Устройство для динамической тарировки датчиков импульсного давления Советский патент 1993 года по МПК G01L27/00 

Изобретение относится к приборостроению, в частности.к оборудованию для тари- ровки датчиков в условиях быстропротекающих динамических процессов.

Цель изобретения -увеличение быстродействия и повышение точности измерений путем уменьшения времени формирования фронта волны импульсного давления в месте расположения приемника давления за счет уменьшения влияния волны-предвестника, создаваемого источником тарировоч- ного сигнала.

На фиг.1 показана конструктивная схема устройства; на фиг.2 - принципы согласования размеров и расположения полого конуса в эллипсоидальной камере с ее параметрами, а также формой и размерами пространственных областей, занимаемых источником тарировочного сигнала и приемником давления.

Устройство содержит камеру 1 в виде кругового эллипса длиной I, заполненную рабочим телом 2, например/водой, Для заполнения камеры 1 и освобождения ее от рабочего тела она имеет штуцер 3. В первом фокусе камеры 1 размещен источник 4 тарировочного сигнала, включающий в себя электроды 5, подключенные к цепи разряда

6Во втором фокусе камеры 1 расположен приемник 7 давления в виде сферы, полость которой соединена с выходной трубкой 8, проходящей через отверстие в стенке камеры 1 и соединенной с блоком датчиков 9. Трубка 8 смонтирована вдоль большой оси эллипсоидальной камеры 1, и к ней симметрично подключены эталонные 10 и тарируемые 11 датчики давления, электрические выходы которых в свою очередь подключены к регистратору 12. Регистратор 12 представляет собой устройство записи сигналов

оо

N) 4 О VI

датчиков, например, многоканальный осциллограф с памятью.

Устройство содержит также открытый со стороны основания полый круговой конус 1,3 с острым углом конусности, размещенный между источником 4 сигнала и приемником 7 давления и скрепленный с приемником 7 давления вершиной. Ось конуса 13 совмещена с большой осью камеры 1. Угол конусности конуса 13 (угол MON на фиг.2) равен углу воображаемого конуса, образованного прямыми, в частности прямыми ОА и 0В, исходящими из второго фокуса О эллипсоидальной камеры 1 и касательными к сферической области пространства (окружность с центром в точке О на фиг;2); в которую вписывается источник 4 тариро- вочного сигнала. Диаметр основания полого .конуса 13 равен диаметру MN.окружности, образованной пересечением указанного выше воображаемого конуса с другим воображаемым конусом, образованным прямыми, в частности, прямыми О С и О Д, исходящими из первого фокуса О1 эллипсоидальной камеры, и касательными к сферическому корпусу приемника давления, Полость кругового конуса 13 акустически заглушена с помощью поглощающей акустические волны структуры 14.

При указанном принципе в(ыбора угла конусности полого конуса волна.отраженная от любого участка стенки эллипсоидальной камеры, никогда не пересечется с поверхностью конуса, а принцип выбора диаметра конической полости, во-первых, ис- ключает попадание прямых волн на приемник 7 давления (при наблюдении из первого фокуса, точки О (фиг,2), угловой размер апертуры конической полости равен угловому размеру приемника 7 давления), а во-вторых, не перекрывается путь и для волн, которые путем отражения от стенки эллипсоидальной камеры должны попасть к приемнику 7 давления..Кроме того, при указанных параметрах полого конуса эти свойства конуса обеспечиваются при максимальной его длине, а это значит, что его затухающие свойства при заполнении его затухающей структурой 14 также максимальны. Таким образом, указанные параметры конуса являются оптимальными. Заглушающая структура 14 выбирается в зависимости от используемого источника 4 та- рированного сигнала, точнее, в зависимости от его энергетического спектра. В частности,если в качестве источника тарированного сигнала в воде применяется взрывной заряд в виде шарика из тринитротолуола (тротила), то его энергетический спектр сосредоточен, в основном, в полосе

до 1000 Гц (см.например, график на рис.4.16, с,114 книги Роберта Дж. Урика Основы гидроакустики Судостроение, Л, 1978). В таком случае эффективной заглушающей структурой 14 является ряд параллельных металлических сеток с мелкой ячейкой, расположенных в полости конуса 13 перпендикулярно его оси. В указанном диапазоне частот только одна такая сетка,

находящаяся в воде, снижает уровень коэффициента обнаружения (по сравнению со стальной стенкой) на 20 дБ (см, Д.Н,Бархатов. Моделирование распространения звука в океане. Гидрометеоиздат, 1982, с.21-22).

5 Устройство для динамической тарировки датчиков импульсного давления работает следующим образом.

Перед .проведением тарировки через штуцер 3 заправляют камеру 1 рабочим те0 лом 2, в частности водой. Затем с помощью цепи разряда 6 и электродов 5 в первом фокусе эллипсоидальной камеры 1 создают мощный импульс Электрического разряда, который вызывает подводный взрыв. Удар- 5 ная волна со сферическим фронтом, созданная источником 4, начнет распространяться во всех направлениях, в том числе и в направлении большой оси эллипсоидальной камеры 1. На этом пути прямая волна-пред0 вестник будет перехвачена конической полостью конуса 13 и поглощена заглушающей структурой 14, находящейся в этой полости. Энергия прямой волны-предвестника в конечном итоге будет внутри ко5 нической полости рассеяна и превращена в тепло.

В других направлениях, отличных от прямого, совпадающего с большой осью камеры, сферическая волна будетраспростра0 мяться беспрепятственно и, отразившись от различных участков эллипсоидальной камеры, она, преобразившись в сходящуюся сферическую волну; устремится ко второму . фокусу, в котором расположен приемник 7

5 давления. От приемника 7 давления импульс давления распространяется далее по входной трубке 8 в блок 9 датчиков, где он симметрично распределяется на эталонные 10 и тарировочные 11 датчики импульсного

0 давления, сигналы с которых поступают на регистратор 12. В силу свойств эллипсоидальной камеры (сумма расстояния от фокусов до любой точки эллипсоидальной камеры одинакова) и потому, что прямая

5 волна, устремившаяся от источника 4 к приемнику 7 давления, устранена, фронт импульса давления у приемника 7 будет сформирован в чрезвычайно короткое время. Время формирования фронта импульса давления в месте расположения приемника

7 давления определяется только асимметрией источника 4 тарировочного сигнала, нестрогим расположением его центра в точке фокуса, а также технологической неточностью обеспечения эллипсоидальной геометрии камеры.

Устранение влияния прямой волны- предвестника существенно сокращает время формирования переднего фронта импульса давления. Это время формирования переднего фронта импульса давления настолько меньше времени формирования переднего фронта импульса давления в прототипе, насколько межфокусное расстояние эллипсоидальной камеры меньше размера ее большой оси. Абсолютное время формирования переднего фронта импульса давления в предлагаемой эллипсоидальной камере с затухающим конусом приближает- ся ко времени формирования фронта в сферической пьезокерамической камере с серебряным покрытием и исчисляется единицами микросекунд.

Формула изобретения Устройство для динамической тарировки датчиков импульсного давления, содержащее камеру в виде кругового эллипса длиной I, заполненную рабочим телом, в которой размещен источник тарировочного сигнала, включающий в себя электроды, подключенные к цепи разряда, и приемник давления в виде сферы, полость которой соединена с выходной трубкой, проходящей через отверстие в стенке камеры с возможностью подключения к выходной трубке эталонных и тарируемых датчиков импульсного давления, и регистратор, отличающее- с я тем, что, с целью увеличения быстродействия и повышения точности, в него введен открытый со стороны основания полый круговой конус с острым углом конусности, ось которого совмещена с большой осью камеры, скрепленный вершиной с приемником давления и размещенный между источником сигнала и приемником давления, при этом продольная ось выходной трубки приемника давления совмещена с большой осью камеры, а полость конуса акустически заглушена.

Фиг. 2

Применение: изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для тарировки датчиков импульсного давления. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит эллип 2 соидальную камеру, заполненную рабочим телом. В первом фокусе камеры помещен источник акустического тарированного сигнала, во втором - приемник импульсного давления, на котором вдоль большой оси камеры закреплен вершиной полый круговой конус, открытый со стороны большого основания. Полость корпуса заполнена заглушающей акустические волны структурой. Благодаря этому прямая волна-предвестник не попадает в приемник давления, а увеличивается конусом и поглощается структурой. В результате время формирования фронта сферической волны импульса давления определяется только временем прихода волн, отраженных от стенки эллипсоидальной камеры. 2 ил.