Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн



Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн
Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн
Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн
Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн
Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн
Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн
Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн
Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн
Способ градуировки датчиков давления воздушных ударных волн

 


Владельцы патента RU 2566417:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт прикладных проблем" (RU)

Заявленное изобретение относится к области приборостроения, в частности к способам градуировки датчиков давления. Заявленный способ градуировки датчиков давления воздушной ударной волны включает воздействие на датчик градуировочной воздушной ударной волны (ВУВ), образованной подрывом заряда взрывчатого вещества, измерение амплитуд выходного сигнала датчика, определение избыточного давления во фронте градуировочной ВУВ и расчет коэффициента преобразования датчика, при этом непосредственно за градуируемым датчиком давления, на расстоянии, соизмеримом с продольным размером его чувствительного элемента, устанавливают ориентированную нормально на центр взрыва плоскую жесткую преграду, а избыточное давление во фронте падающей градуировочной ВУВ определяют через отношение амплитуд U2 и U1 зарегистрированного датчиком сигнала отраженной от преграды и падающей волн из соотношения:

где p0 - атмосферное давление. Технический результат заключается в повышении точности градуировки датчиков давления ВУВ. 2 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к способам градуировки датчиков давления.

Наиболее важной метрологической характеристикой при определении параметров воздушных ударных волн (ВУВ) является градуировочная характеристика датчика давления.

Градуировочная характеристика представляет собой зависимость между значениями величин на входе и выходе средства измерения в виде таблиц, графиков, формул. На практике в качестве градуировочной характеристики пользуются коэффициентом преобразования, определяемым как отношение выходного электрического сигнала (напряжения, заряда) к заданному давлению, действующему на чувствительный элемент датчика.

Существует множество способов динамической градуировки датчиков давления.

Известен способ и устройство для калибровки датчиков давления путем воздействия скачка давления, возникающего в момент открытия золотникового устройства, соединяющего между собой две камеры, одна из которых больше другой и имеет отличное давление от первой (авторское свидетельство СССР №158125). Недостатком данного способа является то, что он позволяет калибровать только низкочастотные датчики и применим в лабораторных условиях.

Известен способ динамической градуировки датчиков давления путем создания скачка давления, состоящий в том, что газонепроницаемую камеру перегораживают диафрагмой на две части. В одну часть помещают испытуемый датчик давления и создают в ней избыточное давление относительно другой части камеры, а скачкообразное изменение давления получают путем разрушения диафрагмы (авторское свидетельство СССР №637751). Как и предыдущий аналог, данный способ может быть реализован в лабораторных условиях.

Вместе с тем, в исследовательской практике часто возникает необходимость градуировки датчиков давления в полевых условиях непосредственно перед проведением физических экспериментов, связанных с измерением давления во фронте ВУВ. Для снижения погрешностей датчиков давления, вызванных условиями эксперимента, наиболее часто проводится их градуировка в полевых условиях подрывом заряда ВВ. Формируемую подрывом заряда ВВ ударную волну, используемую для градуировки датчиков давления, обычно называют градуировочной ВУВ. Этот метод градуировки позволяет обеспечить наибольшее соответствие параметров градуировочной ВУВ реальным условиям измерения.

Известен способ градуировки датчиков давления, базирующийся на использовании зависимости давления во фронте воздушной ударной волны от скорости ее распространения (Полуэктов Ю.Н., Мясников О.А. Отечественные и зарубежные методы градуировки средств измерений параметров воздушных ударных волн (обзор). ЦНИИНТИ, 1984, с. 35; Садовский М.А. Геофизика и физика взрыва. М.: Наука, 1999, с. 9-15). В данном способе скорость фронта ВУВ в точке расположения датчика определяют путем измерения интервала времени, в течение которого фронт ВУВ проходит строго фиксированное расстояние. По полученному значению скорости, используя известные соотношения газодинамики, рассчитывают избыточное давление Δpф во фронте ВУВ, воздействующее на датчик. Затем по соотношению амплитуды выходного электрического сигнала датчика и значению воздействующего на него избыточного давления определяют коэффициент преобразования датчика. Недостатком данного способа градуировки является невысокая точность, вызванная в основном методической ошибкой в определении Δpф, которая достигает величины ±20% в области давлений 20≥Δpф≥1 кг/см2 (Садовский М.А. Геофизика и физика взрыва. М.: Наука, 1999, с. 15).

Более высокую точность, по сравнению с перечисленными способами, дает способ градуировки и испытаний датчиков давления путем воздействия на них столба жидкости (патент №2480725). Градуировку низкочувствительного датчика в рассматриваемом способе осуществляют поэтапно с использованием эталонного высокочувствительного датчика. При этом камеру с жидкостью и помещенным в нее эталонным высокочувствительным датчиком давления сбрасывают на подстилающую поверхность с заданной жесткостью. Амплитуду давления удара определяют по установленной зависимости через калиброванный (образцовый) скачок гидростатического давления. Затем, не меняя высоты сброса камеры, определяют датчик с наименьшей чувствительностью, который может быть отградуирован предлагаемым способом с приемлемой точностью. Увеличивая высоту сброса и жесткость подстилающей поверхности, за несколько циклов осуществляют его градуировку. Несмотря на расширенный диапазон измеряемых давлений и более высокую точность измерений, реализация такого способа на практике является технически более сложной задачей.

Известен также способ калибровки датчиков импульсного давления и проверки их работоспособности (патент №2469284), обеспечивающий повышение энергетической эффективности и производительности процесса калибровки. Этот способ основан на сравнении показания калибруемого датчика с амплитудой давления воздействующей на него сферической ударной волны, формируемой лазерным пробоем воздуха, что существенно усложняет и повышает затраты на проведение калибровочного эксперимента.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, следует считать способ градуировки датчиков давления с помощью взрыва эталонного заряда взрывчатого вещества (Полуэктов Ю.Н., Мясников О.А. Отечественные и зарубежные методы градуировки средств измерений параметров воздушных ударных волн (обзор). ЦНИИНТИ, 1984, с. 33). Сущность данного способа градуировки заключается в том, что эталонный сферический заряд взрывчатого вещества (ВВ) с известной массой, плотностью и удельной энергией подрывают на строго фиксированном расстоянии датчика давления, регистрируют электрический сигнал u(t) выхода датчика, возникающий под действием давления во фронте падающей ВУВ, и измеряют его амплитуду U. Затем по известным значениям массы, плотности, удельной энергии заряда ВВ и расстоянию от центра взрыва до градуируемого датчика, с использованием эмпирических формул М.А. Садовского рассчитывают величину избыточного давления Δpф во фронте ВУВ. Коэффициент преобразования датчика определяют из соотношения:

Недостатком данного способа градуировки является невысокая точность, обусловленная тем, что точность формул М.А. Садовского в определении давления по разным источникам не превышает 15-30% (Гельфанд Б.Е., Сильников М.В. Фугасные эффекты взрывов. - СПб.: ООО «Издательство «Полигон», 2002, с. 41). Вызвано этот тем, что эмпирические коэффициенты в данных формулах получены для стандартных атмосферных условий и неизвестна их зависимость от состояния атмосферы. Кроме того, они не учитывают химические потери, вызванные неполным разложением поверхностных слоем заряда ВВ.

Задачей технического решения является разработка способа, направленного на повышение точности градуировки датчиков давления ВУВ.

Поставленная задача решается благодаря тому, что непосредственно за градуируемым датчиком давления, на расстоянии соизмеримом с продольным размером его чувствительного элемента, устанавливают ориентированную нормально на центр взрыва плоскую жесткую преграду (фиг. 1), а избыточное давление во фронте падающей градуировочной ВУВ Δpф определяют расчетным путем через коэффициент отражения как отношение

амплитуд U2 и U1 зарегистрированного датчиком сигнала u(t), которые соответствуют избыточным давлениям во фронте отраженной от преграды и падающей волн. Такое техническое решение обеспечивает исключение погрешностей в определении избыточного давления, вызванных условиями подрыва заряда (наземный или воздушный взрыв), химическими потерями, состоянием атмосферы и точностью измерения расстояния от датчика до центра взрыва.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, на которых:

Фиг. 1 схематично иллюстрирует постановку эксперимента, реализующего способ осуществления градуировки датчиков давления ВУВ;

Фиг. 2 иллюстрирует качественный вид зависимости изменения давления P(t) от времени t, соответствующий зарегистрированному датчиком сигналу u(t).

Заявляемый способ базируется на соотношении для расчета давления во фронте ВУВ, нормально отраженной от абсолютно жесткой преграды, известном в теории ударных волн как формула Измайлова-Крюссара (Яковлев Ю.С. Гидродинамика взрыва. Л.: Судпромгиз, 1961, с. 89):

где Δpотр - избыточное давление во фронте отраженной ВУВ;

Δpф - избыточное давление во фронте падающей (прямой) ВУВ;

p0 - атмосферное давление.

Из соотношения (3) следует:

где - коэффициент отражения.

Приведенными зависимостями можно пользоваться с приемлемой для практики точностью при Δрф≤40 кгс/см2 (Яковлев Ю.С. Гидродинамика взрыва. Л.: Судпромгиз, 1961, с. 90).

Градуировку датчика заявленным способом производят в следующей последовательности. Заряд ВВ 3, размещенный на подставке 4, и датчик давления 1 устанавливают на некотором расстоянии друг от друга. Непосредственно перед датчиком давления, на расстоянии, соизмеримом с продольным размером его чувствительного элемента, размещают жесткую преграду 2, нормально ориентированную на центр взрыва. Измеряют барометром атмосферное давление p0 и производят подрыв заряда ВВ. Возникшая при взрыве заряда ВУВ через некоторое время достигает датчика давления и воздействует на чувствительный элемент. Распространяясь далее, ВУВ достигает преграды, отражается от нее и, двигаясь в обратном направлении, вновь воздействует на чувствительный элемент датчика. На выходе датчика появляется сигнал u(t), который записывается регистрирующим устройством 5. Измерив амплитуды U1 и U2 выходного сигнала u(t), соответствующие избыточным давлениям во фронте Δрф и Δротр падающей и отраженной от преграды волн, определяют коэффициент отражения kотр=Δротр/Δрф=U2/U1. Затем по формуле (4) определяют избыточное давление Δрф во фронте падающей ВУВ и по формуле

рассчитывают коэффициент преобразования (1) датчика.

Меняя расстояние между зарядом ВВ и точкой установки датчика или массу заряда ВВ осуществляют градуировку датчика в определенном диапазоне давлений.

Параметры Δрф и Δротр падающей и отраженной ВУВ, пропорциональные амплитудам U1 и U2 регистрируемого сигнала u(t), иллюстрирует представленная на фиг. 2 зависимость P(t) изменения давления от времени.

Способ градуировки датчиков давления воздушной ударной волны, включающий воздействие на датчик градуировочной воздушной ударной волны (ВУВ), образованной подрывом заряда взрывчатого вещества, измерение амплитуд выходного сигнала датчика, определение избыточного давления во фронте градуировочной ВУВ и расчет коэффициента преобразования датчика, отличающийся тем, что непосредственно за градуируемым датчиком давления, на расстоянии, соизмеримом с продольным размером его чувствительного элемента, устанавливают ориентированную нормально на центр взрыва плоскую жесткую преграду, а избыточное давление во фронте падающей градуировочной ВУВ определяют через отношение амплитуд U2 и U1 зарегистрированного датчиком сигнала отраженной от преграды и падающей волн из соотношения:

где p0 - атмосферное давление.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к калибровке датчиков импульсного давления методом создания импульсного давления в гидравлической камере.

Настоящее изобретение относится к прикладной метрологии и может быть использовано для экспериментальной отработки конструкций волоконно-оптических датчиков давления для ракетно-космической и авиационной техники.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для проверки работоспособности тонометров содержит тонкостенный цилиндр (1), имеющий диаметр, близкий к диаметру руки человека.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при тарировке измерительных приборов, в т.ч. малого дифференциального давления, в частности измерительные манометры и измерительные преобразователи давления.

Изобретение относится к калибровочному оборудованию, в частности к устройствам создания гидравлического давления, предназначенным для оперативной поверки средств измерения давления и их калибровки.

Группа изобретений относится к метрологическому оборудованию обеспечения приборов и может применяться для автоматизации процедуры калибровки и поверки приборов, а также для точного поддержания давления в небольшой емкости.

Изобретение относится к калибровочному оборудованию, предназначенному для оперативной поверки средств измерения давления и их калибровки. .

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к способам градуировки и испытаний датчиков давления путем воздействия на них столба жидкости. .

Изобретение относится к технологии изготовления тензорезисторных датчиков давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем. .

Изобретение относится к области техники измерения импульсных давлений и может найти широкое применение для калибровки различного типа датчиков импульсного давления, а также для проверки и установления их работоспособности.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для поверки и калибровки датчиков давлений. Стенд для поверки и калибровки датчиков давления содержит коллектор для подключения образцового и поверяемых датчиков давления, устройство для создания давления, соединенное пневматической магистралью с коллектором, и измеритель-калибратор давления, включающий вычислительно-управляющее устройство, блок индикации и блок печати. Коллектор дополнительно содержит запорную арматуру, установленную перед каждым датчиком давления. Измеритель-калибратор давления дополнительно содержит блок высокоточного преобразования унифицированных токовых выходных сигналов в универсальный интерфейс передачи данных и блок преобразования цифрового сигнала в универсальный интерфейс передачи данных, соединенные с вычислительно-управляющим устройством. Поверяемые датчики давления подключены к блоку высокоточного преобразования унифицированных токовых выходных сигналов в универсальный интерфейс передачи данных, а образцовый датчик подключен к блоку преобразования цифрового сигнала в универсальный интерфейс передачи данных. Техническим результатом изобретения является расширение технических возможностей, конструктивная простота, удобство эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для калибровки средств измерительной техники. Техническим результатом изобретения является расширение метрологических возможностей за счет повышения на порядок уровня калиброванного (образцового) по амплитуде скачка давления до атмосферного давления (105 Па), повышения точности калибровки датчиков динамического давления и сокращения времени на проведение градуировочных испытаний. Калиброванный по амплитуде скачок давления получают при продольном ударе сверху по торцу сосуда с водой, установленного вертикально с возможностью свободного перемещения в продольном направлении, в результате которого у дна сосуда, где помещен датчик давления, возникает кавитационный разрыв водной среды, вызванный ускоренным смещением стенок сосуда относительно инерционно неподвижной воды. Сила продольного удара должна соответствовать смещению стенок сосуда с ускорением а>9,8 м/с2. Уровнем заполнения сосуда водой задают значение Рг гидростатической составляющей давления столба жидкости в сосуде, устанавливая, таким образом, диапазон амплитуд Рк=-(Ра+Рг) испытательного давления. Обеспечивает получение стабильных калибровочных скачков давления с амплитудой Рк≥105 Па. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области измерения давления. Сущность изобретения заключается в том, что манометр абсолютного давления содержит электронные силоизмерительные и силокомпенсирующие устройства, поршневую пару, образованную структурно-сопряженными магнетиками, разъединяющую объемы вакуумной (сравнительной) камеры от объема измерительной камеры, пневмолинии которых могут селективно подключаться к пневмомагистралям технических средств создания вакуума, давления или нормализованного воздуха атмосферы путем программного переключения э/м клапанов распределительного коммутатора, при этом супермагнетик («магнитная жидкость) в ССМ покрыт тонким слоем галинстана - жидкого металлического сплава галлия, индия и олова, магнитопровод ССМ выполнен из магнитострикционного материала (МСМ) или, если он таковым не являлся, дополнен включением МСМ в его структуру, используется как ультразвуковой магнитостриктор путем размещения на нем катушки возбуждения, соединенной с ВЧ генератором гармонических колебаний, оболочка вакуумной камеры, при большом объеме, покрыта с внешней стороны резистивной проводящей пленкой, кратковременно подключаемой в режиме создания в ней вакуума к источнику электропитания; при малых объемах оболочки она подвергается кратковременному прогреву внешними источниками интенсивного оптического излучения. Технический результат - расширение диапазона измерения в области высокого вакуума и повышение точности измерений. 9 ил., 6 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионного измерения давления на основе тензомостового интегрального преобразователя давления в широком диапазоне рабочих температур. Предложен способ измерения давления и калибровки, в котором калибровку аддитивной и мультипликативной температурной погрешностей проводят при непрерывном измерении напряжений с диагоналей тензомоста отдельно для минимального и максимального значения давления при изменении температуры от минимальной до максимальной рабочей температуры и обратно, а нелинейность преобразователя от давления оценивают при изменении давления в НУ и крайних точках рабочих температур. Давление вычисляют по коэффициентам, рассчитанным при калибровке, путем последовательной компенсации аддитивной и мультипликативной температурной погрешностей, а также нелинейности преобразователя от давления. Технический результат - повышение точности измерений за счет компенсации аддитивной, мультипликативной погрешностей и нелинейности тензомостового интегрального преобразователя давления во всем диапазоне изменения рабочих температур и давления при сокращении времени и трудоемкости калибровки. 4 ил.

Настоящее изобретение относится к системам контроля и управления промышленными процессами. Преобразователь содержит пьезоэлектрический преобразователь, содержащий первую клемму и вторую клемму; схему нормального режима работы для эксплуатации пьезоэлектрического преобразователя при нормальном режиме работы; схему самопроверки для подачи зарядного тока на пьезоэлектрический преобразователь при диагностическом режиме самопроверки и образования контрольного сигнала как функции от напряжения на пьезоэлектрическом преобразователе, обусловленного зарядным током. Причем схема самопроверки содержит: резистор для подачи зарядного тока на первую клемму пьезоэлектрического преобразователя через резистор; и схему переключения для отключения схемы нормального режима для соединения резистора с первой клеммой пьезоэлектрического преобразователя и для соединения второй клеммы с землей при диагностическом режиме самопроверки. При этом схема самопроверки замеряет напряжение на пьезоэлектрическом преобразователе в течение определенного периода времени после подачи зарядного тока на пьезоэлектрический преобразователь и, если напряжение на пьезоэлектрическом преобразователе представляет собой RC зарядную кривую стандартного емкостного соединения на основе замеренного напряжения, имеющего значение между первым пороговым значением и вторым пороговым значением, схема самопроверки подает проверочный сигнал, который указывает на нормальное состояние. Технический результат заключается в возможности осуществления самопроверки. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх