Датчик давления ударной волны

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК С 19) Ц 1 З 350 О 01 Ь 23/10. 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Коуп Р, Поцвоцные взрывы. Пер.с англ. МИностранная 1 питература,1980, с. 189-191.2, Сопоухин Р. И. Уцарные вопны ицетонация в пазах. М., 1963, с. 64(54) (57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ УДАРНОЙ ВОЛНЫ, соцержащий укреппенныйв корпусечувствитепьный эпемент в вице пьезоэпектрического преобразоватепя и токовывоцы, о т ц и ч а ю щ и йс я тем, что, с цепью расширения попссы рабочих частот и циапазона измерения,он снабжен закреппенным на корпусе со стороны чувствитепьного эпемента жестким контейнером с торцовой стенкой,параппепьной чувствитепьному эле- .менту при атом внутренняя полость контейнера заполнена веществом с акустическим сопротивлением, неравным акусти.ческому сопротивпению контролируемойсрецы.Изобретение относится к техникеизмерений параметров упярных волн вжипкостях ипи газах и препназначенопреимущественно ппя использования в сиотемвх с пьезоэлектрическими преобразователями.Известны пьезоэлектрические патчики, сопержашие укрепленный в корпусепьезоэлемент с токовывопами. Воспринимающей поверхностью патчикв павпения 0явпяется поверкность его конструкции,которая препназначена ппя восприятияусипия в процессе нагружения элемента упариой волной и перепачи .этого усипия впоспецующие измерительные преобрвзсмватепи. Как правипо, элементом образующим воспринимающую поверхностьпатчика, явпяется мембрана или непосрепственно пьезоэлемент (2).Диапазон изменения измеряемых павлений очень велик. Например, в вакуумной технике прихопится измерять павления по 1,3 10"О Па, а в текнике высоких пввлений по 10 Па и выше, слеповательно .пиапазон павлений,охватывает д 516 поряпков. Лучшие патчики имеют пивпазон измеряемых пввпений окопо10 . Поэтому пня охвата всего пиапазоня павпений необхопимо иметь несколько типоразмеров патчиков. Квжпыйиз них может работать с уповнетворитепьной точностью в опрепепенных границах павпений и частот возпействующик упарныквопи. Изменение чувствитепьности и пиапвзона восприниМаемых пвтчиком частотвозможно за счет изменения таких конст 35руктивных элементов патчиков как мембрана, чувствительный элемент, в качестве которого выступает пьезоэпектричеокий кристалл, т. е. требуется переработка всей консгрукции летчика с целью полу 40чения необхопимых ппя практики техничес,ких характеристик, что является существенным нецостатком известнык конструкций,Цепь изобретения - расширение поло 45сы рабочих частот и пиапазонв измерения,казанная цепь постигаешься тем, что патчик павнения, сопержащий укрепленный в корпусе чувствитепьный элемент в ви пе пьезоэлектрического преобразователя с токовывопами, снабжен закрепленным на корпусе со стороны чувствитепьного элемента жестким контейнером с торцовой стенкой параппепьной чувствитепь ному эпементу, при этом внутренняя попость контейнера запопненв веществом с акустическим сопротивпением неравным акустическому сопротивлению контропируемой срепы,На фиг. 1 изображена конструкцияпатчика; на фиг, 2 - характеристические кривые упарной вопны в контролируемой срепе и в срепе, заполняющейконтейнер.Датчик павпения сопержит корпус 1с мембраной, 2, чувствительным эпьмент в вице пьезоэлектрического преоб-,разователя 3, укрепленного в корпусеприжимной шайбой 4. На корпусе имеются съемное пнише 5 и электрическийразъем 6, Сигнап с верхней грани поцвопится к эпектрическому разъему черезмембрану 2, корпус 1 и пнише 5, а снижней грани - через токовывоп 7 нацентральный контакт 8 разъемаизопированного шайбой 9,На корпусе 1 со стороны чувствительного эпемента 3 укреплен жесткийконтейнер 10, торцовая стенка 11 которого образует мембрану, парвппельнуючувствитепьному элементу. Внутренняяполость контейнера заполняется промежуточной срепой 12, в качестве которойможет быть использована, например, вопа при измерениях в газообразных йрепах или возпух при измерениях в жипкихсрепах. Для заполнения контейнера промежуточной срепой имеется штуцер с кпапаном 13, который позволяет регулироватьпавпение в контейнере оя ппя получениятребуемого акустического сопротивпениязапопняющей его срепы,Датчик павпения работает спепующимобразом. Упарная волна, цавление, за фронтом которой поппежит измерению; попхопит из контропируемой срепы к мембране 11 и при перехопе через мембрану 11 в промежуточную срепу 12 - к воспринимающей поверхности пьезопреобрвзоватепя 3 и изменяет свои параметры в зависимости .от соотношения акустических сопротивпений контропируемой срепы и промежуточной срепы 12, в также топшины и материала мембраны 11 т. е, межпу павпениями измеряемой упарной вопнъ 1 и упарной волны, распрострвнякьшейся в промежуточной срепе, существует опрепепенная зависимость, позволяющая установить соответствие этик павпений в любой момент времени, при этом оптимальное согласование ожипаемых вепичин параметров упарной волны с рабочичи характеристиками патчика обеспечивается попбором акустического сопротивления3 10, 29промежуточной сраны и массы мембраны 11.На фиг. 2 и 3 показаны характеристики упарной волны в коорцинатах цавпениефцлительность положительной фазы, отнесенная к показателю ее затухания,Для случая перехода упарной волныиз вопы в возцух на фиг. 2 показанакривая 14, показывающая характеруцарной волны в контролируемой срепе,т. е. в вопе, а на фиг. 3 - кривая 15,показывающая характер уцарной волныв промежуточной среце, заполняющей контейнер, т. е. в возпухе. Из сопоставления этих кривых видно, что при выбранных условиях максимальное цавлениеза мембраной 11 цля перехода ударнойволны из вопы в возпух падает почти в3000 раз.Частотные характеристики ударныхволн оцениваются по постоянной временизатухания 6 экспоненциапьных зависимостей попающей и прошецшей уцарныхволн, взятых как время уменьшенияцавпения на ниспацающей ветви вривойв оо раз, и зависят от толщины мембраны.,Так, при толщине стальной мембранъ 11 в 1 мм коэффициент затуханияпрошедшей волны по сравнению с коэффициентом затухания пацающей волныувеличивается в 1,3 раза, а при толщине мембранъ в 3 мм - в 2 раза кривая 16 на фиг. 3).Известно также, что цлитепьность псьпожитепьной фазы уцарной волнъ 1 .приблизительно равна 3 9, т. е. ппя пацаюшей,уцарной волны положительная фаза соста-.,.вит 5,5 ф 10 С а цляпрошедшей 1,1 01 410 4 (,. По известным номограммам можно определить частотные диапазоны измерительных приборов ло плительности попожитепьной фазы ударной волны. Для рас смотренного случая при толщине мембраны 3 мм требуемая полоса частот приборов слФестится и сторон уменьшения с 2 10 - 200 по 10 - 100 Гд, Таким,.5образом, положительный эффект заключается в снижении максимальных необхопимых. частот регистрирующей аппаратуры.В другом случае при лерехоце уцарной волны из возцуха в воду, максимальное павпение в более плотной среце не превышает двойного максимального цавления в среде измерения. На фиг. 2 показана, кривая 17, построенная пля случая перехода ударной волны из воздуха в воцу. Из графика вицно, что максимальное значение цавления уцарной волны в воце возросло по сравнению с воздухом кривая 14, фиг. 2) примерно в 1,2 раза.1При этом коэффициент затухания увеличился примерно в 1,3 раза. Таким образом, заполняя контейнер средами с различными акустическими сопротивлениями, неравными акустическому сопротивлению контролируемой среды, можно преобразовать параметры уцарной волны к випу, уцобному пля измерения определенным цатчиком давления. Изменение акустического сопротивления промежуточной срецы, а также материала и толщины мембраны позволяет уменьшить давление упарной волны цо 1000 раз и уменьшить частоту возпей ствия в несколько раз.1052901 ФХ ОФ РР г каз 8847/37 Тираж 873 Подпис.ное вниипи ктная, 4 филиал П атент,жгород, ул,Ф 1,Г 1 Ф 1,Ю 1 Ю Р,Фаг. г