Часть 5. Средства баллистических измерений.

5.1. Приборы для измерения давления пороховых газов.

Одним из первых приборов для измерения давлений пороховых газов является крешерный прибор, устройство которого показано на рисунке 5.1. В данном приборе давление оценивается по величине остаточной деформации медных столбиков (крешеров). Эти приборы получил широкое распространение благодаря дешевизне, простоте и безотказности действия.

О

Рис. 5. 1. Устройство крешерного прибора.

днако крешерный прибор при всех своих достоинствах обладает и значительными недостатками, основным из которых является ошибка вследствие разницы между статическим характером нагрузки при тарировании и динамическим характером нагрузки при измерении, так как при статической и динамической нагрузках пластическая деформация медных крешерах происходит неодинаково.

Попытки тарирования нагрузкой, которая по своему характеру приближалась бы к зависимости давления от времени при выстреле, давали слишком малое приближение к действительной величине измеряемого давления, что не оправдывало необходимых при этом усложнений.

Для устранения указанного недостатка был разработан прибор, осуществляющий измерение давления путем регистрации упругих деформаций стальной сферы. Являясь почти таким же простым в обращении, как и крешерный прибор, данное устройство позволило значительно приблизиться к абсолютной величине максимального давления пороховых газов, получающегося при выстреле.

При соприкосновении шарового выступа с плоскостью поршня (см. рис. 5.2 а) происходит деформация сферической поверхности, и соприкосновение осуществляется на некоторой площади с диаметромd:

, 5.1

где F– сила сжатия шара и плоскости;

R– радиус шара [см];

Е – модуль упругости [кг/см²].

Д

Рис. 5. 2. Прибор для измерения давления пороховых газов:

а– поршень и стальная сфера прибора;

б– снятие размеров отпечатка.

ля того, чтобы отпечаток сферы был ясно виден на поверхности поршня, она перед выстрелом покрывается красящим веществом. Измерение отпечатка на поршне производится с помощью микроскопа с точностью до 0,001 мм. При этом относительная ошибка в измерении давления составляет величину менее 1%. Параллельный пучок света от осветителяО(см. рис. 5.2б), падая на поверхность поршня, зеркально отражается от металлически блестящей части поверхности и не попадает в поле зрения микроскопаМ. Свет же, попадающий на часть поверхности, покрытую краской, отражается диффузно и частично попадает в объектив. При этом в поле зрения микроскопа будет виден круглый отпечаток с резко очерченными краями.

Рассмотренные приборы могут вкладываться в камору (в гильзу) вместе с пороховым зарядом или ввинчиваться в отверстие в канале ствола для измерения максимального давления в различных сечениях. Для регистрации кривой изменения давления от времени необходимо осуществить переход к электрическим преобразователям давления, сходным с рассмотренными во второй части.

Рис. 5. 3. Датчик 2Т6000.

Первоначально для регистрации кривой давления пороховых газов при выстреле использовался параметрический датчик, представлявший собой катушку манганиновой проволоки¹, помещенную в полость, заполненную маслом. Эта полость с помощью мембраны отделялась от пороховых газов. При выстреле маслу передавалось давление пороховых газов, а равномерно обжатая проволока меняла свое удельное сопротивление. Для регистрации изменения сопротивления манганинового первичного преобразователя он включался в мостовую схему².

В последнее время для регистрации импульсных давлений (время развития выстрела – от 3·10^-3до 100·10^-3сек) применяют пьезоэлектрические датчики давления, например, датчик 2Т6000 (рисунок 5.3), с соответствующим комплектом аппаратуры. Для решения проблемы рассасывания зарядов путем сокращения длины линии связи между преобразователем и усилительной (регистрирующей аппаратурой) был разработан специальный вибростойкий автономный регистратор давления (рисунок 5.4), крепящийся непосредственно к исследуемому орудию.

В схеме регистратора, помимо усилителя, предусмотрен аналого-цифровой преобразователь и долговременное запоминающее устройство для хранения 256 восьмибитных отсчетов давления (дополнительно может устанавливаться кассета долговременной памяти на 20 К). Информация с автономного регистраторы с помощью блока съема информации передается в ЭВМ для хранения и обработки.

Для тарирования пьезоэлектрических датчиков давления пороховых газов типа 2Т6000 в СКБ измерительной аппаратуры (г. Нижний Тагил) разработан специальный градуировочный пресс ПТ 7000, позволяющий производить снятие характеристики пьезоэлектрических датчиков при давлениях до 7000 кг/см².

Рис. 5. 4. Автономный регистратор давления.