SU1052901A1 - Датчик давлени ударной волны - Google Patents

Abstract

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ УДАР-; НОЙ волны, соцержаший укрепленный в корпусе чувствительный элемент в вице пьезоэлектрического преобразоватеп  и токовывоцы, отличающий- с   тем, что, с целью расширени  полосы рабочих частот и диапазона измерьни ,,он снабжен закрепленным на корпусе со стороны чувствительного элемента жестким контейнером с тqpaoвoй стен- кой, параллельной чувствительному эл&- менту при этом внутренн   полость контейнера заполнена веществом с акустическим сопротивлением, неравным акустическому сопротивлению контролируемой среды.

Description

Изобретение относитс  к технике измерений параметров уцарных ёопн в жидкост хипи гпзах и прецназначено преимушественно цп  испопь,зоваш1  в сио темах с пьезоэпектрическими преобраэоватеп ми . Известны пьезоэпектрические цатчики , содержащие укрепленный в корпусе пьезоэпемент с токовывоаами. Воспринимающей поверхностью датчика давлени   вл етс  поверхность его конструкции котора  предназначена дп  воспри ти  усипи  в процессе нагру жени  элемента ударной вопной и передачи этого усипи  в лоспедуютцие измерительные преобраэоватегш . Как правило, элементом,образующим воспринимающую поверхность датчика,  вл етс  мембрана или непосредственно пьезоэлемент (2). Диапазон изменени  измер емых давпений очень велик. Например, в вакуутч - ной технике приходитс  измер ть давлени  цо I.SIO Па, а в технике высо ких давлений до 10 Па и вып:е, следовательно .диапазон давлений,охватывает 16 пор дков. Лучшие датчики имеют диапазон измер емых давлений около Ю . Поэтому дл  охвата всего диапазона давлений необходимо иметь нес- колько типоразмеров датчиков. из них может работать с удовлетворительной точностью в определенных границах давлений и частот воздействующих ударн Волн. Изменение чувствительности и диапазона воспринимаемых датчиком частот возможно за счет изменени  таких конст руктивных элементов датчиков как мембрана , чувствительный элемент, в качестве которого выступает пьезоэлектрический кристалл, т. е. требуетс  переработка всей конструкции датчика с целью лолу-. чени  необходимых дл  практики техничес ких характеристик, что  вл етс  существенным недостатком известных конструкций . Цель изобретени  - расщирение полосы рабочих частот и диапазона измерени о-кааанна  цель достигаетс  тем, что датчик давлени , содержащий укрепленны в корпусе чувствительный элемент в ви де пье;зоэпектрического преобразовател  с токовыводами, снабжен закрепленным н корпусе со стороны чувствительного элемента жестким контейнером с торцовой стенкой параллельной чувствительному элементу, при этом внутренн   полость контейнера заполнена веществом с акустическим сопротивлением неравным 1акустическому сопротивлению контролируемой среды. На фиг. 1 изображена конструкци  датчика; на фиг. 2 - характеристические кривые ударной волны в контролируемой среце и в среде, заполн ющей контейнер. Датчик давлени  содержит корпус 1 с мембраной, 2, чувствительным элемент в вице пьезоэлектрического прео&- . разовател  3, укрепленного в корпусе прижимной шайбой 4. На корпусе имеютс  съемное днище 5 и электрический разъем 6, Сигнал с верхней грани подводитс  к электрическому разъему через мембрану 2, корпус 1 и днище 5, а с ниж:ней грани - через токовывод 7 на центральный кситакт 8 разъема, изолированного шайбой 9. На корпусе 1 со стороны чувствительного элемента 3 укреплен жесткий контейнер 10, торцова  стенка 11 которого образует мембрану, параллельную чувствительному элементу. Внутренн   полость контейнера заполн етс  промежуточной средой 12, в качестве которой может быть использована, например, вода при измерени х в газообразных едах или возцух при измерени х в жидких средах. Дл  заполнени  контейнера промежуточной средой имеетс  щтуцер с клапаном 13, который позвол ет регулировать давление в контейнере itro дл  получени  требуемого акустического сопротивлени  заполн ющей его среды. Датчик давлени  работает следующим образом. Ударна  волна, давление,за фронтом которой подлежит измерению; подходит из контролируемой среды к мембране И и при переходе через мембрану 11 в промежуточную среду 12 - к воспринимающей поверхности пьезопреобразовател  3 и измен ет свои параметры в зависимости от соотнощени  акустическкк С9противлений контролируемой среды и промежуточной среды 12, а также толщины и материала мембраны 11 т. е. между давлени ми измер емой унарной волны и ударной волны, распростран ющейс  в промежуточной среде, существует определенна  зависимость, позвол юща  установить соответствие этих давлений в любой момент времени, при этом оптимальное согласование ожидаемых величин параметров ударной волны с рабочии характеристиками датчика обеспечиваетс  подбором акустического сопротивлени

промежуточной среш и массы момбраны J. 1.

На фиг. 2 и 3 показаны характеристики ударной вопны в коорцинатах цавпеггиеапитепьность попожитепьной фазы, отн&сенна  к показателю ее затухани .

Дл  сгтуча  перехоца уцарной вошш из воды в возцух на фиг. 2 показана крива  14, показывающа  характер ударной вопны в контроггаруемой среде, т. е. в воце, а на фиг. 3 крива  15, показывающа  характер ударной вопны в промежуточной среде, залопн юшей контейнер , т. е. в воздухе. Из сопоставпеНИЯ этих кривых видно, что при выбранных услови х максимальное цавпение за мембраной 11 дл  перехода ударной вопны из воды в воздух падает почти в 3000 раз.

Частотные характеристики ударных

волн оцениваютс  по посто нной времени затухани  в экспоненциальных зависимостей подающей и прошедшей ударных волн, вз тых как врем  уменьшени  давлени  на ниспацающей ветви вривой в 6 раз, и завис т от толищны мембраны . .Так, при толщине стальной мембраны 11 в 1 мм коэффициент затухани  прошедшей вопнь по сравнению с коэф затухани  падающей волны увеличиваетс  в 1,3 раза, а при толщине мембраны в 3 мм - в 2 раза (кри|Ва  16 на фиг. 3).

Известно также, что длительность положительной фазы ударной волны приблизительно равна 3 9j т. е. цл  падающей .уцарной вОлны положительна  фаза составит 5,5 10 G, а дл прошедшей 1,1 Ji

iO(.. По и:шестн1э м номограммам можно опрецепить частотные циапазоны изме ритег1ьш 1к приборов по цпитепьности положитепьной фазы уцарной волны. Дл  рассмотренного случа  при толщине мембраны 3 мм требуема  полоса частот приборов CNtecTHTCH в сторону уменьшени  с 2 . 10 - 2ОО до 10 - 1ОО Гч.Таким образом, положительный эффект заключаетс  в снижешта максимальных необходимых , частот регистрирующей аппаратуры.

В другом случае при переходе ударной вопны из воздуха в вопу, максимальное давпение в более плотной среде не превышает двойного максимального давлени  в среце измерет Я. На фиг. 2 показана , крива  17, построенна  дл  случа  перехоца ударной волны из воздуха в воду. Из графика видно, что максимальное значение .давлени  ударной волны в воде возросло по сравнению с воздухом (крива  14, фш. 2) примерно в 1,2 раза. При этом коэффициент затухани увеличилс  примерно в 1,3 раза.

Таким образом, заполн   контейнер средами с различными акустическими сопротивлени ми, неравными акустичеокому сопротивлению контролируемой срецы, можно преобразовать параметры уцарной волны к виду, удобному цл  измерени  определенным датчиком давлени  Изменение акустического сопротивлени  промежуточной среды, а так.же материала и толщины мембраны позвоп ет уменьшить давление ударной волны до 1ООО раз и уменьшить частоту воздействи  в несколько раз.

.....

Л

(.2 /,4 t,f f,ff S,B 2,t tt 2,6 2.9 10

6 S.t O.if f,S 0,9 фаг 2

Claims (1)

1. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ УДАР- : НОЙ ВОЛНЫ, содержащий укрепленный в корпусе'чувствительный элемент в вице пьезоэлектрического преобразователя и токовывоцы, отпичающийс я тем, что, с целью расширения полосы рабочих частот и диапазона измерения, он снабжен закрепленным на корпусе со стороны чувствительного элемента жестким контейнером с торцовой стенкой, параллельной чувствительному эп&менту, при этом внутренняя полость контейнера заполнена веществом с акустическим сопротивлением, неравным акустическому сопротивлению контролируемой среды.