Способ измерения импульсного давления

Способ измерения импульсного давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ДАВЛЕНИЯ путем определения скорости перемещения подвижного элемента под действием контЬолируемого давления , отли.чающийся тем. что, с целью повышения точности, в качестве подвижного элемента используют узел из двух разделяемых частей, помещают подвижный элемент в герметичный канал и после разгона его воздействием измеряемого импульса давления производят торможение одной из частей с одновременной фиксацией момента разделения и определяют время свободного движения другой части на заданном участке канала, по которому определяют скорость перемещения подвижного элемента перед разделением частей. 2.Способ по п. 1, о т л и ч a ющ и и с я тем, что канал перед нача лом измерения вакуумируют. 3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что канал устанавливают вертикально.

C0l03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) З(51) 01 L 23/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3510968/18-10 (22 ) 09. 11. 82 (46) 28.02. 84. Бюл. М 8 (72 ) Н. Н. Остроухов, Б. K. Ткаченко и А. С. Данилов .(7l) Московский ордена Трудового

Красного Знамени физико-технический институт (53) 531.,787(088.8) (56) 1 ° Приборы для научных исследований (перевод). 1973, Ю 2, с. 119.

2. Авторское свидетельство СССР

19945 1, кл. Cj 01 I. 23/04, 1965 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ДАВЛЕНИЯ путем определения скорости перемещения подвижного элемента под действием контролируемого давления, о т л и.ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности., в качестве подвижного элемента используют узел из двух разделяемых частей, помещают подвижный элемент в герметичный канал и после разгона его воздействием измеряемого импульса давления производят торможение одной из частей с одновременной фикса. цией момента разделения и определяют время свободного движения другой части на заданном участке канала, по которому определяют скорость перемеще. ния подвижного элемента перед разделением частей.

2 . Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что канал перед нача- и е лом измерения вакуумируют, 3. Способпопп. 1и2, отлич а ю шийся тем, что канал устанавливают вертикально.

1 1076

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерений давления газовых. и жидких сред в процессах с известной временной зависимостью измеряемого давления, в первую очередь - импульсных давлений, например давлений за ударными или детонационными волнами, а также для тарировочных измерений. !О

Известен способ определения импульсного давления по скорости свободной поверхности среды, воспринимающей давление .с помощью электромагнитного датчика. По этому способу 15 измеряют расстояние между плоскостью диска и катушкой, определяют параметры магнитного поля вблизи катушки, с помощью взрывчатого вещества создают импульс давления, производят запись 20 осциллограммы и с помощью ЭВМ опре.деляют давление (1) .

Дат чики да влени я, реализующие этот способ, требуют предварительной калибровки, что снижает точность из- 25 мерений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения давления по скорости подвижного элемента,. перемещающегося под действием измеряемого давления. Известный способ реализован в устройстве для определения работоспособности взрывчатых веществ.

В этом устройстве в камерах бол- 35 ванок двух маятников посредством сжигания взрывчатого вещества создают повышенное давление, под действием которого отклоняют два маятника, в момент максимального отклонения с по-4О мощью гребенки-ловителя удерживают маятники и по углу их отклонения определяют работоспособность взрывчатого вещества j2) .

Однако при проведении измерений не учитывается зависимость угла отклонения маятников от соотношения моментов инерции их отдельных частей., а также от трения в системе крепления, что особенно существенно при малых размерах устройств. Учет тормозящего воздействия гребенки-ловитее ля сравнительно сложен, в особенности при измерении давлений, изменяю- 55 щихся в широком диапазоне. Кроме того, использование способа ограничи- вается техническими сложностями гер79О 2 метичного подвода газа в камеру меж- ду маятниками.

Цель изобретения- - повышение точности измерения импульсных давлений в газах и жидкостях, изменяющихся во времени по известному закону, за счет устранения погрешностей, обусловленных тарировкой.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения импульсного давления путем определения скорости перемещения подвижного элемента под действием контролируемого давления, в качестве подвижного элемента, используют узел из двух разделяемых частей, помещают подвижный элемент в герметичный канал и после разгона его воздействием измеряемого импульса давления производят торможение одной из частей с одновременной фиксацией момента разделения и определяют время свободного движения другой части на заданном участке канала, йо которому определяют скорость перемещения подвижного элемента перед разделением частей.

Канал перед началом измерения вакуумируют.

Кроме того, канал устанавливают вертикально.

Способ основан на непосредственном измерении времени свободного движения одной из частей подвижного элемента на участке канала заданной длины, определении по этому времени начальной скорости движения этой части, совпадающей со скоростью движения подвижного элемента перед разделением частей.

ПоДвижный элемент в способе служит для преобразования измеряемого давления в энергию поступательного движения. Использование в этом качестве узла из двух разделяемых частей упрощает определение скорости подвижного элемента и повышает точность.

Перемещение подвижного. элемента под действием контролируемого давления осуществляют внутри герметичного канала, куда его (подвижный элемент) помещают перед проведением измерений.

Момент начала движения выбирают таким образом, чтобы оно начиналось не раньше того интервала времени, в течение которого известна временная зависимость измеряемого давления, т.е, изменение во времени его относи3 ) 0767 тельной величины. В зависимости от условий измерений начинать перемещение можно различными способами. Например, в заданный момент времени в полостях канала, разделенных подвижным элементом, создают перепад давления, зависящий от измеряемого давления. Если, по условиям работы, подвижный элемент находится под действием измеряемого давления в течение )О длительного времени, в заданный момент времени убирают препятствие, фиксирующее подвижный элемент.

Перемещение подвижного элемента в канале под действием измеряемого )5 давления происходит в соответствии со вторым законом Ньютона, т,е. его ускорение определяется массой и силой, действующей в направлении канала. Эта сила равна векторной сумме 2о силы давления и силы сопротивления.

Для повышения точности измерений за счет устранения погрешностей, обусловленных тарировкой измерительной системы, необходимо, чтобы все 25 величины, входящие в уравнение движения подвижного элемента, за исключением определяемой силы давления, могли определяться независимым способом с заранее задаваемой точнос-5О тью. В способе это требование выполняется. Массу- подвижного элемента можно определить, например, взвеши.ванием, необходимую точность при этом можно обеспечить за счет. абсолютной массы подвижного элемента.

Сила сопротивления движению подвижного элемента складывается из двух компонент — силы трения и силы аэродинамического сопротивления. Неучет 4о влияния силы сопротивления на движение подвижного элемента приводит к погрешностям в измерениях порядка отношения силы сопротивления и силы измеряемого давления, действующей на подвижный элемент. Аэродинамическое сопротивление можно значительно уменьшить, если канал перед проведением измерений вакуумировать.

Канал, в который помещают подвиж-5О ный элемент, должен отвечать двум требованиям. Во-первых, его объем должен быть много меньше объема, в котором измеряется давление. При несоблюдении этого условия необходимо 55 учитывать уменьшение давления в исследуемом объеме вследствие перетекания части вещества в канал. Во90 4 вторых, за .счет герметичности или системы вакуумирования в канале должно поддерживаться наперед заданное давление.

Продолжительность разгона подвижного элемента воздействием измеряемого давления не должна превышать времени, в течение которого известна временная зависимость измеряемого давления.

Торможение одной из частей подвижного элемента осуществляют известными способами, например, в конце разгонного участка канала устанавливают препятствие или создают магнитное поле, тормозящее одну из частей подвижного элемента, и т.д..

Разделение подвижного элемента в момент начала торможения одной из его частей осуществляют перемещением второй его части по инерции.

В момент начала торможения одной из частей подвижного элемента включают отсчет времени.

Для точного определения скорости подвижного элемента в момент разделения обеспечивают свободное движение второй его части на заданном участке канала. Для этого изолируют вторую часть подвижного элемента оТ воздействия измеряемого давления прекращением доступа газа в участок канала, где происходит движение, вторую часть подвижного элемента выполняют с поперечными размерами значительно меньшими соответствующего размера канала, чтобы обеспечить движение второй части без касания стенок канала, уменьшают аэродинамическое сопротивление второй части подвижного элемента до величины, при которой погрешность, связанная с неучетом этого сопротивления, меньше допустимой погрешности измерения, для чего используют вторую часть подвижного элемента, обтекаемой формы, вакуумируют канал и т.д.

После прохождения второй частью подвижного элемента заданного участка канала прекращают отсчет времени.

Включение и прекращение отсчета времени производят известными средствами. Например, вырабатывают электрические сигналы при воздействии подвижных элементов на контактные, пьезо- или тензодатчики. Эти сигналы используют для запуска и остановки приборов,. регистрирующих временные

1076790 интервалы, например, частотомер, осциллограф и т, д.

В зависимости от конкрет.ных условий канал располагают горизонтально или вертикально. В первом случае, в пренебрежении. возмущениями, движение второй части происходит равномерно, а во втором - с ускорением силы тяжести, что, в свою очередь, расширяет диапазон давлений, измеряемых одним устройством, реализующим способ, По измеренному времени свободного движения второй части на заданном участке канала определяют скорость подвижного элемента перед разделением 15 и по ней определяют измеряемое давление.

Пример. Для измерения давления воздуха за отраженными ударными волнами в ударной трубе в торце ее 20 камеры низкого давления выполняют герметичный измерительный канал, в котором размешают подвижный элемент, состоящий из двух частей. Одна из них представляет собой дюралюминие- 25

-вый поршень диаметром 10 и длиной

5 мм, а вторая — стальной шарик диаметром 2 мм. Перед проведением измерений шарик устанавливают в гнездо, выполненное в переднем по направле- З0 нию движения торце поршня, и в части экспериментов фиксируют пластилином.

Канал устанавливают горизонтально.

Массу подвижного элемента определяют взвешиванием на аналитических ве З сах. Она составляет 1,135 0,005 r.

В момент прихода падающей ударной волны и формирования отраженной на задний торец поршня начинает воздей- 4О ствовать давление из области с по» стоянными параметрами за ударной волной {пробки). Под действием этого измеряемого давления подвижный элемент перемещается вдоль канала.

По оценкам отношение силы трения к силе измеряемого давления не превышает 0,14, поэтому при обработке результатов силу трения не учитывают.

Длина участка канала, на котором происходит разгон подвижного элемента воздействием измеряемого давления, составляет 20+0,05 мм. По расчетам в диапазоне измеряемых перепадов давлений 2-8 атм время движения на этом > участке составляет 0,5-1 мс, что не

ВНИИПИ Заказ 7Я 40

Филиал ППП "Патент", г. превышает времени существования пробки.

В конце разгонного участка канала имеется кольцевой выступ. Доходя до выступа, поршень останавливается, а шарик продолжает двигаться по инерции на втором участке канала длиной

2510,05 мм и диаметром 7 мм.

Поверхность выступа образована двумя элект рическими контактами, при замыкании которых поршнем запускается отсчет времени частотомером Ч3-33, с помощью которого измеряют время свободного движения шарика, Отсчет времени прекращается при ударе шарика о чувствительный элемент пьезодатчика, установленного в конце второго участка канала.

Во всех экспериментах начальное давление в камере низкого давления ударной трубы и в измерительном канале 1 атм.

В диапазоне измеряемых перепадов давлений 2-8 атм время движения шарика изменяется в пределах 1-0,5 мс, что в предположении равномерного движения соответствует скорости 2550 м/с.

8 предположении, что подвижный элемент на разгонном участке движется равноускоренно, измеряемый перепад давления рассчитывают по формуле

m 1/

2FL где п и à — масса и площадь попереч ного сечения подвижного элемента соответственно;

Ч - его скорость в момент разделения:.

L - длина разгонного уча-тка.

Причиной основной погрешности при расчете давления по приведенной формуле является неучет падения статического давления газа эа движущимся поршнем.

Полученные результаты сравнивают с расчетом давления ло измеренной скорости падающей ударной волны. В указанном диапазоне измеряемых давлений расхождение не превышает 3ã..

Таким образом, предлагаемый способ измерения импульсного давления позволяет измерять давление в процессах, где известна его временная зависимость без предварительной тарировки измерительной системы.

Тираж 82) Подписное

Ужгород, ул. Проектная, 4