Способ динамической градуировки преобразователей давления в ударной трубе и устройство для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК G01L27/00 

2. Устройство для динамической , градуировки преобразователей давле-. ния, содержащее камеру высокого дав ления, .отделенную первой диафрагмой от камеры низкого давления, переход дящей в измерительный отсек с гне дом для крепления градуируемого преобразователя давления, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности градуировки, оно снабжено камерой пониженного давления, дополнительной управляемой диафрагмой, устройством задержки раскрытия {дополнительной диафрагмы и системой :измерения скорости волны разрежения в измерительном отсеке, причем дополнительная управляемая диафрагма расположена между измерительным отсеком и камерой пониженного давления

и через устройство задержки раскрытия дополнительной диафрагмы связана с первой диафрагмой, при этом расстояние Р о дополнительной управляемой диафрагмы и расстояние от первой диафрагмы до гнезда крепления градуируемого преобразователя связаны следующим соотношением:

|2 . +(l,2-2)t-T,

с и

где и - заданная скорость ударной волны;

с - заданная скорость волны разрежения;

t - длительность рабочего потока;

Т - время задержки раскрытия дополнительной управляемой диафрагмы.

Изобретение Относится к приборостроению, в частности к способам для динамической градуировки измерительных преобразователей (ИП) в ударных трубах и уст ройствам для их осуществления.

Известен способ динамической градуировки преобразователей давления в ударной трубе, который состоит в наблюдении сигнала с преобразователя при ступенчатом увеличении давления.

В этом случае контролируется частотная характеристика преобразователя до очень высоких частот, ограниченных только скоростью, с которой нарастает давление.

Используют два типа нагружения. Преобразователь смонтирован на плоскости, перпендикулярной к оси трубы. В этом случае лицевая сторона преобразователя параллельна фронту ударной волны и ступенька давления прикладывается за очень короткое время, требуемое для того, чтобы фронт волны отразился от вмонтированной пластины. В большинстве случаев преобразователь монтируют в трубе сбоку и давление прикладывается, когда фронт волны пробегает всю лицевую поверхность преобразователя.

Величина давления в ударной волне определяется путем измерения скорости ударной волны. Зная скорость ударного фронта, температуру газа и давление перед ударной волной, из обычных уравнений находят перепад давления в ударной волне С 13Известно устройство для осуществления способа, содержащее камеру высокого давления (КВД), диафрагму, камеру низкого давления (КНД), изме. рительный отсек (ИО) с гнездами для измерительных преобразователей (ИП) и систему приборов для измерения начальной температуры, давления и скорости ударной волны в КНД 1.

Ь исходном состоянии камера высокого давления отделена от камеры давления диафрагмой, а газ в КВД находится под избыточным давлением по отношению к газу КНД. При разрушении диафрагмы в КНД формируется ударная волна.

Для измерения скорости звука в известной установке необходимо знать состав газа в КНД и измерять его температуру. Точное измерение температуры газа КНД представляет собой весьма сложную проблему. Температуру газа считают обычно равной температуре стенки КНД, а потому измерения сводят к измерению температуры последней. Такое допущение недостаточно оправдано, поскольку в момент прохождения ударной волны газ в КНД претерпевает кратковременный нагрев до температуры порядка 2000 К. Температура стенки ударной трубы от эксперимента к эксперименту меняется, а температура газа не успевает выравниваться. При напуске газа в ВВД из баллона со сжатым газом происходит его резкое охлаждение. Эти процессы приводят к тому, что температура га за КНД подвержена заметным колебаниям, а контролировать степень ее отличия от температуры стенки КНД н представляется возможным. Наиболее близким к изобретению п технической сущности и достигаемому эффекту -является способ, сущность которого состоит в том, что в ударную трубу, содержащую КВД и КНД, ра деленные диафрагмой, ИО, гнезда для крепления преобразователей давления введены акустическая труба-резонатор, в одном торце которой располож излучатель колебаний, а в другом приемник колебаний, форвакуумный на сос и усилитель с положительной обратной связью, причем в стенке КНД выполнено отверстие, в котором поме щена запорная игла, а в среднем сечении стенки трубы-резонатора выпол нено двадиаметральнр противоположных отверстия, одно из которых соед нено с отверстием в стенке КНД, а другое с форвакуумным насосом, при этом выход приемника колебаний соединен с входом усилителя, выход кот рого подключен к входу излучателя. В ИСХОДНОМ состоянии КВД отделена от КНД тонкой диафрагмой, а газ в КВД находится под избыточным давле нием относительно газа КНД. Запорная игла открыта, система измерения ско ройти звука включена. Включают форвакуумны й насос и про-50 изводят измерение скорости звука, что сводится к измерению с помощью измерителя частоты полуволнового резонанса трубы-резонатора, возбуждаемой генератором, если расстояние меж ду излучат елем и приемником измерено Скорость звука рассчитывается по известным формулам. 1 5 Измерив скорость звука, закрывают запорную иглу для исключения утечек волны в полость трубы-резонатора. Измеряют давление в КНД. Повышал давление в КВД, разрушают диафрагму, при этом в КНД формируется ударная волна, скорость которой измеряется 2. Однако для известного изобретения характерна недостаточная точность результатов градуировки ИП, обусловленная в первую очередь тем, что температура всего газа в ИО измеряется отбором части другую полость. В процессе перехода газа из ИО ударной трубы в полость трубы-резонатора его свойства неизбежно-изменяются. Температура ИО всегда отличается от температуры трубы-резонатора. Кроме того, измерение температуры в трубе-резонаторе заканчивается сравнительно задолго до пропускания ударной волны вдоль ИО. Целью изобретения является повышение точности градуировки измерительных преобразователей давления. Эта цель достигается тем, что согласно способу динамической градуировки преобразователей давления в ударной трубе путем нагружения давлением проходящей ударной волны и определения перепада давления в ударной волне расчетным путем по скорости звука, температуре и давлению газа перед ударной волной, перед нагружевием ударной волной в измерительном отсеке ударной трубы пропускают навстречу ей волну разрежения, измеряют время прохождения волной разрежения мерной базы и по нему расчитывают скорость звука в газе. Устройство для динамической градуировки преобразователей давления, .содержащее камеру высокого давления, отделенную первой диафрагмой от камеры низкого давления, переходящей в измерительный отсек с гнездом для крепления градуируемого преобразователя давления, снабжено камерой пониженного давления, дополнительной управляемой диафрагмой,устройством задержки раскрытия дополнительной диафрагмы и системой измерения скорости волны разрежения в измерительHOM отсеке, причем дополнительная управляемая диафрагма расположена между измерительным отселком и камерой пониженного давления и через устройство задержки раскрытия дополни1тельной диафрагмы связана с первой диафрагмой, при этом расстояние -2 от дополнительной управляемой диафрагмы и расстояние Ej от первой диаф рагмы до гнезда крепления градуируе мого преобразователя связаны соотно шением + (l,2-2.)t-T, ударной где L/ - заданная скорость волны; с - заданная скорость волны разрежения;t - длительность рабочего потока;Т -.время задержки раскрытия до полнительнойуправляемой диафрагмы. . Если время задержки раскрытия дополнительной диафрагмы взять больше то основная ударная волна пройдет все отсеки вплоть до дополнительной диафрагмы и .скорость звуЛа в газе до опыта будет неизвестна. Если время задержки раскрытия дополнительной диафрагмы взять меньше То волна разрежения успевает пройти а измерительный отсек и исказить начальные параметры газа. В предлагаемом способе динамической градуировки преобразователей давления в ударной трубе примерно на порядок повышается точность градуировки преобразователей давления. Давление воздуха (азота, гелия или т.п.) порядка сотни атмосфер пос ле открытия диафрагмы формирует в измерительном отсеке (давление газа порядка одной атмосферы) ударную волну. Это обычный процесс работы ударной трубы. Почти одновременно (с небольшой задержкой по времени) в момент испытаний навстречу ударной волне пропускают волну разрежения. Ее форми. руют в измерительном отсеке аналогичным образом (давление в камере низкого давления порядка одной десятой атмосферы). С помощью датчиков-детекторов и измерительной аппаратуры времени про хождения волны разрежения мерных баз определяют скорость звука в газе в измерительном отсеке. При этом скорость звука определяется фактически в самый момент эксперимента. Поэтому пред.пагаемая точность определения ее (следовательно, точность определения входных параметров и точность 5 динамических градуировок) примерно в десять раз (на порядок)выше известной. На чертеже дано устройство для осуществления способа динамической градуировки преобразователей давления в ударной трубе. Устройство содержит камеры высокого 1 и низкого 2 давлений, разделен-ные управляемой диафрагмой 3. Камера низкого давления переходит в измерительный отсек k) в котором размещаются гнезда 5 для градуируемых измерительных преобразователей, датчики-детекторы 6 ударной волны , соединенные электрически с измерителем 7 времени, и датчики-детекторы 8 волны разрежения, соединенные с другим измерителем 9 времени. К камере низкого давления примыкает дополнительная камера 10 пониженного давления, отделенная от камеры низкого давления дополнительной управляемой диафрагмой 11. Обе управляемые диафрагмы связаны между собой через устройство 12 задержки раскрытия диафрагм. Индексом 13 на чертеже показан рабочий поток. Предложенное устройство работает следующим образом. Перед испытанием градуируемые датчики - измерительные преобразователи давления устанавливают в гнезда 5 и присоединяют через вторичные преобразователи (не показаны) к регистраторам (не показаны), В КВД 1 создают давление газа (воздуха) порядка сотни атмосфер. 8 КНД 2 создают давление порядка атмосферы рабочего газа (азот, воздух, гелий и т.п.). В КНД 10 создают пониженное давление газа (воздуха) порядка 0,1 атм. Измеряют мерные базы ударной волны (расстояние между датчиками-детекторами 6 ударной волны) и волны разрежения (расстояние между датчиками-детекторами 9 волны разрежения). Эти измерения для каждой установки проводят один раз и результаты вносят,а технический паспорт устройства для использования во всех последующих испытаниях. . Измеряют расстояние Е между управляемой диафрагмой 3 и гнездами градуируемых преобразователей 5 и расстояние В между дополнитель.ной диафрагмой 1i и гнездами 5. Эти результаты измерений также заносят в паспорт устройства и используют в последующих испытаниях. 710 По кзвестным табличам определяют , Длительность рабочего потока 13, ориентировочную скорость ударной волны и ориентировочную скорость звука в рабочем газе С. По всем этим данным определяют время задержки Т по эмпирической формуле Т .+(l4-2)t--|2. и устанавливают ее на устройстве 12 задержки раскрытия управляемой диафрагмы. После этого раскрывают управляемую диафрагму 3t формируют ударную волну и пропускают ее в изме(эительный QTсек 14 :С-задержкой по врейени рас5крывают упрайляемую диафрагму 11 и пропускают в измерительный отсек 4 волну разрежения. , С помощью датчиков-детекторов 6 и 8 и измерителей времени 7 и 9 измеряют время прохождения ударной волны и волны разрежения мерных баз. По результатам измерений определяют параметры газа за ударной волной в рабочем потоке 13, т.е. параметры газа, действующего на градуируемые измерительные преобразователи. Использование предложенного способа обеспечивает надежность получаемой при исследовяниях информации.