Спосіб динамічного випробування давачів тиску при термодинамічному впливі та пристрій для його здійснення

1. Спосіб динамічного випробування давачів тиску при термодинамічному впливі шляхом одночасної динамічної дії на давач надлишкових тиску та температури, який відрізняється тим, що динамічну дію здійснюють одночасними ударом тиску і термоударом, які створюють шляхом швидкого проникнення у вільну герметичну камеру з давачем рідини з надлишковими тиском та температурою. 2. Пристрій для динамічного випробування давачів тиску при термодинамічному впливі, що містить корпус, в порожнині якого на торці розташований давач тиску, який відрізняється тим, що пристрій містить круглу мембрану, яка розділяє порожнину корпуса утворюючи герметичну камеру з давачем і камеру нагнітання, яка заповнена робочою рідиною з надлишковими тиском та температурою, при цьому днище камери нагнітання покрите губчастим матеріалом, а мембрана виготовлена з крихкого матеріалу і має геометричні розміри, які пов'язані залежністю Винахід відноситься до галузі вимірювальної техніки і може бути використаний для дослідження динамічних характеристик давачів тиску при термодинамічному впливі чи для атестації давачів. Відомий спосіб динамічного випробування давачів тиску при термодинамічному впливі [1] шляхом одночасної динамічної дії на давач надлишкових тиску та температури. Відомий пристрій динамічних випробувань давачів тиску при термодинамічному впливі [1], що містить корпус, в порожнині якого на торці розташований давач тиску. Проте за відомим способом та пристроєм створюється динамічна дія, яка представляє собою гармонічні коливання тиску робочої рідини при одночасному термоциклюванні, що не дозволяє безпосередньо досліджувати перехідні характеристики давачів при одночасному термодинамічному впливі - термоударі, який є найбільш жорсткими видом термодинамічного впливу. А також, динамічні випробування давачів при одночасному термовпливі у вигляді термоциклювання, як у відомому способі та пристрої, не дозволяють оцінювати вплив змінної температури будь-якого характеру на метрологію давача, особливо на його пе рехідну характеристику. Крім цього, оскільки силова дія створюється пружними коливаннями в масі рідини, то це має свої принципові фізичні обмеження, які зумовлені граничною частотою власних коливань об'єму робочої рідини, що не дозволяє динамічне випробування давачів з мегагерцовими частотами власних коливань. В основу винаходу поставлено задачу створення такого способу динамічного випробування давачів тиску при термодинамічному впливі та пристрою для його здійснення, в яких зміна виду динамічного навантаження та термодинамічного впливу дозволяли б безпосередньо досліджувати перехідні характеристики давачів при одночасному термодинамічному впливі - термоударі, а також дозволили б динамічне випробування давачів з мегагерцовими частотами власних коливань. Поставлена задача вирішується тим, що в способі динамічного випробування давачів тиску при термодинамічному впливі шляхом одночасної динамічної дії на давач надлишкових тиску та температури, згідно з винаходом, динамічну дію здійснюють одночасними ударом тиску і термоударом, які створюють шляхом швидкого проникнення у ві (19) UA (11) 30887 (13) A R [s] × (1 - n ) - aEDT = h (1 - n ) × (0,666 × DP ) де R, h - радіус та товщина мембрани відповідно, DР - значення надлишкового тиску, Е, a - модуль пружності та коефіцієнт температурного розширення матеріалу мембрани відповідно, n - коефіцієнт Пуассона, DТ - значення надлишкової температури, [s] - границя міцності матеріалу мембрани. 30887 льну герметичну камеру з давачем рідини з надлишковими тиском та температурою. Зрозуміло, що при динамічному випробуванні ударом тиску при одночасному термоударі необхідно домагатися якомога стрімкішого фронту тиску і температури. Таке забезпечує запропонований принцип швидкого проникнення саме рідини з надлишковими тиском та температурою у вільну герметичну камеру з давачем. Як відомо рідини є нестисненні. Тому при швидкому проникненні рідини з надлишковим тиском DР у вільну герметичну камеру з давачем, час наростання удару тиску становитиме D t= v1 + v 2 R [s] × (1 - n ) - aEDT = h (1 - n ) × (0,666 × DP ) де R, h - радіус та товщина мембрани відповідно, DР - значення надлишкового тиску, Е, a - модуль пружності та коефіцієнт температурного розширення матеріалу мембрани відповідно, n - коефіцієнт Пуассона, DТ - значення надлишкової температури, [s] - границя міцності матеріалу мембрани. Для створення динамічної дії виду удару при одночасному термоударі необхідне швидке проникнення робочої рідини в камеру з давачем. Це здійснюється при швидкому руйнуванні перегородки-мемебрани, яка розділяє порожнину корпуса утворюючи герметичну камеру з давачем і камеру нагнітання, яка заповнена робочою рідиною з надлишковими тиском та температурою. Використання мембрани з крихкого матеріалу дозволяє досягнути більшої швидкості її руйнування, а власне крихке руйнування мембрани дозволяє отримувати більш рівномірну і менш збурену поверхню рідини, яка проникає у герметичну камеру. Доцільність зв'язку геометричних розмірів мембрани за залежністю де D - товщина незрівноваженого шару поверхні рідини, яка під дією різниці тиску DР проникає у камеру; v1 - швидкість розповсюдження пружних хвиль у рідині при її температурі Т1; v2 - швидкість проникнення рідини у камеру. Як відомо, товщина незрівноваженого шару D при різниці тиску на поверхні рідини і в ній самій становить кілька радіусів міжмолекулярної взаємодії, тобто порядок 10-9 м. Швидкість розповсюдження пружних хвиль у рідинах становить порядок 1,5´103 м/с. Швидкість проникнення рідини у вільну герметичну камеру можна оцінити за формулою Торіччелі v2 = R [s] × (1 - n ) - aEDT = h (1 - n ) × (0,666 × DP ) пояснюється тим, що у цьому випадку внутрішнє напруження у мембрані досягнуть критичного значення і наступить її руйнування. Дійсно, якщо жорстко закріплена кругла мембрана піддається дії різниці тиску DР, то на її поверхні виникають напруження, які визначаються залежністю [2] 2 DP r де r - густина рідини при її температурі Т1. Для оцінки величини t можемо покласти, що v1>>v2. Тому t= 10 -9 3 = 6,7 ´ 10 -13 c s DP = 0,666DP R2 . h2 Якщо жорстко закріплена кругла мембрана піддається дії надлишкової температури DT, то в ній виникають напруження, які визначаються залежністю [3] aEDT s DT = (1 - n ) Оскільки мембрана зазнає руйнування, якщо її внутрішні напруження så³[s] де så - сумарні напруження у мембрані, [s] – границя міцності матеріалу мембрани. Звідси отримуємо 1 5 ´ 10 , що на 4-5 порядків вище ніж у прототипу. Крім цього, покладаючи, що удар тиску представлятиме собою майже ідеальний стрибок, якщо час наростання удару t становить 0,01t0, де 1 t0 = - період власних коливань давача. Тому, w0 бачимо, що запропонований спосіб придатний для динамічних випробувань давачів з частотою власних коливань порядку сотень МГц. Зважаючи, що вплив на давач здійснюється рідиною, причому час встановлення максимуму дії сягає нc, можна твердити, що у випадку наявності різниці температур DТ= Т0-T1, де Т0 - температура давача, давач зазнає термоудару з дуже крутим фронтом. Поставлена задача вирішується також тим, що пристрій для динамічного випробування давачів тиску при термодинамічному впливі, що містить корпус, в порожнині якого на торці розташований давач тиску, згідно з винаходом, пристрій містить круглу мембрану, яка розділяє порожнину корпуса, утворюючи герметичну камеру з давачем і камеру нагнітання, яка заповнена робочою рідиною з надлишковими тиском та температурою, при цьому днище камери нагнітання покрите губчастим матеріалом, а мембрана виготовлена з крихкого матеріалу і має геометричні розміри, які пов'язані залежністю R [s] × (1 - n ) - aEDT = h (1 - n ) × (0,666 × DP ) Доцільність губчатого матеріалу, яким вистелене днище камери нагнітання пояснюється намаганням ліквідувати дію відбитих від торця герметичної камери хвиль. Використання запропонованого способу дозволяє отримувати динамічні характеристики давача тиску при одночасному впливі одного з найсуттєвіших дестабілізуючих факторів – температури, причому в її найкритичнішому вигляді – термоудару. Оскільки в результаті випробовувань давача отримується перехідна характеристика, то це дає можливість розраховувати інші динамічні характеристики, дослідне отримання яких є або фізично неможливим, або технічно проблематичним. Отже, спосіб володіє більш універсальними мож 2 30887 де R, h - радіус та товщина мембрани відповідно, DР - значення надлишкового тиску, Е, a - модуль пружності та коефіцієнт температурного розширення матеріалу мембрани відповідно, n - коефіцієнт Пуассона, DТ - значення надлишкової температури, [s] - границя міцності матеріалу мембрани. Спосіб динамічного випробовування давачів тиску при термодинамічному впливі здійснюється за допомогою пристрою наступним чином. У герметичній камері 4 на торці корпуса 1 встановлюють давач тиску 2, встановлюють мембрану 3, в камеру нагнітання 5 подають робочу рідину 6 з різницею температури DT (порівняно з давачем). Як тільки різниця тиску в рідині 6 і в герметичній камері 4 досягає значення DР мембрана зазнає дуже швидкого руйнування і рідина 6 починає швидко проникати в камеру 4. Досягнувши давача 2, той зазнає удару тиску DР і термоудару амплітудою DТ. Тому вихідний сигнал давача 2 представлятиме його перехідну характеристику при одночасному термодинамічному впливі термоударі. Джерела інформації 1. Федяков Е.М., Колтаков В.К., Богдатьев Е.Е. Измерение переменных давлений. - М.: Из-во стандартов, 1982. - С. 172. 2. Андреева Л.Е. Упругие элементы приборов. - М.: Машиностроение, 1981. - С. 157. 3. Боли Б., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. - М.: Мир, 1964. - С. 246. ливостями порівнянно з прототипом [1]. Крім цього, використання у запропонованому способі принципу створення удару тиску рідиною дозволяє досягнути більшої крутизни фронту удару, що в свою чергу дозволяє випробовувати давачі тиску з частотою власних коливань до сотень МГц. Таким чином, запропонований спосіб дозволяє розширити клас давачів, які можуть бути піддані динамічним випробовуванням чи атестації. Тому, наведені обгрунтування дозволяють стверджувати високу коректність динамічних випробувань запропонованим способом. Винахід пояснюється фігурою, на якій представлена принципова схема пристрою для здійснення способу динамічного випробування давачів тиску при термодинамічному впливі. Пристрій для динамічного випробування давачів тиску при термодинамічному впливі містить корпус 1, в порожнині якого розташований давач тиску 2, круглу мембрану 3, яка розділяє порожнину корпуса 1 утворюючи герметичну камеру 4 з давачем 2 і камеру нагнітання 5, в якій міститься робоча рідина 6 з надлишковими тиском та температурою, при цьому днище камери нагнітання 5 вистелене губчастим матеріалом 7, а мембрана 3 виготовлена з крихкого матеріалу і має геометричні розміри, які пов'язані залежністю R = h [s] × (1 - n ) - aEDT (1 - n ) × (0,666 × DP ) Фіг. 3 30887 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4