ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОГИБА МЕМБРАНЫ ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕЕ НАСТРОЙКИ Российский патент 2015 года по МПК G01L27/00 

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

Известна установка для юстировки и экспериментальных исследований волоконно-оптических датчиков, содержащая устройство юстировки, представляющее собой зубчатые сектора, закрепленные на котировочных винтах, рабочий стол, на который устанавливается волоконно-оптический датчик с помощью винтов, контрольно-измерительное устройство в виде цифрового микроскопа, оптическая ось объектива которого совмещена с оптической осью оптического модулирующего элемента, и оптический тестер [патент на полезную модель RU 125686].

Данная установка не может быть применена для экспериментального определения прогиба мембраны волоконно-оптических датчиков давления, так как предназначена для юстировки оптической системы датчиков.

Известна силоизмерительная гидравлическая образцовая установка, содержащая основание, на котором последовательно расположены основное нагружающее устройство, образцовый силоизмерительный датчик на большие нагрузки, грузоприемная платформа для поверяемого силоизмерительного датчика, на нижней траверсе расположено дополнительное нагружающее устройство, внутри которого находится образцовый силоизмерительный датчик на малые нагрузки. Основное и дополнительное нагружающие устройства выполнены в виде гидроцилиндра, в котором поршень отделен от основания цилиндра эластичной мембраной [патент RU 2265813. Установка силоизмерительная гидравлическая образцовая].

Данная установка не может быть применена для экспериментального определения прогиба мембраны волоконно-оптических датчиков давления, так как предназначена для поверки полностью собранных датчиков силы.

Известно устройство для поверки датчика силы, содержащее машину с образцовым силоизмерителем, жестко закрепленным на неподвижной траверсе машины, нагрузочное устройств с подвижным штоком, поверяемый датчик силы, между поверяемым датчиком силы и образцовым силоизмерителем установлен гидроцилиндр, штоковая полость которого заполнена рабочей жидкостью до упора поршня в днище гидроцилиндра и герметично закрыта [патент RU 123144. Устройство для поверки датчика силы].

Данное устройство не может быть применено для экспериментального определения прогиба мембраны волоконно-оптических датчиков давления, так как предназначено для поверки полностью собранных датчиков силы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и снижение себестоимости волоконно-оптических датчиков (давления, силы, деформации и пр.) на этапе экспериментальной отработки новых конструктивных исполнений датчиков.

Указанный технический результат достигается тем, что в измерительной установке для определения прогиба мембраны, состоящей из устройства воспроизведения давления, исследуемого датчика с мембраной, новым является то, что на центр мембраны нанесена метка, датчик закреплен в отверстии массивного основания, перпендикулярно поверхности которого установлена стойка с неподвижно закрепленной державкой, состоящей из нижней части и верхней части, имеющей возможность смещения относительно нижней части державки, соединенных между собой неподвижно, в верхней части державки крепится неподвижно индикатор часового типа таким образом, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью исследуемого датчика и центром мембраны, для подачи среды, давление которой измеряется, в основании предусмотрено отверстие для крепления устройства подачи давления, соединенного с устройством воспроизведения давления, причем отверстия для крепления датчика и устройства подачи давления соединены между собой сквозным отверстием.

На фигуре 1 приведена конструктивная схема предлагаемой экспериментальной установки.

Измерительная установка для снятия экспериментальных зависимостей состоит из устройства воспроизведения давления 1, стойки 2, установленной на массивном основании 3, индикатора часового типа (ИЧТ) 4, исследуемого датчика 5 с мембраной 6, прогиб которой необходимо определить (фигура 1).

Стойка 2 установлена перпендикулярно поверхности массивной плиты 3. На стойке 2 закреплена державка 7, состоящая из нижней части 8 и верхней части 9, имеющей возможность смещения относительно нижней части державки. Верхняя 9 и нижняя 8 части державки 7 соединены между собой неподвижно, например, с помощью болтового соединения 10.

В верхней части 9 державки 7 крепится неподвижно индикатор часового типа 4 таким образом, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью исследуемого датчика 5.

Датчик 5 крепится неподвижно, например, с помощью резьбового соединения в отверстии 11 в основании 3.

Для подачи среды, давление которой измеряется, в основании 3 предусмотрено отверстие 12 для крепления устройства подачи давления 13, например кабеля пневматического для подачи измеряемой среды, соединенного с устройством воспроизведения давления 1.

Отверстия 11 и 12 соединены между собой сквозным отверстием 14.

Для воспроизведения давления используется устройство воспроизведения давления 1, например поверочный калибратор давления Метран-ПКД-10 ТУ 4212-002-36897690-98, включающий: электронный блок индикации (ЭБИ) 15, внешний модуль давления 16, источник создания давления 17 (помпа ручная пневматическая), кабель электрический для подключения к сети 18 и кабель пневматический для подачи измеряемой среды 13, давление которой измеряется.

С помощью устройство воспроизведения давления 1 воспроизводится давление Р в заданном диапазоне измерения (например, 0,1…25 кгс/см² с шагом 2,5 кгс/см²), которое по пневматическому кабелю передается на мембрану 6. Прогиб W центра мембраны 6 измеряется с помощью индикатора часового типа 4. По результатам измерений строится экспериментальная зависимость W_эксп=f(P), которая сравнивается с расчетной зависимостью W_расч=f(P), которая определяется, например, по формуле (1)

где W_max - максимальный прогиб мембраны под действием давления, мкм;

R_м, h - радиус и толщина мембраны, мм;

Е - модуль упругости материала мембраны, Н/мм²;

µ - коэффициент Пуассона материала мембраны [Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под редакцией Е.П. Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979].

При степени совпадения результатов расчета и эксперимента до 90% расчетные параметры механической преобразующей системы принимаются окончательно и закладываются в конструкцию ВОДРД. В противном случае необходимо уточнить параметры механической преобразующей системы и повторить эксперимент.

Для того чтобы измерительная установка 1 обеспечивала высокую точность измерения прогиба мембраны 6, необходимо осуществить ее настройку в соответствии с предлагаемым способом настройки, который заключается в том, что датчик давления 5 жестко закрепляют в массивном основании 3, индикатор часового типа 4 неподвижно закрепляют в верхней части державки 9, в котором новым является то, что на центр мембраны 6 наносят метку 19, перемещают верхнюю часть державки 9 относительно нижней части державки 8 до момента соприкосновения штока ИЧТ 4 с центром мембраны 6, при этом показание ИЧТ 4 должно быть равно нулю.

Технический результат предлагаемого изобретения следующий.

Предложенная установка снижает материальные и временные затраты на процедуры юстировки и настройки датчиков давления на порядок в сравнении с известными методиками доводки конструктивно-технологических параметров в процессе изготовления волоконно-оптических датчиков давления за счет исключения из процесса предварительной настройки оптической системы, включающей волоконно-оптический кабель.

Предложенный способ настройки установки повышает точность измерения прогиба мембраны и, соответственно, снижет погрешности датчика давления.

Настоящее изобретение относится к прикладной метрологии и может быть использовано для экспериментальной отработки конструкций волоконно-оптических датчиков давления для ракетно-космической и авиационной техники. На центр мембраны нанесена метка. Датчик закреплен в отверстии массивного основания, перпендикулярно поверхности которого установлена стойка с неподвижно закрепленной державкой, состоящей из нижней части и верхней части, соединенных между собой неподвижно. В верхней части державки крепится неподвижно индикатор часового типа таким образом, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью исследуемого датчика и центром мембраны. В основании находится отверстие для крепления устройства подачи давления, причем отверстия для крепления датчика и устройства подачи давления соединены между собой сквозным отверстием. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения прогиба мембраны и снижение погрешности датчика давления. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Измерительная установка для определения прогиба мембраны, состоящая из устройства воспроизведения давления, исследуемого датчика с мембраной, отличающаяся тем, что на центр мембраны нанесена метка, датчик закреплен в отверстии массивного основания, перпендикулярно поверхности которого установлена стойка с неподвижно закрепленной державкой, состоящей из нижней части и верхней части, имеющей возможность смещения относительно нижней части державки, соединенных между собой неподвижно, в верхней части державки крепится неподвижно индикатор часового типа таким образом, чтобы его продольная ось совпадала с продольной осью исследуемого датчика и центром мембраны, для подачи среды, давление которой измеряется, в основании предусмотрено отверстие для крепления устройства подачи давления, соединенного с устройством воспроизведения давления, причем отверстия для крепления датчика и устройства подачи давления соединены между собой сквозным отверстием.

2. Способ настройки измерительной установки для определения прогиба мембраны, заключающийся в том, что датчик давления жестко закрепляют в массивном основании, индикатор часового типа неподвижно закрепляют в верхней части державки, установленной на штативе, жестко закрепленном в основании, отличающийся тем, что на центр мембраны наносят метку, перемещают верхнюю часть державки относительно нижней части державки до момента соприкосновения штока индикатора часового типа с центром мембраны, при этом показание индикатора часового типа должно быть равно нулю.