Механические методы измерения давления

Механические методы измерения давления по типу регистрирующего устройства делятся на следующие:

1. Методы определения действовавшей силы по остаточным деформациям специальных неупругих элементов (эти методы используются обычно для регистрации максимального давления);

2. Методы определения действовавшей силы по упругим деформациям специальных пластин или пружин. Эти методы позволяют регистрировать не только максимальное давление, но и производить запись изменения давления во времени. Однако применение этих методов требует наличия специальных приспособлений, обеспечивающих оптическую запись перемещения упругих элементов. В настоящее время эти методы утратили своё значение. Исключение представляет метод регистрации деформации стальной сферы для определения максимального давления.

3. Динамический метод или метод косвенного определения давления по регистрации перемещения свободного массивного поршня. В связи с малой точностью получаемых результатов этот метод в настоящее время не применяется.

К первой группе относится крешерный метод, предложенный Ноблем в 1860-68гг. В настоящее время он очень широко используется в баллистических испытаниях для определения максимального давления при выстреле из ствольных систем.. Сущность его состоит в определении давления по величине обжатия медного столбика, называемого крешером.

Крешерный прибор (рис.1.1) состоит из корпуса 1 с поршнем 2. Между поршнем и упором 4 помещается крешер 3, который под действием давления Р деформируется. По величине остаточной осевой деформации судят о давлении, действующем на крешер.

Рис. 1.1. Схема крешерного прибора:

1 – корпус; 2 – поршень; 3 – крешер; 4 – упор; 5 – крешерная мастика

По конструктивному исполнению крешерные приборы бывают ввинтными и вкладными.

Изображенный на рис. 1.2. ввинтной ружейный крешерный прибор устанавливается в хомуте, закрепленном на канале ствола. Для предотвращения прорыва пороховых газов перед установкой на орудие канал прибора, хомута и ствола заполняются специальной тугоплавкой крешерной мастикой. В настоящее время в России применяется несколько ввинтных крешерных приборов. Ввинтной крешерный прибор ПВК-0,2 (рис. 1.2) с площадью поршня 0,2 см² применяется для измерения давления в стрелковом оружии и авиационных пушках, а прибор 54-4-004 с площадью поршня 1,0 см² – для минометов и безоткатных орудий.

Вкладные крешерные приборы (рис.1.3) используются для определения наибольшего давления в канале ствола штатных орудий и миномётов. Они изготавливаются трёх различных объёмов: 4, 38, 44 см³ с площадью поршня 0,2; 0,5 и 1,0 см².

Рис. 1.2. Ввинтной ружейный крешерный прибор: 1 – корпус крешерного прибора; 2 – крешер; 3 – поршень; 4 – хомут; 5 – ствол; 6 – крешерная мастика; 7 – упор

Рис. 1.3. Вкладной крешерный прибор: 1 – корпус; 2 – крешер; 3 – поршень; 4 – крешерная мастика; 5 – медная «рубашка»; 6 – пружина; 7 – резиновое кольцо; 8 – упор

Чтобы не повлиять на процесс выстрела объём крешерного прибора не должен превышать 2% объёма зарядной камеры. На корпус вкладных крешерных приборов накатывается медная «рубашка», предохраняющая нарезы ствола от повреждения. Такие крешерные приборы называются лейнированными.

Основные характеристики и обозначения вкладных приборов, применяемых в настоящее время в России, приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Вкладные крешерные приборы.

Лейнированные приборы	Не лейнированные приборы
Обозначение	Объем прибора, см^3	Площадь поршня, см^2	Обозначение	Объем прибора, см^3	Площадь поршня, см^2
Л4-0,2		0,2	Н4-0.2		0,2
Л7-0,2		0,2	HI6-0,5		0,5
Л38-0,5		0,5	H35-l,0		1,0
ЛЗ8-1,0		1,0
Л44-1.0		1,0
Л44-0,5		1,0

Для измерения давления крешерный прибор помещается на дно гильзы сбоку от капсюльной втулки поршнем в сторону дульца гильзы. При засыпке пороха в гильзу необходимо следить за тем, чтобы порох не попадал под крешерный прибор, так как в противном случае он может быть выброшен из канала ствола и потерян.

Для снаряжения крешерных приборов используются цилиндрические, цилиндро-конические и сферические крешеры, изготавливаемые партиями 1000…5000 штук из высококачественной электролитической меди.

Номенклатура применяемых в России крешерных столбиков регламентируется ГОСТ 3779-55 и включает шесть типов цилиндрических крешеров с размерами 3´4,9; 4´6,5; 5´8,1; 6´9,8; 8´13; 10´15, где первая цифра обозначает диаметр необжатого крешера, а вторая его – высоту в миллиметрах; и три типа конических (цилиндро-конических) столбиков: 5´8,1; 6´9,8; 8´13 с диаметром вершины 0,3 мм и углом конуса 65°±20'. С помощью цилиндрических крешеров можно измерять давление, начиная с 20…60 МПа. Для измерения малых давлений применяют конические и сферические крешеры.

В последнее время за рубежом и в России все шире применяются сферические крешеры, обладающие целым рядом преимуществ. Сферические крешеры одного типоразмера имеют очень широкий диапазон измеряемых давлений от 20 МПа до 1000 МПа, допускают как статическую, так и динамическую тарировку, имеют высокую линейность таражной зависимости, более технологичны в изготовлении. Многочисленные эксперименты показали, что наиболее рациональным является крешер диаметром 6 миллиметров.

Для определения давления по высоте деформированного крешера к каждой партии крешеров прилагаются таражные таблицы, устанавливающие связь между давлением и высотой обжатого крешера. Чтобы уменьшить ошибку в определении давления за счет влияния инерции поршня и скорости обжатия, производят предварительное обжатие крешера на прессе под давлением примерно на 20 МПа меньше ожидаемого.

Таражные таблицы получают различными методами, которые делятся на статические и динамические.

При статическом тарировании крешеры обжимаются на прессе известным давлением, затем измеряется высота обжатого крешера. Однако, определенное таким путем «крешерное давление» может существенно отличаться от «истинного» (занижение достигает 10-30 %), что связано в основном с режимом деформирования крешера при выстреле.

Для уменьшения ошибок в определении давления применяют динамическое тарирование, имитирующее или воспроизводящее реальные условия. При этом используются копры различной конструкции или отстрел из орудий, баллистика которых хорошо изучена, с одновременной записью кривой давления. Последний метод позволяет свести ошибки к минимуму (до 3%), однако, он требует значительных временных и материальных затрат.

Предприятием ФГУП НТИИМ (Нижнетагильский институт испытания металлов) на базе ствола пушки Д81 (или Д89, Д91) была разработана сопловая установка, предназначенная для динамического тарирования крешеров (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Схема сопловой установки для тарирования крешеров:

1 – ствол; 2 – узел форсирования; 3 – сопловой вкладыш; 4 – сопло

При испытаниях вкладные крешерные приборы устанавливаются в обойму по 8 штук, помещаемую в зарядную камеру орудия. Требуемые внутрибаллистические параметры обеспечиваются за счет навески порохового заряда, подбора критического диаметра сопла и параметров узла форсирования. Одновременно осуществляется запись кривой давления с помощью пьезокварцевого датчика и аппаратуры «Нейва». Современные приборы и крешеры к ним приведены на рисунке 1.5.

Рис. 1.5. Крешерные приборы и крешеры

Другой метод определения наибольшего давления основывается на регистрации упругих деформации стальной сферы. Этот способ обладает большей точностью по сравнению с крешерным. Сущность его состоит в том, что при соприкосновении шара с плоскостью под действием прижимающего усилия происходит деформация сферической поверхности и соприкосновение происходит по кругу диаметром d. (рис.1.6)

Рис. 1.6. Прибор для определения давления по деформации упругой сферы

Дата добавления: 2014-01-07