Ударная труба для калибровки датчиков давления

(53)5 0 01 3 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВ алев, Л.В,Нови ство СССР00, 1988.ЛЯ КАЛИБРОВК остро- исслек прибо твам дл теристик О ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(54) УДАРНАЯ ТРУБА ДДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относитению, в частности к устродования динамических калибровки датчиков импульсного давления. Цель - повышениепроизводительности труда. Предложенное устройство использует давление в дополнительной камере 19 высокого давления для автоматического возвращения поршня 4 в исходное положение, для чего камера 2 низкого давления через дополнительный пневмоканал 26, пневмомагистраль 27 и вентиль 28 пневматически соединена с дополнительной камерой 19 высокого давления, а периферийное гнездо электрического разьемного соединения выполнено кольцевым. 5 ил,Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для исследования динамических характеоистикпервичных преобразователей давления,Целью изобретения является повышение производительности труда.На фиг, 1 представлена схема ударнойтрубы для калибровки датчиков давления;на фиг.2 - конструктивная схема уплотненного поршня; на фиг.З - поперечное сечение поршня в месте расположения секцииэлектронагревателя; на фиг.4 - конструкцияобратного клапана; на фиг.5 - элемент торца камеры низкого давления вместе с быстродействующим клапаном.Ударная труба (фиг.1) имеет камеру 1высокого давления, отделенную от камеры2 низкого давления (ствола) запорным элементом 3. выполненным в виде разрушаемой диафрагмы или быстродействующегоклапана, за которым в камере 2 низкогодавления расположен подвикной уплотненный поршень 4, Камера 1 высокогодавления через пневмомагистраль 5 и управляемый вентиль б соединена с резервуаром 7, заполненным газом с высокимпоказателем адиабаты, например аргоном(Х = 1,7), Ствол ударной трубы соединенчерез отсечной клапан 8 и пневмомагистраль 9 с вакуумным насосом 10,Торец 11 камеры 2 низкого давлениявыполнен из теплоизоляционного материала, например кварца и, снабжен гнездами12 для установки испытуемых и контрольных первичных преобразователей (датчиков) 13. ИспытуемыМи преобразователямиявляются датчики импульсного давления, втом числе и акустические, например ДДЭ 0,82, контрольными преобразователямиявляютсятакие же датчики с защитой оттеплового воздействия, которое осуществ ляется, например, силиконовой резиной,герметиком или маслом,Кроме того, в торце установлены первичные преобразователи. измерительныедатчики температуры пленочного типа итеплового потока, на вакуумной пневмомагистрали-вакуумметр 14 и на пневмомагистрали 5 - манометр 15,К испытуемьм и контрольным датчикам13 подключена усилительная и регистрирующая аппаратура (не показано), соответствующая конкретным датчикам.Торец 11 по периферии имеет сквозныеканалы 16 с установленными в них дополнительными клапанами 17, В торцовую частьствола ударной трубы установлена цилинд, рическая вставка с конической внутреннейповерхностью 18 для улавливания поршня,выполненная из теплоизоляционного мате 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 риала, например керамики, причем сужающийся конус имеет длину 1 - 2 калибра с углом полураствора 3 - 4.К торцу 11 пристыкована дополнительная камера 19 высокого давления (ДКВД), которая через пневмопровод 20 и управляемый вентиль 21 соединена с резервуаром 22 сжатого газа. На пневмопроводе 20 установлены манометр 23 и вентиль 24 сброса давления в атмосферу. Такой же вентиль 25 установлен и на пневмомагистрали 5.В торце 11 камеры 2 низкого давления выполнен дополнительный пневмоканал 26, который соединен с пневмомагистралью 27 с управляемым вентилем 28, Пневмомагистраль 26 соединена с дополнительной камерой 19 высокого давления, Таким образом, камера 2 низкого давления через дополнительный пневмоканал 26 и вентиль 28 пневматически соединена с дополнительной камерой 19 высокого давления,Поршень 4 имеет (фиг,2) коаксиальный канал 29, ленточный электронагреватель 30 и основной обратный клапан 31.Ленточный электронагреватель (фиг.З) 30 представляет собой спирально свитую ленту из вольфрама (в данном случае три спирали). Один конец ленты прикреплен к центральному стержню 32, а другой - к периферийной гильзе 33. Стержень 32 крепится к поршню с помощью скобы 34, Каждая спираль (электронагреватель 30) установлена так, что ее плоскость перпендикулярна. оси коаксиального канала 29.Спирали подключены к импульсному источнику 35 питания через гермовыводы Зб, разьемные соединения, включающие в себя периферийное гнездо 37, центральное гнездо 38 и штыри 39, 40, приваренные соответственно к стержню 32 и гильзе 33. Периферийное гнездо 37 выполнено кольцевым в виде желоба, в который штырь 39 попадает независимо от поворота поршня и вокруг своей оси.Основной обратный клапан 31 представляет собой (фиг,4) устройство, которое пропускает газ через себя только в одном направлении (на фиг.З слева направо). Он состоит из металлического диска 41, неподвижно установленного в периферийной гильзе 33, и свободно скользящего по центральному стержню 32 подвижного металлического диска 42 с нанесенным на нем слоем 43 резины. При давлении газа эа поршнем 4, большем давления перед поршнем, обратный клапан открыт и через отверстия 44 газ поступает в коаксиальный канал 29.При давлении перед поршнем 4, большем давления за поршнем, диск 42 газовым потоком перемещается к неподвижному диску510 15 20 25 30 35 40 45 50 о1, резиновое покрытие (слои 43 резины) прижимается к кольцевым выступам 45 (положение диска 42 показано пунктиром) и проток газа справа налево становится невозможным.На боковой поверхности поршня 4 (фиг,2) сделаны кольцевые проточки 46, в которые вставлены уплотнительные кольца 47, выполненные из термостойкой резины или фторопласта. Назначение уплотнительных колец 47 заключается в том, чтобы толкающий поршень газ проходил только через коаксиальныйканал 29.На внутреннюю боковую поверхность камеры 2 нанесен теплоиэоляционный слой, например, окиси циркония. Такой же теплоизоляционный слой нанесен на боковую поверхность коаксиального канала 29 поршня 4.Торец 11 камеры 2 низкого давления представляет собой диск, выполненный из теплоизоляционного материала, например кварца, Кроме гнезд для установки датчиков (первичных преобразователей), торец 11 имеет сквозные каналы 16, пневматически связанные с осевым каналом 48 основания 49, дополнительногообратного клапана 17. Основание 49 имеет седло 50, в котором и выполнен осевой канал 48, а также полость 51. Мембрана 52 зажата между основанием 49 и крышкой 53 так, что в нее упирается седло 50, Полость 51 через пневматический канал 54 соединена с дополнительной камерой 19 высокого давления,В качестве материала для мембраны 52 использована резина толщиной 0,5 мм, марки 7889 ТУ 38 1051082-76. Диаметр сквозного канала 16 торца 11 равен 0,8 мм, Диаметр полости 51 равен 5 мм при глубине 3 мм. Высота седла 50 равна 1,5 мм при диаметре 4 мм. Диаметр канала 54 равен 1,5 мм, Время срабатывания составляет миллисекунды. При различных испытаниях используется кольцевая матрица с набором обратных клапанов от 8 до 32 шт.Ударная труба для исследования динамических характеристик и калибровки первичных преобразователей давления работает следующим образом.." Испытуемые и контрольные датчики 13 (фиг,1) герметично устанавливают в торце 11 камеры 2 низкого давления и подключают их к усилительной и регистирационной аппаратуре, В камеруу 2 низкого давления вставляют поршень 4, после чего закрепляют разрушаемую диафрагму запорного элемента 3 и присоединяют камеру 1 высокого давления, при этом управляемый вентиль 6, отсечной клапан 8 и управляемый вентиль 28 закрыты,Открывают отсечной клапан 8 и включают вакуумный насос 10, Начинается откачка воздуха из камеры 2 низкого давления. По вакуумметру 14 следят за величиной давления в вакуумной камере 2 низкого давления, При достижении давления порядка десятых долей мм рт.ст. закрывают отсечной клапан 8, чем отсоединяют вакуумный тракт от камеры 2 низкого давления.Открывают управляемый вентиль 21 и заполняют дополнительную камеру 19 высокого давления газом из резервуара 22 сжатого газа, Вентиль 24 сброса закрыт, По манометру 23 следят за возрастанием давления в камере 19 и по достижении 1,6 - 5 атм закрывают вентиль 21, чем отсекают резервуар от камеры 19, После этого открывают вентиль 6, чем создают в камере 1 высокого давления давление, равное 1,5 - 5 атм.Одновременно запускают импульсный источник 35, при этом через ленточный электромагреватель 30 проходит электрический ток порядка 10 А,Поскольку нагрев происходит в вакууме, электронагреватель удается нагреть до 2500 - 3000 С без разрушения,Закрывают вентиль 6, чем отсекают резервуар 7 от камеры 1. Под действием перепада давления диафрагма запорного элемента 3 разрушается, открывается обратный клапан 31 (см.фиг,2), и газ из камеры 1 проходит через каскад раскаленных спиралей (электронагревателей 30). нагревается и поступает через канал 29 в камеру 2 низкого давления,Впереди поршня 4 в камере 2 низкого давления формируется сверхзвуковая струя газа, степень расширения которого зависит от отношения площадей сечений коаксиального канала 29 поршня 4 камеры 2 низкого давления. Чем меньше это отношение, тем больше расширение газа, Ускорившийся газ при взаимодействии со стенками камеры 2 низкого давления тормозится, Образуется система скачков. Она приводит к уменьшению полного давления в потоке. Поэтому камера 2 низкого давления заполняется газом до давления меньщего, чем давление в камере 1 высокого давления. При увеличении давления в камере 2 низкого давления у выходного отверстия коаксиального канала 29 уменьшается степень нерасчетности струи, скорость газового потока и потери полного давления, Вследствие этого газ. расширившийся в начальный момент времени до некоторого давления, начинает сжиматься газом, поступающим в камеру 2 низоо давления, При сжатии газа его температура возрастает, атемпература газа, которая его сжимает,уменьшается.Ударная волна подходит к торцу 11 камеры 2 низкого давления и датчикам. Начинается тепловое воздействие на датчикиударной волны. Температура в газе, контактируюгцая с датчиками, быстро нарастает.Тепло в торцовую и боковую стенки уходитмало, поскольку они выполнены из теплоизол я ционного материала.В этом время поршень 4 под воздействием перепада давления разгоняется и всебыстрее движется вдоль камеры низко одавления, В начальный момент движенияПоршня 4 штыри 39, 40 выходят из гнезд 37,38, и тем самым отключают источник 35 питания ленточного электронагревателя 30.Для нагревателя выбрана каскадная структура (несколько спиралей одна за другой) сцелью увеличения эффективности его работы, Газ последовательно проходит черезЩели каждой спирали, турбулизируется привстрече с очередной спиралью, Это позволяет увеличить эффективность теплосьема. Кроме того, не слишком широкая лентаспирали (10 - 15 мм) позволяет получитьдостаточно высокое электрическое сопротивление спирали, поскольку лента имеетзначительную толщину (0,5 - 1,5 мм), Такаятолщина ленты необходима для накоплениятепла в спирали, Между поршнем и стенкойкамеры холодный газ не проходит, так какгоршень уплотнен кольцами 47. При встрече с отраженной ударной волной обратныйклапан 31 закрывается. Поршень 4, затормаживаясь, адиабатически сжимает газ перед собой, дополнительно увеличивая еготемпературуДойдя до конической поверхностикамеры низкого давления, поршень конической вставки останавливается, "охватывается" и запирает сжатый гаэ, которыйчастично истекает через сквозной канал 16торца 11 и дополнительный обратный клапан 17, чем снимает пик давления,Дополнительный обратный клапан 17работает следующим образом.В начальный момент на мембрану 52(фиг,5) действует давление со стороны дополнительной камеры 19 высокого давления(1,5 - 5 атм,). Мембрана 52 прижата к седлу50, и сквозной канал 16 перекрыт, Как только давление в камере 2 низкого давлениястановится больше давления в камере 19,мембрана 52 отходит от седла 50, полость51 заполняется газом, и давление из камеры 2 действует на всю площадь мембраны52, Она резко отходит от седла, гаэ изкамеры 2 низкого давления перепускаетсячерез полость 51 и канал 54 в камеру 19,5 10 15 20 25 30 35 40 45 получают обратимое пороговое давление срабатывания дополнительного обратного клапана 17.Наличие каналов 16 и дополнительных обратных клапанов 17 позволяет организовать постоянный проток газа на нужном уровне давления и тем самым интенсифицировать тепловое воздействие газа на датчики 13, Ликвидируется застойная зона, организуется почти постоянный тепловой поток от газа к датчикам практически в течение всего времени эксперимента,Изменяя начальное давление в камере 19, можно проводить испытания датчиков при различных уровнях давлений, После того, как давление газа перед поршнем 4 выравнивается, клапан 17 закрывается.Эксперимент закончен, Сравнивая зарегистрированные отклики эталонных и испытуемых датчиков 13 при равным давлениях, получают тепловую характеристику датчиков с повышенной точностью.Величина температурного воздействия на испытуемый датчик определяется датчиком температуры и датчиком теплового потока, После окончания эксперимента давление в камерах 1 и 2 доводят до атмосферного, стравливая газ через вентиль 24 сброса. Открывают управляемый вентиль 28, и газ из дополнительной камеры 19 высокого давления через пневмомагистраль 27 и дополнительный пневмоканал 6 перетекает в камеру 2 низкого давления в про-, странство перед поршнем 4.Обратный клапан 31 закрыт, и поршень 4 перемещается под воздействием перепада давлений в свое исходное положение. Штыри 39 и 40 автоматически входят в центральное 38 и периферийное 37 (кольцевое)гнезда,Устройство позволяет повысить в 5 - 7 раз производительность труда при проведении калибровки датчиков, Ручной труд практически остается только при замене разрушаемой диафрагмы,Формула изобретения Ударная труба для калибровки датчиков давления, содержащая камеру высокого давления, соединенную через запорный элемент с камерои низкого давления, в торце которой выполнены гнезда для калибруемых и контрольных датчиков и каналы с дополнительными обратными клапанами, а также содержащая дополнительную камеру высокого давления, присоединенную к торцу камеры низкого давления, в которой размещен уплотнительный поршень с коаксиальным каналом, в которомустановлены элеткронагреватели, связанные через разъемные электрические соединения в виде центрального и периферийного гнезда и штырей с источником напряжения, при этом на входе коаксильного канала поршня установлен основной обратный клапан, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения производительности труда, она снабжена дополнительным пневмоканалом, выполненным в торце камеры низкого давления, и пневмомагистралью с управляемым вентилем, при этом камера низкого давления через дополнительный пневмока нал и пневмомагистраль соединена сдополнительной камерой высокого давления, а периферийное гнездо раэьемного элекрического соединения выполнено в виде кольцевого желоба.о оставитель Н, Матрохинаехред М,Моргентал Корректор С. Черн лако Реда роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 2117 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5