Датчик давления ударной волны

 

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ УДАР-; НОЙ волны, соцержаший укрепленный в корпусе чувствительный элемент в вице пьезоэлектрического преобразоватепя и токовывоцы, отличающийс я тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот и диапазона измерьния ,,он снабжен закрепленным на корпусе со стороны чувствительного элемента жестким контейнером с тqpaoвoй стенкой, параллельной чувствительному эл&- менту при этом внутренняя полость контейнера заполнена веществом с акустическим сопротивлением, неравным акустическому сопротивлению контролируемой среды.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

С19) аз

23Z10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OYHPblTMA (21) 3468493/18-10 (22) 09.07.82 (46) 07.Х1,83. Бюп. Ж .41 (72) С. А. Винограцов, Л. Д. Початков, N. К. Агапов, А. Г. Сергеев и 10. Г. Ян-. кин (53) 531.787 (088.8) (56) 1. Коуп P. Поцвоцные взрывы. Пер. с англ. М., Иностранная 1питература, 1980, с. 189-191.

2. Сопоухин Р. И. Уцарные вопны и цетонация в пазах. М., 1963, с. 64 (прочзотип) . (54) (57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ УДАР

HOA ВОЛНЫ, соцержаший укреппенный в корпусе чувствитепьный эпемент в вице пьезоэпектрического преобразоватепя и токовывоцы, о т ц и ч а ю щ и йс я тем, что, с цепью расширения попс сы рабочих частот и циапазона дзмер » ния,он снабжен закреппенным на корпусе со стороны чувствитепьного эпемен» та жестким контейнером с торцовой стенкой,параппепьной чувствитепьному эле-менту при атом внутренняя полость контейнера заполнена веществом с акустическим сопротивлением, неравным акустическому сопротивпению контролируемой срецьt.

1052О01

Изобретение относится к технике измерений параметров уцарных волн в жицкостях1ипи газах и нрецназначено преимущественно цпя использования в сиотемах с пьезоэлектрическими преобразователями.

Известны пьезоэлектрические цатчики, соцержащие укрепленный в корпусе пьезоэлемент с токовывоцами. Воспринимающей поверхностью цатчика цавпения щ явпяется поверхность его конструкции, \ которая прецназначена цпя восприятия усипия в процессе нагружения элемента уцариой волной и перецачи .этого усипия в поспецующие измерительные преобразсм ватепи. Как правипо, элементом образующим воспринимающую поверхность цатчика, явпяется мембрана или непосрецственно пьезоэлемент (2).

Диапазон изменения измеряемых цавпений очень велик. Например, в вакуум н ой технике при х оцится измерять ц авле ния qo 1,3 ° 10" Па, а в технике высоких цавлений цо 10 Па и выше, слецова тельно .циапазон цавлений. охватывает д5

16 поряцков. Лучшие цатчики имеют циапазон измеряемых цавпений около

10 . Поэтому цпя охвата всего циапазоня цавпений необхоцимо иметь несколько типоразмеров цатчиков. Кажцый из них может работать с уцовнетвори тепьной точностью в опрецепенных грани цах цавпений и частот возцействующих уцарных вопи. Изменение чувствитепьности и циапазона воспринимаемых цатчиком частот возмо>кно за счет изменения таких конст35 руктивных элементов цатчиков как мембрана, чувствительный элемент, в качестве которого выступает пьезоэпектричес кий кристалл, т. е. требуется переработка всей конструкции летчика с целью полу40 чения необхоцимых цпя практики техничес,ких характеристик, что является существенным нецостатком известных конструкций.

Цепь изобретения - расширение поло45 сы рабочих частот и циапазона измерения,,> казанная цепь постигаешься тем, что цатчик цавнения, соцержащий укрепленный в корпусе чувствитепьный эцемент в ви- 50 це пьезоэлектрического преобразователя с токовывоцами, снабжен закрепленным на корпусе со стороны чувствитепьного элемента жестким контейнером с торцовой стенкой параппепьной чувствитепь- 55 ному эпементу, при этом внутренняя попость контейнера запопнена веществом с акустическим сопротивпением неравным акустическому сопротивлении> контропируемой срецы.

На фиг. 1 изображена конструкция цатчика; на фиг. 2 - характеристические кривые уцарной вопны в контролируемой среце и в среце, заполняющей контейнер.

Датчик цавпения соцержит корпус 1 с мембраной, 2, чувствительным эпьмент в вице пьезоэлектрического преоб-, разователя 3, укрепленного в корпусе прижимной шайбой 4. На корпусе имеют ся съемное цнище 5 и электрический разъем 6, Сигнап с верхней грани поцвоцится к эпектрическому разъему через мембрану 2, корпус 1 и цнище 5, а с нижней грани - через токовывоц 7 на центральный контакт Я разъема„изопированного шайбой 9.

На корпусе 1 со стороны чувствительного эпемента 3 укреплен жесткий контейнер 10, торцовая стенка 11 которого образует мембрану, параппельную чувствитепьному элементу. Внутренняя полость контейнера заполняется промежуточной срецой 12, в качестве которой может быть использована, например, воца при измерениях в газообразных цре

qax или возцух при измерениях в жицких срецах. Для заполнения контейнера промежуточной срецой имеется штуцер с кпапаном 13, который позволяет регулировать цавпение в контейнере ия цпя получения требуемого акустического сопротивпения запопняющей его срецы.

Датчик цавпения работает спецующим образом.

Уцарная волна, цавление, за фронтом которой поцпежит измерению; поцхоцит из контропируемой срецы к мембране 11 и при перехоце через мембрану 1.1 в промежуточную срецу 12 — к воспринимающей поверхности пьезопреобразоватепя 3 и изменяет свои параметры в зависимости .от соотношения акустичес,ких сопротивпений контропируемой срецы и промежуточной срецы 12, а также топшины и материала мембраны 11 т. е. межцу цавпениями измеряемой уцарной волны и уцарной волны, распространяк шейся в промежуточной среце, существует опрецепенная зависимость, позволяющая установить соответствие этих цавпений в любой момент времени, при этом оптимальное согласование ожицаемых вепичин параметров уцарной волны с рабочичи характеристиками цатчика обеспечивает я поцбором акустического сопротивления

3 10: 29 промежуточной среды и массы мембра ны 11.

На фиг. 2 и 3 показаны характеристики ударной волны в координатах цавпелие цлительность положительной фазы, отнесенная к показателю ее затухания.

Для случая лерехоца ударной волны из воды в возцух на фиг. 2 показана кривая 14, показывающая характер уцарной волны в контролируемой среде, т. е. в воце, а на фиг. 3 - кривая 15, показываюшая характер уцарной волны в промежуточной среце, заполняюшей контейнер, т. е. в воздухе. Из сопоставления этих кривых видно, что при выбранных условиях максимальное цавление за мембраной 11 цля перехода уцарной волны из воды в воздух падает почти в

3000 раз.

Частотные характеристики уцарных волн оцениваются по постоянной времени затухания В экспоненциапьных зависимостей подающей и прошецшей уцарных волн, взятых как время уменьшения цавления на ниспадающей ветви вривой в 6 раз, и зависят от толщины мембраны.,Так, при толщине стальной мембраны 11 в 1 мм коэффициент затухания прошецшей волны по сравнению с коэф фициентом затухания падающей волны увеличивается в 1,3 раза, а при толщине мембраны в 3 мм - в 2 раза (кривая 16 на фиг. 3).

Известно также, что цлитепьность псь» ложитепьной фазы уцарной волны .приблизительно равна 3 В, т. е. цля пацаюшей .уцарной волны положительная фаза соста-., . вит 5,5 10 С, а цля прошедшей 1,1

01 Я 10 (.. 11 ) известным номограммам мож» но определить частотные диапазоны измерительных приборов ло длительности попожитепьной фазы ударной волны. йля раосмотренного случая при толщине мембраны 3 мм требуемая полоса частот приборов см естится и сторону уменьшения с

2 - 10 - 200 до 10 — 100 Гч.Таким, .5 образом, положительный эффект заключается в снижении максимальных необхоцимых частот регистрирующей аппаратуры.

В другом случае при лерехоце уцарной волны из возцуха в воду, максимальное цавпение в более плотной среде не превышает двойного максимального цавления в среде измерения. Ha фиг. 2 показана . кривая 17, построенная цля случая перехоца 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.

При 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 виду, уцобному для изм ер ения опрел ел енным цатчиком давления.

Изменение акустического сопротивления промежуточной срецы, а также материала и толшины мембраны позволяет уменьшить давление ударной волны цо

1000 раз и уменьшить частоту возцей« ствия в несколько раз.

Х 052901

1052901

У

У ФХ ИФ У1 Ig /Ф 1,Г 1Ф 1,l 1Ю Рд 88 Ð4 86 РР УР фиг. 2

ВНИИПИ Заказ 8847/37 Тираж 873 Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4