методы измерения температуры называют контактными, так как их применение требует непосредственного контакта термодатчика (спая термопары, термосопротивления, резервуара ртутного термометра) с объектом измерения. При измерениях температур, превышающих 1000 градусов, применение контактных методов затруднительно. В этом диапазоне температур используются бесконтактные приборы, называемые пирометрами. Простейший из них - это пирометр с исчезающей нитью, в котором изображение объекта измерения проецируется на нить эталонной лампы накаливания. Изменяя ток накала нити, делают ее неразличимой на фоне изображения. При этом температуры нити и объекта измерения совпадают. При работе с пирометром лаборанту требуется хорошее цветоощущение и острота зрения.

Лаборанту физических испытаний необходимо много разнообразных навыков и умений: он постоянно использует электрические и оптические приборы, имеющие довольно сложное механическое устройство и электрическую схему, оперирует такими капризными термодатчиками, как термопары. Монтаж и установка их таят множество мелких секретов. Лаборант физических испытаний умело работает с фотоматериалами, строит графики, обрабатывает осциллограммы и диаграммы, получаемые на самописцах, собирает электрические схемы из готовых приборов. Все эти работы выполняются не только при измерениях температур, которые составляют основу любого физического испытания, но и при измерении удельной теплоемкости, электрических, магнитных и других свойств материалов.

Разнообразие методов измерения и применяемых приборов - важная особенность работы лаборанта физических испытаний. Поэтому от человека, избравшего эту специальность, требуется широта кругозора, общая эрудиция, умение быстро переключать свое внимание с одного объекта на другой, настойчивость и умение преодолевать трудности в работе.

Из предметов школьной программы будущий специалист этого профиля должен хорошо овладеть физикой (как в теоретическом, так и в практическом ее аспектах), математикой и основами информатики и вычислительной техники, навыками черчения.

Лаборантов физических испытаний готовят в средних профессионально-технических училищах, а также в техникумах. Продолжить образование можно в инженерно-физических техникумах и институтах, на факультетах металловедения политехнических институтов, а также на физических факультетах университетов.