Способ измерения импульсного давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) (11) А 1 1 23 151) ЪГ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СТВУ 0 л. Ю 8ов, Б. К. Ткаченко вогоицеский дена ТрФизико-т 8) ля научны1973; Ю 2 видетельс исследос 119,о СССР1965 23/04,а юнача- Ф ОБ ИЗМЕРЕНИЯ тем определен я подвижногонтролируемого ю щ и й с я(54)(57) 1, СПО НОГО ДАВЛЕНИЯ и рости перемещен под действием к ния о т л и.ч ПУЛЬСя сколементадавлетем,АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(прототип),что, с целью повышения точности., вкацестве подвижного элемента используют узел из двух разделяемых частей,помещают подвижный элемент в герметичный канал и после разгона еговоздействием измеряемого импульсадавления производят торможение одной из частей с одновременной Фикса. цией момента разделения и определяютвремя 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 чщ и й с я тем, что канал передлом измерения вакуумируют,3. Способ по пп. 1 и 2, о т л иц а.ю щ и й с я тем, что канал устанавливают вертикально.О 76Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерений давления газовых. и жидких сред в процессах с известной временной зависийостью измеряемого давления, в первую очередь - импульсных давлений, например давлений за ударными или детонационными волнами, а также для тарировочных измерений. ОИзвестен 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 мерений,Наиболее близким к предлагаемомупо 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 ванок двух маятников посредством сжигания взрывчатого вещества создают повышенное давление, под действием которого отклоняют два маятника, в момент максимального отклонения с поО мощью гребенки-ловителя удерживают маятники и по углу их отклонения определяют работоспособность взрывчатого вещества 2.45Однако 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 щихся в широком диапазоне. Кроме того, использование способа ограничи-вается техническими сложностями гер 790метичного подвода газа в камеру меж-ду маятниками.Цель изобретения - повышение точности измерения импульсных давленийв газах и жидкостях, изменяющихсяво времени по известному закону,за счет устранения погрешностей,обусловленных тарировкой,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения импульсного давления путем определенияскорости перемещения подвижного элемента под действием контролируемогодавления, в качестве подвижногоэлемента, используют узел из двух разделяемых частей, помещают подвижныйэлемент в герметичный канал и после разгона его воздействием измеряемого импульса давления производятторможение одной из частей с одновременной фиксацией момента разделения и определяют время свободногодвижения другой части на заданномучастке канала, йо которому определяют скорость перемещения подвижного элемента перед разделением частей.Канал перед началом измерения вакуумируют,Кроме того, канал устанавливаютвертикально.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 разделениемчастей.Подвижный элемент в способе служитдля преобразования измеряемого давления в энергию поступательного движения. Использование в этом качествеузла из двух разделяемых частей упрощает определение скорости подвижногоэлемента и повышает точность,Перемещение подвижного. элементапод 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 10767 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 1 О длительного времени, в заданный момент времени убирают препятствие, фиксирующее подвижный элемент.Перемещение подвижного элемента в канале под действием измеряемого 15 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 2 о 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 точносО 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 влияния силц 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 подвижный 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, Во 90 4вторых за .счет герметичности илисистемы вакуумирования в канале должно поддерживаться наперед заданноедавление.Продолжительность разгона подвижного элемента воздействием измеряемого давления не должна превышатьвремени, в течение которого известна временная зависимость измеряемогодавления,Торможение одной из частей подвижного элемента осуществляют известными способами, например, в концеразгонного участка канала устанавливают препятствие или создают магнитное поле, тормозящее одну из частейподвижного элемента, и т,дРазделение подвижного элемента вмомент начала торможения одной изего частей осуществляют перемещениемвторой его части по инерции.В момент начала торможения однойиз частей подвижного элемента вклочают отсчет времени.Для точного определения скоростиподвижного элемента в момент разделения обеспечивают свободное движение второй его части на заданномучастке канала. Для этого изолируютвторую часть подвижного элемента отвоздействия 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 стенокканала, уменьшают аэродинамическоесопротивление второй части подвижногоэлемента до величины, при которойпогрешность, связанная с неучетомэтого сопротивления, меньше допустимой погрешности измерения, для чегоиспользуют вторую часть подвижногоэлемента, 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 временныеинтервалы, например, частотомер, осциллограф и т,д,В зависимости от конкретных условий канал располагают горизонтальноили вертикально, В первом случае, впренебрежении, возмущениями, движениевторой части происходит равномерно,а во втором - с ускорением силы тяжести, что, в свою очередь, расширяет диапазон давлений, измеряемых од" 10ним устройством, реализующим способ,По измеренному времени свободногодвижения второй части на заданномучастке канала определяют скоростьподвижного элемента перед разделением 5и по ней определяют измеряемое давление,П р и м е р. Для измерения давления воздуха за отраженными ударнымиволнами в ударной трубе в торце ее 20камеры низкого давления выполняютгерметичный измерительный канал, вкотором размещают подвижный элемент,состоящий из двух частей, Одна изних представляет собой дюралюминиевый поршень диаметром 10 и длиной5 мм, а вторая - стальной шарик диаметром 2 мм. Перед проведением измерений шарик устанавливают в гнездо,выполненное в переднем по направле- З 0нию движения торце поршня, и в частиэкспериментов фиксируют пластилином.Канал устанавливают горизонтально.Массу подвижного элемента определяют взвешиванием на аналитических ве Зсах, Она составляет 1135 ф 0005 г.В момент прихода падающей ударной волны и Формирования отраженной на задний торец поршня начинает воздей 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 014 поэтому при обработке результатов силу трения не учитывают.Длина уцастка 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 55 участке составляет 0,5-1 мс, что неВНИИПИ Заказ 7 ЯЦО филиал ППП "Патент", г. превышает времени существования пробки.8 конце разгонного участка канала имеется кольцевой выступ. Доходя до выступа, поршень останавливается, а шарик продолжает двигаться по инерции на втором участке канала длиной 25+005 мм и диаметром 7 мм.Поверхность выступа образована двумя электрическими контактами, при замыкании которых поршнем запускается отсчет времени частотомером Ч 3-33, 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 25- 50 м/с.8 предположении, цто подвижный элемент на разгонном участке движется равноускоренно, измеряемый перепад давления рассчитывают по ФормулешЧ2 РЬгде п и Г - масса и площадь поперечного сечения подвижногоэлемента соответственно;Ч - его скорость в моментразделения:Ь - длина разгонного уча-.тка.Прициной 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 33.Таким образом, предлагаемый способ измерения импульсного давления позволяет измерять давление в процессах, где известна его временная зависимость без предварительной тарировки измерительной системы.Тираж 82) ПодписноеУжгород, ул. Проектная, 4