УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ДАТЧИКОВ ДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01L27/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, конкретно к устройствам для оценки работоспособности и тестирования без демонтажа с испытательных площадок датчиков высокого импульсного давления, и может быть использовано для метрологического обеспечения при проведении полигонных испытаний различных взрывчатых материалов и изделий на их основе - опытных и серийных образцов артиллерийских и инженерных боеприпасов, а также боевых частей ракет.

Известно устройство для калибровки датчиков высокого давления /1/, выполненное в виде ударной трубы постоянного четырехугольного сечения, содержащей соответственно камеры высокого и низкого давления, заполненные рабочим газом и разделенные разрывной диафрагмой. Камера низкого давления, не имея выхода в атмосферу, ограничена торцовой стенкой, выполненной из двух пластин, образующих вогнутый двугранный угол. Гнездо (отверстие) для размещения эталонного датчика размещено на стенке камеры низкого давления, а для калибруемого - на пластине двугранного угла. Калибровку испытуемого датчика предложено осуществлять по теоретической зависимости, с учетом величины давления, регистрируемого эталонным датчиком, а также геометрических характеристик торцовой стенки камеры и мест расположения датчиков.

Предложенная конструкция, а также осуществляемый ей способ измерения давления генерируемой ударной волны калибруемым датчиком, имеют ряд недостатков:

1) Относительная сложность конструкции и эксплуатации, определяемые необходимостью наличия камеры высокого давления и разделительной разрывной диафрагмы, а также потребностью в источнике высокого давления.

2) В силу конструктивных особенностей необходимость снятия контролируемого датчика с измерительного луча испытательной площадки, а отсюда - возможность применения устройства только в стационарных лабораторных условиях.

3) Нагружение эталонного и тестируемого датчиков ударными волнами различной интенсивности, что требует выполнения дополнительных математических вычислений, причем не учитывающих дифракционных и интерференционных эффектов, определяемых взаимоположением датчиков и конструкцией торцевой стенки камеры низкого давления.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является конструктивно пригодное для тестирования датчиков давления ударной волны устройство /2/, выполненное в виде ударной трубы, содержащей расширяющуюся полость, имеющую свободный выход в атмосферу, сообщающийся с ее узкой частью через полые каналы источник высокого давления - генератор ударной волны в виде камеры с размещаемым в ней зарядом взрывчатого вещества, и гнездо для установки датчика давления ударной волны, расположенное на стенке полости на выбранном расстоянии от указанного заряда.

Однако, данная конструкция устройства также не лишена отдельных недостатков:

1) Коническое исполнение полости устройства увеличивает его габариты, а также затрудняет возможность стыковки с тестируемым датчиком давления, расположенным на измерительном луче испытательной площадке.

2) В конструкции не предусмотрено размещение на стенках полости гнезд для одновременного размещения эталонного и тестируемого датчиков.

3) Использование в качестве источника высокого давления - генератора ударной волны заряда бризантного взрывчатого вещества несет повышенную опасность применения устройства.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков устройства прототипа, в первую очередь - обеспечение возможности тестирования датчиков высокого импульсного давления без их демонтажа с испытательных площадок, при одновременном повышении уровня безопасности процесса производимых измерений.

Решение задачи достигается тем, что в известном устройстве для тестирования датчиков динамического давления, выполненном с корпусом в виде ударной трубы, содержащей расширяющуюся измерительную полость, имеющую свободный выход в атмосферу, сообщающийся с ее узкой частью через полый канал источник высокого давления - генератор ударной волны в виде камеры с размещаемым в ней зарядом взрывчатого вещества, и гнезда для установки датчиков давления ударной волны, расположенные на стенах полости на выбранном расстоянии от указанного заряда, в соответствии с изобретением измерительная полость выполнена в форме прямой 4-х угольной призмы с основаниями в виде равнобедренных трапеций, имеющей свободный выход в атмосферу со стороны больших оснований трапеций, в качестве генератора ударной волны использован инициирующий волновод, устанавливаемый в зарядной камере, размещенной по горизонтальной оси симметрии измерительной полости со стороны ее меньшей грани, полость зарядной камеры выполнена цилиндрической с диаметром равным диаметру волновода, и соединенной с измерительной полостью каналом цилиндрического сечения диаметром равным диаметру канала волновода, а гнезда для установки датчиков выполнены в виде отверстий, снабженных соответствующими элементами фиксации, и размещены по осям трапеций-оснований призмы друг напротив друга, верхнее - для эталонного, нижнее - для тестируемого.

Представленные основные отличительные признаки предложенного устройства обеспечивают решение поставленной задачи следующим образом:

- выполнение измерительной полости в форме прямой 4-х угольной призмы с основаниями в виде равнобедренных трапеций, имеющей свободный выход в атмосферу со стороны больших оснований трапеций позволяет существенно уменьшить габаритные размеры устройства, и благодаря наличию плоских поверхностей, обеспечить достаточно простое его сопряжение с тестируемым датчиком, без демонтажа последнего с измерительного луча испытательной площадки;

- использование в качестве генератора ударной волны инициирующего волновода, содержащего малую навеску взрывчатого вещества (миллиграммы на метр), и обеспечивающего передачу по его каналу инициирующего импульса - ударной волны без разрушения оболочки, существенно снижает опасность применения устройства;

- исполнение полости зарядной камеры цилиндрической с диаметром равным диаметру волновода, и ее соединение с измерительной полостью каналом цилиндрического сечения диаметром равным диаметру канала волновода обеспечивают (наряду с конструктивно возможным дополнительным фиксатором) исключение «утечки» продуктов взрывного превращения заряда волновода и надежную передачу ударной волны в измерительную полость;

- выполнение гнезд для установки датчиков в виде отверстий, с соответствующими элементами фиксации, и их размещение по осям трапеций-оснований призмы друг напротив друга, верхнего - для эталонного, нижнего - для тестируемого обеспечивает как простоту «сопряжения» измерительной полости с датчиками, так и одинаковое нагружение их ударной волной.

В качестве примера изобретение иллюстрируется графической информацией:

На фиг. 1 схематически упрощенно показаны основные элементы конструкции устройства (без элементов фиксации датчиков и инициирующего волновода).

На фиг. 2 представлен продольный разрез устройства, устанавливаемого на измерительном луче испытательной площадки перед проведением тестирования отдельного датчика.

Для упрощения изображений регистрирующая аппаратура на иллюстрациях не показана.

Числовыми позициями на прилагаемых иллюстрациях обозначено:

1 - корпус устройства в виде ударной трубы;

2 - расширяющаяся полость;

3 - канал, соединяющий зарядную камеру с полостью;

4 - зарядная камера;

5 - инициирующий волновод;

6 - гнездо для установки эталонного датчика давления;

7 - гнездо для стыковки с тестируемым датчиком давления;

8 - резьбовая втулка;

9 - кольцо из эластичного материала;

10 - эталонный датчик давления;

11 - резьбовая втулка;

12 - накидная гайка;

13 - втулка из эластичного материала;

14 - нажимное кольцо;

15 - тестируемый датчик давления;

16 - монтажный стакан тестируемого датчика;

17 - грунт испытательной площадки;

18, 19 - кабельные линии к регистрирующей аппаратуре;

20 - инициирующее устройство.

Устройство для тестирования датчиков динамического давления (фиг. 1) выполнено с корпусом в виде ударной трубы 1, содержащей расширяющуюся измерительную полость 2 в форме прямой 4-х угольной призмы с основаниями в виде равнобедренных трапеций, имеющую свободный выход в атмосферу. Посредством канала 3, размещенного в узкой части полости, последняя сообщается с генератором ударной волны в виде камеры 4 с размещаемым в ней зарядом взрывчатого вещества - инициирующим волноводом 5. Диаметр канала 3 равен внутреннему диаметру канала волновода.

Гнезда для установки датчиков выполнены в виде отверстий, снабженных соответствующими элементами фиксации (фиг. 2), и размещены по осям трапеций-оснований призмы друг напротив друга, верхнее 6 - для эталонного, нижнее 7 - для тестируемого.

Работа устройства происходит следующим образом (фиг. 2).

При осуществлении тестирования датчиков давления без их демонтажа с испытательных площадок в гнездо 6 корпуса ударной трубы 1 с помощью динамометрического ключа ввинчивается эталонный датчик давления 10, подключаемый к регистрирующей аппаратуре с помощью кабельной линии 19.

Один конец отрезка волновода 5 вставляется в полость зарядной камеры 4 до сопряжения его канала с каналом 3, и фиксируется в ней посредством резьбовой втулки 8 и кольца из эластичного материала (резины) 9.

Другой конец волновода 5 насаживается на иглу разрядника инициирующего устройства 20 непосредственно перед проведением тестирования.

Гнездо 7 корпуса устройства 1 с установленной в нем резьбовой втулкой 11 сопрягается с корпусом монтажного стакана 16, находящегося в грунте испытательной площадки 17, с размещенным в нем тестируемым датчиком давления 15. Фиксация устройства на монтажном стакане осуществляется посредством накидной гайки 12, втулки из эластичного материала (резины) 13 и нажимного кольца 14. С регистрирующей аппаратурой тестируемый датчик 15 связан кабельной линией 18.

Гнезда 6 и 7 и сопутствующие им конструкции элементов фиксации эталонного 10 и тестируемого 15 датчиков обеспечивают расположение их чувствительных элементов в плоскостях параллельных граней внутренней полости 2 на одном и том же расстоянии от выходного отверстия в нее канала 3 (по сути - продолжения выходного отверстия канала волновода 5).

При приведении в действие устройства инициирования 20 в канале волновода 5 происходит электрический разряд, возбуждающий взрывное превращение пиротехнического состава с образованием сильно сжатых и нагретых газообразных продуктов взрыва. Энергия, высвобождающаяся при взрывном превращении, идет на формирование ударной волны, распространяющейся по каналу волновода 5 с постоянными амплитудой и скоростью порядка 1900 м/с.

По завершении взрывного превращения в волноводе 5 ударная волна через канал 3 распространяется внутри расширяющейся внутренней полости 2. При этом по мере удаления от выходного отверстия канала (конца волновода 5) ее амплитуда снижается из-за необратимых потерь в ударном фронте и расхождения газового потока за ним. Так, в экспериментальном образце устройства расположение установочных гнезд 6 и 7 для эталонного и тестируемого датчиков 10 и 15 было выбрано из условия обеспечения максимального избыточного давления на фронте ударной волны в зоне их действия равным 0,1 МПа.

В силу симметрии внутренней полости устройства 2 движущаяся в ударной волне воздушная среда оказывает одновременно и одинаково изменяющееся во времени давление на чувствительные элементы обоих датчиков 10 и 15, электрические сигналы с которых передаются по кабельным линиям 18, 19 и записываются средствами регистрации. Зарегистрированные сигналы сравниваются между собой, и на основе этого сравнения определяется коэффициент чувствительности тестируемого датчика давления 15, делаются выводы о его исправности или метрологическом отказе.

При воспроизведении ударно-волнового воздействия на датчики могут применяться отрезки волновода отечественной неэлектрической системы инициирования «Коршун-М» (ТУ 7287-002-79853272-2013) и устройство инициирования волновода ИВ-2АМ.

Для тестирования методом сравнения в качестве эталонного может использоваться датчик давления типа PCB Piezotronics ICP 102В18, а для измерения выходных сигналов с датчиков - средства регистрации испытательных площадок, в частности, кабельные линии, измерительно-вычислительные комплексы типа MIC-553, MIC-503, осциллограф портативный цифровой типа R&S RTH1002 или цифровой смешанных сигналов типа Tektronix MSO64B 6-BW-4000, а также иное регистрирующее оборудование, обеспечивающее проведение условия испытаний.

Таким образом, предложенная конструкция устройства имеет небольшие габариты и массу, обеспечивает проведение тестирования датчиков высокого импульсного давления, расположенных в защитных корпусах без их демонтажа с испытательных площадок, при одновременном повышении уровня безопасности процесса производимых измерений.

Источники информации, принятые во внимание при описании заявки:

1) А.с. СССР №1520371, G01L 27/00, Устройство для калибровки датчиков высокого давления, 1989.

2) Патент США US 3184955А Explosive driven conical shock tube, F42B 3/22, 1965 - прототип.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для оценки работоспособности и тестирования датчиков высокого импульсного давления. Сущность: устройство для тестирования датчиков динамического давления выполнено с корпусом в виде ударной трубы, содержащей расширяющуюся измерительную полость, имеющую свободный выход в атмосферу, сообщающийся с ее узкой частью через полый канал источник высокого давления - генератор ударной волны в виде камеры с размещаемым в ней зарядом взрывчатого вещества, и гнезда для установки датчиков давления ударной волны, расположенные на стенках полости на выбранном расстоянии от указанного заряда. Измерительная полость выполнена в форме прямой 4- угольной призмы с основаниями в виде равнобедренных трапеций, имеющей свободный выход в атмосферу со стороны больших оснований трапеций. В качестве генератора ударной волны использован инициирующий волновод, устанавливаемый в зарядной камере, размещенной по горизонтальной оси симметрии измерительной полости со стороны ее меньшей грани. Полость зарядной камеры выполнена цилиндрической с диаметром, равным диаметру волновода, и соединена с измерительной полостью каналом цилиндрического сечения диаметром, равным диаметру канала волновода. Гнезда для установки датчиков выполнены в виде отверстий, снабженных соответствующими элементами фиксации, и размещены по осям трапеций-оснований призмы напротив друг друга, верхнее - для эталонного, нижнее - для тестируемого датчика. Технический результат: обеспечение возможности тестирования датчиков без их демонтажа с испытательных площадок, повышение уровня безопасности процесса измерений. 2 ил.

Устройство для тестирования датчиков динамического давления, выполненное с корпусом в виде ударной трубы, содержащей расширяющуюся измерительную полость, имеющую свободный выход в атмосферу, сообщающийся с ее узкой частью через полый канал источник высокого давления - генератор ударной волны в виде камеры с размещаемым в ней зарядом взрывчатого вещества и гнезда для установки датчиков давления ударной волны, расположенные на стенках полости на выбранном расстоянии от указанного заряда, отличающееся тем, что измерительная полость выполнена в форме прямой 4-угольной призмы с основаниями в виде равнобедренных трапеций, имеющей свободный выход в атмосферу со стороны больших оснований трапеций, в качестве генератора ударной волны использован инициирующий волновод, устанавливаемый в зарядной камере, размещенной по горизонтальной оси симметрии измерительной полости со стороны ее меньшей грани, полость зарядной камеры выполнена цилиндрической с диаметром, равным диаметру волновода, и соединена с измерительной полостью каналом цилиндрического сечения диаметром, равным диаметру канала волновода, а гнезда для установки датчиков выполнены в виде отверстий, снабженных соответствующими элементами фиксации, и размещены по осям трапеций-оснований призмы напротив друг друга, верхнее - для эталонного, нижнее - для тестируемого датчика.