Спосіб вимірювання імпульсного тиску в умовах електричного вибуху провідника у рідині

Спосіб вимірювання імпульсного тиску в умовах електричного вибуху провідника у рідині, що полягає у передачі тиску від рідини до металевого зразка, вимірюванні пружно-пластичної деформації, яка виникає у металевому зразку під дією тиску, і її перерахуванні в амплітудне значення тиску, який відрізняється тим, що пружно-пластична деформація визначається по величині відбитка сталевої кульки на плоскому металевому зразку. (19) (21) u201012558 (22) 25.10.2010 (24) 25.06.2011 (46) 25.06.2011, Бюл.№ 12, 2011 р. (72) ЛОСКУТОВ СТЕПАН ВАСИЛЬОВИЧ, ПРАВДА МИХАЙЛО ІВАНОВИЧ, СЕЙДАМЕТОВ СТАНІСЛАВ ВАЛЕРІЙОВИЧ, ЗОЛОТАРЕВСЬКИЙ ІВАН ВОЛОДИМИРОВИЧ (73) ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 3 60459 довжини крешера під впливом статичного тиску відомої величини. Цей графік використовується згодом для визначення амплітуди імпульсного тиску по деформації крешерів. Недоліки - градуювання проводиться статичним тиском, не відображає динаміку процесу та має низьку точність при вимірюванні тиску середовищ з нестаціонарними температурами. Задачею корисної моделі є: - надійність; - спрощення та підвищення точності вимірювання тиску рідини шляхом повного виключення впливу на результат вимірювання електромагнітного поля та зближення умов, які діють на датчик в робочому режимі та в режимі вимірювання; - градуювання датчиків тиску динамічним методом. Поставлені задачі вирішуються за рахунок того, що імпульсний тиск у рідині в умовах електричного вибуху визначається по величині відбитка сталевої кульки на зразку під дією ударної хвилі. Технічний результат полягає в простоті конструкції, підвищенні захищеності пристрою від електромагнітного впливу та у розширенні області його застосування. Відмінними ознаками є: 1. Використання локальної деформації еталонного зразка. 2. Простота підготовки зразків та відтворення вимірювань. Ідея корисної моделі пояснена на кресленнях, де: Фіг.1 - схема установки для дослідження електричного вибуху провідника у рідині; Фіг.2 - схема пристрою для одержання відбитків у зразках для побудови градуювального графіка; Фіг.3 - градуювальний графік для визначення тиску у рідині по діаметру відбитка у зразку. Спосіб виконується наступним чином. 1. Виготовляється партія однакових зразків з матеріалу достатньої пластичності. 2. За допомогою пристрою, схема якого показана на Фіг.2, одержується низка відбитків на зразках при різних навантаженнях на кулю-індентор. 4 3. За допомогою мікроскопа або профілографа вимірюються діаметри відбитків. 4. Для кожного значення діаметра відбитка за формулою (3) розраховується тиск, який куляіндентор створює на поверхню зразка, і будується градуювальний графік. 5. Зразок з тієї ж самої партії вміщується в пристрій для дослідження електричного вибуху провідника у рідині так, як показано на Фіг.1. 6. Після електричного вибуху провідника у рідині на зразку з'являється відбиток, діаметр якого вимірюється за допомогою мікроскопа або профілографа. 7. За допомогою градуювального графіка (Фіг.3) по діаметру відбитка визначається тиск у рідині. Для вимірювання імпульсного тиску в рідині в центральній частині бокової стінки робочої камери було просвердлено отвір діаметром 10 мм, Фіг.1, де 1 - робоча камера, 2 - основа, 3 - провідник, що вибухає, 4 - електроди, 5 - оброблюваний зразок, 6 - відполірований металевий зразок, 7 - шток, 8 куля-індентор. Імпульс сили передавався від рідини до сферичного індентора через сталевий циліндр (шток) діаметром 10 мм, що не допускає витікання рідини з камери. Діаметр відбитка від індентора на зразку визначався за шкалою мікроскопа МБС-9, ціна поділки - 0,014 мм. На першому етапі дослідження експериментально визначається тарувальна залежність діаметра відбитка на еталонному зразку від динамічного навантаження на індентор. Твердість матеріалу індентора повинна перевищувати твердість випробовуваної поверхні еталонного зразка не менше ніж на п'ять одиниць за шкалою HRC. Діаметр індентора, що рекомендується, 5-30 мм. Допустиме відхилення діаметра індентора вказане в табл.1. Індентор повинен мати шорсткість поверхні Ra=0,04 мкм і не мати поверхневих дефектів, видимих за допомогою лупи при 5-кратному збільшенні. Таблиця 1 Допустиме відхилення діаметра індентора Діаметр індентора, мм Відхилення, що допускається для діаметра індентора, мм Діаметр відбитка від індентора вимірюють за допомогою інструментального мікроскопа або профілографа. Похибка мікроскопа не повинна перевищувати ±0,01 мм на одну найменшу поділку шкали і ±0,02 мм на всю шкалу. Допускається використання тільки профілографа зі скануючою приставкою, що забезпечує запис профілю відбитка в площині, яка є перпендикулярною до поверхні зразка і проходить через центр відбитка. Похибка вимірювання діаметра відбитка повинна бути не більше ±0,02 мм. Відстань від центра відбитка до краю зразка повинна бути не менше ніж 3,0 d, а 5-10 ±0,05 10-18 ±0,10 18-30 ±0,15 відстань між центрами двох сусідніх відбитків повинна бути не менше 6,0 d. Вимірювання діаметра відбитка повинно бути проведене так, щоб результати його не були спотворені явищами спучення країв зразка. Діаметр відбитка повинен вимірюватися в двох взаємно перпендикулярних напрямах і визначається як середнє арифметичне з двох вимірювань. Товщина зразків повинна бути не менше 6,0 d. Шорсткість досліджуваної поверхні зразка Ra повинна бути не більше 0,32 мкм. 5 60459 При проведенні випробувань на декількох еталонних зразках до них висуваються наступні вимоги: - зразки повинні бути виготовлені з матеріалу однієї плавки; - технологічний процес виготовлення зразків повинен бути однаковим; - макро- і мікроструктура зразків повинні бути ідентичними; - граничні відхилення по твердості декількох зразків або одного зразка в різних ділянках поверхні не повинні перевищувати однієї одиниці за шкалою HRC. При вимірюванні діаметра відбитка за допомогою мікроскопа рекомендується наносити на досліджувану поверхню зразка покриття з сажі або гальванічне покриття. Випробування проводять при нормальній температурі. Перед випробуванням досліджувану поверхню зразка, підставку пристрою і індентор очищають від сторонніх речовин. З метою розрахунку тиску, що створюється в технічному алюмінії при індентуванні в нього сталевої кулі, було розроблено та реалізовано експериментальну установку, схема якої представлена на Фіг.2. По кулі-індентору 8 ударяла куля-бійок 9, яка відхилялася на певний фіксований кут  ; куля-індентор залишала на алюмінієвому зразку 10, закріпленому на масивній плиті 11, сферичний відбиток площі S , тим більший, чим більше був кут відхилення  . Електричні імпульси, що надходили від генератора 12, реєструвалися лічильником 13 протягом часу електричного контакту між кулею 9 та зразком 10 через кулю-індентор 8. Час, протягом якого відбувалося індентування, розраховувався за формулою: 6  N , (1) N0 де N - кількість електричних імпульсів, що надходила від генератора до лічильника протягом електричного контакту між зразком та кулеюбійком під час удару; N0 - кількість електричних імпульсів, що надходила від генератора до лічильника протягом електричного контакту між зразком та кулеюбійком за 1 секунду. При відомому часі  на підставі другого закону Ньютона можна розрахувати силу, з якою куляіндентор діє на зразок: m F   2gl(1  cos  ) , (2)  а вимірявши площу відбитка індентора на зразку S , визначити тиск індентора на поверхню зразка: F m P   2gl(1  cos  ) . (3) S S У формулах (2) та (3): m - маса кулі-бійка; g - прискорення вільного падіння; l - довжина підвісу кулі-бійка;  - кут відхилення кулі-бійка. Діаметр кулі-бійка дорівнював D =52 мм, а маса - m =0,6 кг. Довжина підвісу l=0,72 м. Експериментальна залежність тиску, що створюється кулею-індентором на поверхні зразка при індентуванні, представлена на Фіг.3. Зразок експериментальних результатів представлено в табл.2. Таблиця 2 Результати вимірювання гідродинамічного тиску на бокову стінку робочої камери в результаті електричного вибуху провідника у рідині № Діаметр відтиска, мм Матеріал зразка еталона Напруга, кВ 1 4,24 А1 2 2 6,97 А1 4 3 7,42 А1 8 Виходячи з вищевикладеного, можна зробити висновок, що технічне рішення, яке заявляється, задовольняє критерію "Промислове застосування". Джерела інформації: 1. Заявка на изобретение №2005110474/28. Россия. Пьезоэлектрический датчик импульсного давления. Толстиков И.Г., Мартышкин В.П., Погодин Е.П. МКИ G01L 23/10. Опубл. 20.10.2006. 2. Кортхонджия, В.П. О создании импульсного давления в жидкости с помощью металлической плазмы и измерении его некоторых характеристик Вибухаючий провідник Сu d=0,7 мм, l=20 мм Сu d=0,7 мм, l=20 мм Сu d=0,7 мм, l=20 мм Тиск ударної хвилі, МПа 157 166 167 / В.П. Кортхонджия, М.О. Мдивнишвили, М.И. Такталишвили // Журнал технической физики. - 1999. - Т.69, №4. - с. 41-43. 3. Туричин, A.M. Электрические измерения неэлектрических величин / A.M. Туричин. - М.: Энергия. - 1966. с. 475-481. 4. Бескаравайный, Н.М. Теоретические основы измерения импульсных давлений в жидких средах / Н.М. Бескаравайный, В.А. Поздеев. - Киев: Наук. Думка. - 1981. - с. 94-95. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 60459 8 Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601