Емкостной датчик мгновенной скорости движения проводящей поверхности
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИ
ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и «о е, .а f,l Q4
f657348 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 2209.75 (21) 2174459/18-1 с присоединением заявки И (23) Приоритет
Опубликовано 15.04.79. Бюллетень М
Дата опубликования описания 2004
)м.кГ
G 01 P 3/50
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
) УДК 531 767 (088. 8) (72) Авторы изобретении
В.Д.Садунов и Е.З.Новицкий (71) Заявитель (54) ЕМКОСТНОЙ ДАТЧИК МГНОВЕННОЙ СКОРОСТИ
ДВИЖЕНИЯ ПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
Изобретение относится к области измерения параметров движения и может найти применение при исследовании некоторых переходных процессов в газодинамике сплошных сред.
Известный датчик скорости движения объекта (1), содержащий емкостной преобразователь, не позволяет получить информацию о мгновенной скорости.
Известен также емкостной датчик мгновенной скорости движущейся поверхности, наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению (2), у которого одной обкладкой является сама контролируемая поверхность, а вторая выполнена в виде пластины-зонда.
Однако такой датчик имеет следующие недостатки.
Измеряемая скорость не должна, превышать 2-3 км/с, при больших ее значениях за фронтом воздушной ударной волны, распространяющейся перед движущейся поверхностью, возникает электропроводность, искажающая результаты измерения скорости.
Для исключения влияния краевых эффектов при возрастании базы измерения скорости движущейся поверхности пропорционально должен возрастать и размер электродов конденсата С, что часто связано с большими практическими трудностями.
Разрешающая способность датчика, как правило, позволяет уверенно регистрировать лишь 2-3 первых скачка скорости движущейся поверхности, ® поскольку величина напряжения, соответствующего каждому последующему скачку, быстро нарастает и регистри,руемый сигнал выходит за пределы установленной чувствительности при® бора.
Цель изобретения — повышение разрешающей способности и расширение диапазона измеряемых скоростей. э
Это достигается тем, что s предлагаемом датчике пластина-зонд уложена вместе с дополнительной пластиной из диэлектрика непосредственно на контй5 ролируемую поверхность| причем дополнительная пластина расположена между пластиной-зондом и проводящей поверхностью и выполнена из материала с мейьшей акустической жесткостью, 8О чем у материала пластины-зонда и б57348
Формула изобретения контролируемого объекта, а ее размеоы выбраны из соотношений:
40 П, Й„О,гт„Ч П ь АТОС Т З-, где h — толщина диэлектрической
И пластины; 5
hg — толщина пластины-зонда;
D — диаметр диэлектрической
tl пластины;
0 — диаметр пластины-зонда;
Т вЂ” время движения с постоянной скоростью поверхности исследуемого тела;
Т вЂ” время измерения скорости;
Рз — плотность материала пластины-зонда;
p — плотность материала диэлектП рической пластины
Со - скорость звука в воздухе;
U> — скорость ударной волны в пластине из диэлектрика.
iia фиг. 1 представлена электричес-20 кая схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 — взаимное расположение пластин и контролируемой поверхности во время измерения.
Датчик состоит из пластины-зонда 25
1, пластины из диэлектрика 2 и проводящей поверхности 3, которая является второй обкладкой и скорость которой измеряют.
За счет того, что в начальные мо- 30 менты времени после откола диэлектрической пластины пластина-зонд движется со скоростью Ч„, а поверхность исследуемой пластины с V(t) (Чо, емкость конденсатора, образованного этими пластинами, начинает изменяться. Поскольку этот конденсатор включен в цепь источника электродвижущей силы Е, то при изменении его емкости в электрической цепи начинает протекать электрический ток Э(т), а на вход осциллографа с сопротивления
Вы начинает поступать электрическое напряжение Чв (1), несущее информацию о движении обкладок конденсатора.
Рассмотрим электрическую цепь ем- 45 костного. датчика
ЧВ„= (C id%), Рассмотрим случай плоского конден-. сатора, одна из обкладок которого 50 движется со скоростью Чо (пластиназонд), а другая (поверхность исследуемой пластины) — со скоростью V(t) .
Емкость конденсатора
55 где ЪЧ=ЧИ)-Чо, с6 Gо86 Х = <о с — относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектриА ческой пластинки, 6 о — диэлектрическая проницаемость вакуума; Хд- рас-— стояние между обкладками конденсатбра (толщина диэлектрической пластинки), S — площадь пластинки.
Решая это уравнение относительно
j @Vdt и дифференцируя, получим о
ЬЧ()=СС ()СIg<) Опуская промежуточные выкладки, приняв () "ex +) + sxE
-г ь ч ю = z(+) (x + Хирн) о
И, наконец, заменяя дЧ() на
V(t)-Ч„, получим
VH, =Чо+ Z(+.)(X о + ГZ(+)861 о
Важной особенностью рассматриваемого датчика является то, что в течение некоторого времени после отрыва между двумя движущимися поверхностями нет воздуха, поскольку его движение от периферии пластины к ее центру происходит с конечной скоростью.
Если диаметры пластины-зонда и пластины из диэлектрика выбраны из соотношения
2h>qO СТФЭЪ. где Т вЂ” полное время йзмерения скорости V(t)> р и Π— диаметры пластины и
t1 зонда соответственно, то в течение времени измерения в межэлектродном пространстве сохраняется вакуум и ограничение, накладываемое на величи- ну измеряемой скорости будет ликвидировано.
Для определения скорости движения поверхности V(t) необходимо знать скорость Vð движения отлетающей пластины из диэлектрика, которая заранее неизвестна и требует специального определения. В случае, когда ударные адиабаты материала исследуемого тела и материала пластины известны, возможно непосредственное определение скоростей Чо и V(t) на начальном участке их движения. После чего дальнейший расчет скорости V(t) производится по формуле
v(+) -м +2()(х + z(+)a<)
Если одна из двух адиабат или обе неизвестны, то необходимую для расчетов постоянную скорость отлетевшего электрода следует определять экспериментально каким-либо другим способом, например путем контактных измерений.
Емкостной датчик мгновенной скорости движения проводящей поверхности, одной из обкладок которого является сама контролируемая поверхность, а вторая выполнена в виде пластины657348
Составитель В.Назарова Техред М.Петко Корректор A Гриценко Редактор И.Шубина Эаказ 1784/43 Тираж 1089 Подписное ЦИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4 зонда, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и разрешения диапазона измеряемых скоростей, пластина-зонд уложена вместе с дополнительной пластиной из диэлектрика непосредственно на контролируемую поверхность, причем дополнительная пластина расположена между пластиной-зондом и проводящей поверхностью и выполнена из материала с меньшей акустической жесткостью, чем у материала пластинызонда и контролируемого объекта, а ее размеры выбраны из соотношений У . 10 И « Ь 0,2Т„ч „ Г 2, ><ОС Т+2 где h — толщина диэлектрической П пластины; р — диаметр диэлектрической пластины; h — толщина пластины-зонда; D — диаметр пластины-зонда; Т вЂ” время измерения скорости; T — время движения с постоянной 5 скоростью проводящей поверхности; Я„ — плотность материала диэлектрической пластины; — плотность материала пласти- ны-зонда; 10 С вЂ” скорость звука в воздухе; Ч„ — скорость ударной волны в пластине из диэлектрика. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 15 1. Авторское свидетельство СССР 9331314 кл. G 01 Р 3/64, 1970. 2. Журнал Приборы и техника эксперимента, 91. 1963, с. 135-138.
