Ударная труба для калибровки датчиков давления

 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для исследования динамических характеристик датчиков давления. Изобретение позволяет расширить диапазоны тепловых нагрузок в область высоких значений при низких величинах импульсов давления в процессе динамических испытаний датчиков и их калибровки, тем самым приближая условия испытаний к рабочим. Цель изобретения достигается тем, что в ударной трубе с камерой 1 высокого давления, стволом 2, разрушаемой диафрагмой 3, уплотненным поршнем 4, в котором размещен нагреватель, расположенный внутри коаксиального отверстия поршня 4, покрытого также как и ствол 2 теплоизоляцией, вначале коаксиального отверстия установлен обратный клапан, испытуемые и контрольные датчики 13 установлены в торцовой фланец 11 ствола 2, фланец перфорирован быстродействующими клапанами 17 и к фланцу пристыкована дополнительная камера 19 высокого давления. Вакуумируют ствол 2 насосом 10, импульсным источником постоянного тока нагревают спираль до 2500-3000°С, высоким давлением разрушают диафрагму 3. Газ из камеры 1 высокого давления проходит через каскад раскаленных ленточных нагревателей в ствол 2, где формируется ударная волна. Поршень 4 под воздействием перепада давлений разгоняется, а подходя к торцу ствола 2, сжимает газ. Застойная зона у торца отсутствует из-за образования протока в отверстия фланца. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)s 0 01 1 27/00

ГО СУДА Р СТ В Е ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И (21) 4475294/24-10 (22) 19.08.88 (46) 07,08.90. Бюл., М 29 (72) Е.И,Андреев, Н.Б.MÎGKanee, Л.В.Новиков и Д.С.Сажин (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1226918, кл. G 01 1. 27/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1485055, кл. G 01 1 27/00, 03.07,87, (54) УДАРНАЯ ТРУБА ДЛЯ КАЛИБРОВКИ

ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ . (57) Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для исследования динамических характеристик датчиков давления. Изобретение позволяет расширить диапазоны тепловых нагрузок в область высоких значений при низких величинах импульсов давления в процессе динамических испытаний датчиков и их калибровки, тем самым приближая условия испытаний к рабочим. Цель изобретения достигается тем, что в ударной трубе с камерой

5U 1583773 А1

1 высокого давления, стволом 2, разрушаемой диафрагмой 3, уплотненным поршнем

4, в котором размещен нагреватель, расположенный внутри коаксиэльного отверстия поршня 4, покрытого также как и ствол 2 теплоизоляцией. вначале коаксиального отверстия установлен обратный клапан, испытуемые и контрольные датчики 13 установлены в торцовый фланец 11 ствола

2, фланец перфорирован быстродействующими клапанами 17 и к фланцу пристыкована дополнительная камера 19 высокого давления. Вакуумируют ствол 2 насосом 10, импульсным источником постоянного тока нагревают спираль до 2500 — 3000 С, высоким давлением разрушают диафрагму 3. Газ из камеры 1 высокого давления проходит через каскад раскаленных ленточных нагревателей в ствол 2, где формируется ударная волна. Поршень 4 под воздействием перепада давлений разгоняется, а подходя к торцу ствола 2, сжимает газ. Застойная зона у торца отсутствует из-за образования протока в отверстия фланца. 1 з,п. ф-лы, 5 ил.

1Ю .

1583773

20 н0

55

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для исследования динамических характеристик первичных преобразователей давления.

Целью изобретения является повышение точности калибровки за счет увеличения теплового воздействия нэ испытуемые преобразователи давления.

На фиг.1 представлена схема ударной трубы; на фиг.2 — конструктивная схема уплотненного поршня с электронагревателем и обратным клапаном; на фиг.3 — поршень в месте расположения секции электронагревателя, поперечное сечение; на фиг.4 — конструкция обратного клапана; на фиг.5— элемент торца камеры низкого давления вместе с быстродейству1ощим клапаном.

Ударная труба (фиг.1) имеет камеру 1 высокого давления, отделенную от камеры

2 низкого давления (ствола) запорным элементом 3, выполненным в виде разрушаемой диафрагмы или быстродейству1ощего клапана, за которым в камере 2 низкого давления расположен подвижный уплотненный поршень 4. Камера 1 высокого давления через пневмомагистраль 5 и управляемый вентиль 6 соединена с резервуаром 7, заполненным газом с высоким показателем адиабаты, например аргоном (х = 1,7), Ствол 2 ударной трубы соединен через отсечной клапан 8 и пневмомагистраль 9 с вакуумным насосом 10, Торец 11 камеры 2 низкого давления выполнен иэ тонкоизоляционного материала, например кварца; и снабжен гнездами

12 для установки испытуемых и контрольных первичных преобразователей (датчиков) 13. Испытуемыми преобразователями являются датчики импульсного давления, в том числе и акустические, например ДДЭ082, контрольными преобразователями являются такие же датчики с защитой от теплового воздействия, которое осуществляется, например, силиконовой резиной, герметиком или маслом.

Кроме того, в торце установлены первичные преобразователи, измерительные датчики температуры пленочного типа и теплового потока, на вакуумной пневмомагистрали-вакуумметр 14 и на пневмомагистрэли 5 — манометр 15.

К испытуемым и контрольным датчикам

13 подключена усилительная и регистрирующая аппаратура (не показана), соответствующая конкретным датчикам.

Торец 11 по периферии имеет сквозные каналы 16 с установленными в них дополнительными клапанами 17. В торцеву1о часть ствола 2 установлена. цилиндрическая вставка с конической внутренней поверхностью 18 для улавливания поршня, выполненная из теплоизоляционного материала, например керамики, причем сужэющийся конус имеет длину 1 — 2 калибра с углом полураствора 3 — 4О.

К торцу 11 пристыкована дополнительная камера 19 высокого давления (ДКВД), которая через пневмопровод 20 и управляемый вентиль 21 соединена с резервуаром 22 сжатого газа, Нэ пневмопроводе 20 установлен манометр 23 и вентиль 24 сброса давления в атмосферу. Такой же вентиль 25 установлен и на пневмомагистрали 5

Поршень 4 имеет (фиг,2) коаксиальный канал 26, ленточный электронагревэтель

27 и основной обратный клапан 28.

Ленточный электронагреватель (фиг,3)

27 представляет собой спирально свиту1о ленту из вольфрама (в данном случае три спирали). Один конец ленты прикреплен к централь11оум стерж1но 29, а другой — к периферийной гильзе 30, Стержень 29 крепится к поршню с помощь1о скобы 31. Каждая спираль 27 установлена так, что ее плоскость перпендикулярна оси коаксиального канала 26.

Сгl и рэ!l и г одкл lочен ы к импул ьсному источнику 32 питания через гермовыводы 33, разьемнь1е соединения, вкл1оча1ощие в себя п1еэда 34 и 35 и штыри 36 и 37, приваренные соответственно к стержню 29 и гильзе 30.

Основной обратный клапан 28 представляет собой (фиг;4) устройство, которое пропускает газ через себя только в одном направлении (на фиг.3 слева направо). Он состоит из металлического диска 38, неподвижно установленного в периферийной гильзе 30 и свободноскользящего по центральному стержню 29 подвижного металлического диска 39 с нанесенными на нем слоем резины 40, При давлении газа за поршнем 4, большем давления перед поршнем, обратный клапан открыт и через отверстия

41 газ поступает в коаксиальный канал 26.

При давлении перед поршнем 4, большем давления за поршнем, диск 39 газовым потоком перемещается к неподвижному диску

38, резиновое покрытие 40 прижимается к кольцевым выступам 42 (положение диска

39 показано пунктиром) и проток газа справа налево становится невозможным.

На боковой поверхности поршня 4 (фиг.2) сделаны кольцевые проточки 43, в которые вставлены уплотнительные кольца

44, выполненные из термостойкой резины или фторопласта. Назначение уплотнительных колец 44 заключается в.том, чтобы за толкающий поршень гэз проходил только через коаксиальный канал 26.

1583773

На внутреннюю боковую поверхность камеры 2 нанесен теплоизоляционный слой, например, окиси циркония, Такой же теплоизоляционный слой нанесен на боковую поверхность коаксиального канала 26 поршня 4.

Торец 11 камеры 2 низкого давления представляет собой диск, выполненный из теплоизоляционного материала, например, 10 кварца. Кроме гнезд для установки датчиков

{первичных преобразователей), торец 11 имеет сквозные каналы 16, пневматически связанные с осевым каналом 45 основания

46 дополнительного обратного клапана 17.

Основание 46 имеет седло 47, в котором и выполнен осевой канал 45, а также полость

48, Мембрана 49 зажата между основанием 46 и крышкой 50 так, что в нее упирается седло 47. Полость 48 через пневматический канал 51 соединена с дополнительной камерой 19 высокого давления.

В качестве материала для мембраны 48 использована резина толщиной 0,5 мм марки 7889. Диаметр сквозного канала 16 торца

11 равен 0,8 мм. Диаметр полости 48 равен

5 мм при глубине 3 мм, Высота седла 47 равна 1,5 мм при диаметре 4 мм. Диаметр пневмоканалэ 51 равен 1,5 мм. Время срабатывэния 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 деления работает следующим образом.

Испо ытуемые и контрольные датчики 13 (фиг.1) герметично устанавливают в торце

11 камеры низкого давления и подключают

vx к усилительной и регистрационной аппаратуре. В камеру 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 и отсечной клапан 8 закрыты.

Открывают отсечной клапан 8 и включают вакуумный насос 10. Начинается откачка воздуха из камеры 2 низкого давления. По вэкуумметру 14 следят за величиной вакуума в камере 2 низкого давления. При достиже н ии да влон ия порядка десятых долей миллиметров ртутного столба 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

55 давления в камере 19 и no»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 32, ™ри этом через ленточный нагреватель 27 проходит электрический ток порядка 10 А. Поскольку нагрев происходит в вакууме, нагреватель 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 28 (фиг.2) и газ из камеры 1 проходит через каскад раскаленных спиралей 27, нагревается и поступает через канал

26 в камеру 2 низкого давления.

Впереди поршня 4 в камере 2 низкого давления формируется сверхзвуковая струя газа, степень расширения которой зависит от отношения площадей сечений коаксиального канала 26 поршня 4 и 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 меньшего, чем давление в. камере 1 высокого давления. При увеличении давления в камере 2 низкого давления у выходного отверстия коаксиального канала 26 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 низкого давления. При сжатии газа его температура возрастает, а температура газа, который его сжимает, уменьшается.

Ударная волна подходит к торцу 11 камеры 2 низкого давления и датчикам. Начинается тепловое воздействие на датчики ударной волны. Температура в газе, контактирующем с датчиками, быстро нарастает.

Тепло в торцевую и боковую стенки уходит мало, поскольку они выполнены иэ теплоизоляционного материала.

В это время поршень 4 под воздействием перепада давления разгоняется и все быстрее движется вдоль камеры низкого давления. В начальный момент движения поршня 4 штыри 36 и 37 выходят из гнезд 34 и 35 и тем самым отключают источник 32 питания ленточного нагревателя 27. Для на1583773 .

20

45

50 гревателя выбрана каскадная структура (несколько спиралей одна за другой) с целью увеличения эффективности его работы, Газ последовательно проходит через щели каждой спирали, турбулизируется при встрече с очередной спиралью. Это позволяет увеличить эффективность теплосъема. Кроме того, не слишком широкая лента спирали (1015 мм) позволяет получить достаточно высокое электрическое сопротивление спирали, поскольку лента имеет значительную толщину (0,5 — 1,5 мм). Такал толщина ленты необходима для накопления тепла в спирали. Между поршнем и стенкой камеры холодный газ не проходит, так как поршень уплотнен кольцами 44. При встрече с отраженной ударной волной обратный клапан 28 закрывается. Поршень 4, затормаживаясь, адиабатически сжимает газ перед собой, дополнительно увеличивая его температуру.

Дойдя до конической части камеры низкого давления, поршень конической вставкой останавливается, схватывается, и запирает сжатый газ, который частично истекает через сквозной канал 16 торца 11 и дополнительный обратный клапан 17, чем снимает пик давления, Дополнительный обратный клапан 17 работает следующим образом.

В начальный момент на мембрану 49 (фиг.5) дейс гвует давление со стороньi дополнительной камеры 19 высокого давления (1,5 — 5 атм), Мембрана 49 прижата к седлу

47, и сквозной канал 16 перекрыт. Как только давление в камере 2 низкого давления становится больше давления в камере 19, мембрана 49 отходит от седла 47, полость

48 заполняется газом и давление из камеры

2 действует на всю площадь мембраны 49.

Она резко отходит от седла, газ из камеры 2 низкого давления перепускается через полость 48 и пневмоканал 51 s камеру 19.

Подбирая давление в камере высокого давления 19, получают необходимое пороговоге давление срабатывания дополнительного обратного клапана 17. Обычно в известной ударной трубе в зоне торца 11 образуется обьем с неподвижным газом— застойная зона, Гаэ в этой зоне отдает тепло стенкам и датчикам (выхолаживается), а подкачки новых порций газа нет. Наличие каналов 16 и дополнительных обратных клапанов 17 позволяет организовать постоянный поток газа на нужном уровне давления и тем самым интенсифицировать тепловое воздействие газа на датчики 13, Ликвидируется застойная эона, 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 раэдичных 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 разных давлениях, получают тепловую характеристику датчиков с повышенной точностью.

После окончания эксперимента давление в камерах 1, 2 и 19 доводят до атмосфер.ного, стравливая газ через вентили 24 и 25 сброса. Величина температурного воздействия на испытуемые датчики определяется датчиком температуры и датчиками теплового потока.

Формула изобретения

1. Ударная труба для калибровки датчиков давления, содержащая камеру высокого давления, соединенную через запорный элемент с камерой низкого давления, в торце которой выполнены гнезда для калибруемых и контрольных датчиков, и размещенный в камере низкого давления уплотненный поршень с коаксиальным каналом, в котором установлены электронагреватели, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности калибровки, она снабжена дополнительной камерой высокого давления, присоединенной к. торцу камеры низкого давления, основным обратным клапаном, установленным на входе коаксиального канала поршня, и дополнительными обратными клапанами, при этом в торце камеры низкого давления выполнены скозные каналы, в каждом из которых размещен дополнительНый обратный клапан.

2. Ударная труба по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в ней дополнительные обратные клапаны состоят из основания, в котором выполнено седло с осевым каналом, крышки и мембраны, установленной между основанием и крышкой, при этом в основании и крышке выполнен сквозной канал, сообщающий надмембранную и подмембранную полости.

1583773

1583773

Составитель M.Æóêîâ

Техред M,Ìîðãåíòàë

Редактор Л.Гратилло

Корректор М. Самборская

Заказ 2247 Тираж 461 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101