Элементы приборов для измерения давления
Технически статические методы измерения давления осуществляются при помощи ряда приспособлений и устройств, которые в совокупности образуют тот или иной тип прибора для измерения давления. Приборы для измерения давления общепринято называть индикаторами давления.
При экспериментальных исследованиях баллистических явлений обычно приходится не только измерять величины давления, но и устанавливать характер изменения давления во времени. Поэтому индикаторы давления, применяемые в баллистике, как правило, являются приборами, автоматически записывающими изменение давления в виде кривых, ординаты которых изображают величины давления, а абсциссы – время изменения давления.
Важнейшим органом индикаторов давления является чувствительный элемент. Под этим названием понимают различные тела, изменение физических свойств которых под действием давления используется для определения величины и характера изменения давления. В механических методах измерения давления чувствительный элемент часто называют измерителем или приемником давления.
В электрических методах чувствительный элемент упрощенно называется датчиком давления или другой физической величины, например, ускорения, скорости или перемещения.
В основе схем устройства различных типов индикаторов давления лежат следующие три элемента: манометр, передаточная система и регистрирующее устройство. Эти элементы определяют тип каждого индикатора, его технические возможности и точность.
Рассмотрим в общих чертах те функции, которые выполняет каждый элемент индикатора в процессе регистрации давления.
Манометр – воспринимает и преобразовывает величины давления в другие, механические или электрические величины, позволяющие тем или иным способом оценить давление и установить характер его изменения. Основной частью манометра является измеритель, который собственно и осуществляет преобразование давления в другие величины. Манометр непосредственно устанавливается на объекте, в котором измеряется давление
Передаточная система – производит дальнейшее преобразование
показаний манометра в величины, удобные для регистрации и оценки давления, действующего на манометр. В качестве передаточных систем применяются разнообразные устройства, например, рычажные механизмы, оптические приспособления, электронные усилители и др. Передаточные системы представляют показания манометра в увеличенном виде и тем самым повышают чувствительность индикатора, т. е. его способность показывать значения малых изменений давления. Второе назначение передаточных систем состоит в создании условий, обеспечивающих запись увеличенных показаний манометра.
Регистрирующее устройство – осуществляет запись изменения во времени величин, получаемых в результате преобразований, производимых передаточной системой. В зависимости от вида передаточной системы запись может производиться механическим или фотографическим способом. В случае регистрирующих устройств в виде электронно-лучевых осциллографов с электрической разверткой во времени фотографическая запись производится на неподвижной пленке.
В совокупности рассмотренные элементы индикатора воспроизводят измеряемое давление в виде кривой, изображающей в некотором масштабе изменение давления в функции времени. Такие кривые называют диаграммами или осциллограммами давления.
При создании индикаторов давления основные его элементы рассчитывают так, чтобы обеспечивалась линейная зависимость между
величинами давления, действующего на манометр, и ординатами кривой, записанной регистрирующим устройством. При этом добиваются получения прямой пропорциональности между абсциссами кривой и временем. Выполнение этих условий значительно упрощает определение значений давления и установления характера его изменения по измеренным координатам осциллограммы давления.
Кроме основных элементов, в состав индикаторов входит ряд устройств, обеспечивающих процесс записи давления и определение величин давления.
Такими устройствами являются источники энергии, питающие элементы индикатора, синхронизирующие приспособления, согласовывающие во времени действие индикатора с регистрируемым процессом изменения давления, и таражные устройства – для периодической градуировки индикаторов.
Таким образом, в общем виде структурная схема индикаторов давления может быть представлена так, как показано на фиг. 1.
Этой схемой охватываются лишь основные функции, выполняемые в процессе измерения. В действительности схема индикаторов гораздо сложнее. Она может содержать различные вспомогательные приспособления и устройства, функции которых определяются поставленной задачей при измерении.
Например, при измерении давления пороховых газов в канале ствола может быть поставлено требование произвести на кривой давления отметки, отвечающие моменту полного врезания пояска снаряда в нарезы, моменту открытия газоотводных устройств, моменту вылета снаряда из канала ствола и др.
В индикаторах могут быть элементы, производящие электрическое дифференцирование и интегрирование кривой давления. Иногда в структурную схему вводятся дополнительные приспособления, дающие возможность использовать индикаторы для измерения сил, ускорений, деформации, вибраций и других механических процессов, возникающих в различных звеньях оружия при выстреле.
Подобные индикаторы являются универсальными установками, причем главным образом лабораторного типа. При помощи таких индикаторов можно производить комплексные измерения, что особенно важно при научно-исследовательских работах, связанных с обширными экспериментальными исследованиями.В исследованиях контрольно-испытательного характера употребляются более простые индикаторы, не требующие специальных условий для их работы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Работа посвящена описанию основных методов измерения давления пороховых газов, используемых как в лабораторных так и в полигонных испытанияхьразличных систем оружия.
При описании методов дано физическое обоснование, основные принципы конструкции датчиков и системы регистрации сигналов с них. Важное значение имеет оценка точности полученных экспериментальных данных. Для этого рассмотрен вопрос о частотных характеристиках процесса и методика правильного выбора аппаратуры для регистрации давления во время выстрела.
Все методы (кроме метода пластических деформаций) основаны на упругих деформациях (или преобразованиях их в различные электрические величины), поэтому рассмотрена приближенная теория метода упругих деформаций, которая позволяет определить максимальное значение инерционной погрешности и найти пути её уменьшения.
В настоящее время стали автоматизировать баллистические испытания. Для этого используют ЭВМ, которая связывается со стреляющей установкой, и по полученному из опыта давлению сразу можно решать различные задачи теории внутренней баллистики.
Список литературы
1. Ратанов Г.С. Методы и средства измерений динамических давлений. Изд-во Томского университета. 1986.
2. Ступель Ф.А. Электромеханические датчики и преобразователи неэлектрических величин. Изд-во «Энергия», М-Л. 1965.
3. Туричин А.М. Электрические измерения. Госэнергоиздат, М-Л. 1961.
4. Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин. Госэнергоиздат, М-Л. 1955.
5. Шкворников П.Н., Платонов Н.М. Экспериментальная баллистика. Изд-во Оборонной промышленности. М. 1953.
6. Полупроводниковые тензодатчики. /Под ред. М. Дина/. Изд-во «Энергия», М-Л. 1965.
7. Электрические измерения. Под ред. А.В. Фремке. Госэнергоиз-дат, М-Л. 1963.
[1] Ратанов Г.С. Методы и средства измерений динамических давлений. С.145
[2] . Ратанов Г.С. Методы и средства измерений динамических давлений. С.160.
[3] Ступель Ф.А. Электромеханические датчики и преобразователи неэлектрических величин. С.35.
[4] Полупроводниковые тензодатчики. /Под ред. М. Дина/.С.89.