Основные методы измерения давления

Давление есть сила, отнесенная к единице площади поверхности, на которую действуют пороховые газы. Поэтому измерение давления основывается на тех же принципах, что и измерение сил.

Согласно представлениям механики одна и та же сила может проявить себя двояко: статически, когда она действует на неподвижное тело и вызывает со стороны этого тела равную себе силу противодействия, и динамически, когда она выводит тело из состояния покоя или изменяет его движение. В обоих этих случаях результаты действия силы характеризуют величину силы и изменение ее во времени.

Мерой силы в статическом проявлении являются деформации, возникающие в теле и обусловливающие появление со стороны тела силы противодействия. Величина действующей на тело силы определяется с помощью известных зависимостей, связывающих деформацию с силой противодействия, т. е. с силой сопротивления тела деформированию. Кроме величин деформации, мерами силы могут служить также величины изменения характеристик оптических, электрических и других физических свойств деформируемого тела, связанные с деформациями определенными зависимостями.

Мерой силы в динамическом проявлении являются ускорения, сообщаемые телу этой силой. Согласно основному закону динамики сила, действующая на тело, определяется как произведение известной массы тела на ускорение. Для оценки силы могут быть также использованы опытные кривые пути и скорости тела в функции времени. В этом случае ускорение, определяющее величину силы, действующей на тело, находится двухкратным дифференцированием по времени зависимости для пути или однократным дифференцированием зависимости для скорости.

В соответствии с двумя принципами измерения сил все известные методы измерения давления можно разделить на две группы: статические и динамические методы.

Статические методы измерения давления основываются на принципе преобразования величин давления в величины деформации или другие связанные с ней физические величины.

Динамические методы измерения давления основываются на принципе преобразования величин давления в кинематические элементы движения: ускорение, скорость или путь в функции времени.

Статические и динамические методы измерения давления разделяются на механические и электрические. В механических методах мерами давления являются механические величины: деформации, путь скорость и ускорение, непосредственно измеренные или записанные в процессе действия давления. В электрических методах механические величины, представляющие измеряемые давления, подвергаются дальнейшему преобразованию в электрические величины, по которым затем определяется давление.

Статические методы составляют наиболее развитую и многочисленную группу методов измерения давления. Но в экспериментальной баллистике получили широкое распространение лишь немногие из них. Этими методами являются: метод пластических деформаций, метод упругих деформаций, пьезоэлектрический, тензометрический и некоторые другие. Первые два метода относятся к механическим, а остальные – к электрическим методам.

Метод пластических деформаций основан на использовании в качестве меры давления деформаций, возникающих в пластических телах под действием давления.

Метод упругих деформаций заключается в определении давления по величине деформаций, вызываемых давлением в упругих телах.

Пьезоэлектрический метод основывается на использовании в качестве меры давления электрических зарядов, возникающих на поверхности некоторых кристаллических веществ, поляризующихся при деформировании в определенном направлении.

Тензометрический метод основан на свойстве проводников изменять свое омическое сопротивление электрическому току при упругом растяжении или сжатии. Величина давления определяется по показателям изменения режима электрической цепи, в которой находится проводник.

Индуктивный метод основан на изменении сопротивления магнитной цепи с воздушным промежутком.

Магнитострикционный метод основан на изменении магнитной проницаемости тел при их деформации.

Емкостный метод основан на изменении емкости конденсатора при изменении расстояния между пластинами под действием давления.

Первые два из всех перечисленных методов будут механически-

ми, а все остальные электрическими.

Следует отметить, что электрические методы по существу являются разновидностями метода упругих деформаций, так как в основе их также лежат упругие деформации, которые для удобства измерения преобразовываются в этих методах в электрические величины.

Метод пластических деформаций отличается от остальных тем, что деформации, на которых он основывается, являются необратимыми, т. е. не исчезают после удаления сил, под действием которых они возникли. Вследствие этого при помощи метода пластических деформаций можно регистрировать только возрастающие давления, в то время как метод упругих деформаций и его разновидности позволяют записывать возрастающие и убывающие давления.

Кроме того, между методом пластических деформаций и методом

упругих деформаций существует принципиальное отличие, причина которого – в различной физической сущности пластических и упругих деформаций. Упругие деформации пропорциональны силам, которыми они вызываются, и практически не зависят от характера изменения этих сил. Пластические деформации не обладают таким свойством; они зависят не только от величины, но и от быстроты изменения сил, в результате действия которых возникают эти деформации. Зависимость пластических деформаций от быстроты изменения сил известна недостаточно точно. Поэтому методу измерения давления, основанному на использовании пластических деформаций, свойственны большие ошибки. Величины этих ошибок зависят от условий измерений и не могут быть учтены, если заранее неизвестен характер изменения измеряемых сил или давлений.

Динамические методы измерения давления в зависимости от рода измеряемой характеристики движения разделяются на три вида: одометрические, велосимметрические и акселерометрические.

В первой группе методов регистрируется кривая пути в функции времени, во второй – кривая скорости и в третьей – кривая ускорения тела, движущегося под действием силы давления пороховых газов. По каждой из этих опытных кривых могут быть найдены величины ускорения и, следовательно, определены давления в различные моменты движения снаряда или ствола.

Динамические методы менее точны, более громоздки в конструктивном отношении и не так обстоятельно разработаны, как статические. Поэтому они сравнительно редко применяются в баллистических исследованиях для измерения давления. Относительно большее применение динамические методы находили в XIX веке, когда статические методы были еще недостаточно разработаны. В настоящее время динамические методы применяются главным образом при изучении отката ствола и действия автоматики оружия при выстреле. В этой области экспериментальных исследований явления выстрела все названные виды динамических методов, несмотря на различие между ними, часто не совсем верно называют велосимметрическими методами.