генератор импульсов давления для динамической калибровки датчиков давления

Формула изобретения

ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКИ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ, содержащий источник напряжения и электрическую цепь, включающую электрический разрядник с первым и вторым электродами, накопительный конденсатор, разрядный резистор, высоковольтную электродную систему и общую минусовую шину, причем одна из обкладок накопительного конденсатора и первый электрод разрядника подключены к источнику напряжения, вторая обкладка накопительного конденсатора соединена с минусовой шиной, второй электрод разрядника связан с электродной системой и соединен с разрядным резистором, подключенным к минусовой шине, отличающийся тем, что, с целью расширения амплитудного диапазона и упрощения конструкции электродной системы, в него введен дополнительный конденсатор, включенный параллельно разрядному резистору, а электродная система выполнена в виде кольцевого плоского электрода с выводом, расположенного на одной стороне введенной диэлектрической пластины, и заземленного и высоковольтного плоских электродов Т-образной формы, расположенных диаметрально противоположно на другой стороне пластины и перекрывающих кольцевой электрод с выводом, при этом заземленный и кольцевой электроды подключены к минусовой шине, высоковольтный электрод соединен с вторым электродом разрядника, а дополнительный конденсатор включен между высоковольтным электродом и общей минусовой шиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приборостроению, в частности, к устройствам для динамической калибровки датчиков быстропеременных давлений.

Известно устройство, являющееся аналогом изобретения, носящее название генератора акустического удара и состоящее из цилиндра с поршнем, причем открытый конец цилиндра закрыт бумажной лентой, а поршень под действием сжатой пружины находится в оттянутом положении [1] . Когда поршень освобожден, воздух или другой рабочий газ перед ним сжимается адиабатически до тех пор, пока при некотором критическом давлении не прорвется бумажная лента. Затем процесс повторяется. Устройство приводится в действие электромотором. В обычных генераторах давление прорыва ленты составляет около 3,5 кг/см², время между импульсами от 3 до 30 с.

Осциллограммы импульсов давления показывают, что ударная волна распространяется сферически. Величина продолжительности калибровочного импульса 250 мкс, амплитуда импульса может быть почти 100 дБ или 210^-4 мкбар. Частотный спектр обычно располагается в диапазоне от 1 до 8 кГц. В измеренном спектре существуют резонансы и антирезонансы, возникающие из-за наличия короткой трубки перед цилиндром генератора вдоль оси. Недостатком описанного генератора является ограниченность амплитуды пика давления сотней децибел, а также невозможность снижения времени нарастания пика давления менее 125 мкс.

Известно также устройство, состоящее из электрической схемы, сформированной накопительным конденсатором, разрядником и разрядной электродной системы. Электродная система состоит из кабеля, свернутого в кольцо радиусом 50 мм, причем на освобожденную от экранирующей оплетки поверхность изолятора наложены кольцевые электроды с межэлектродным промежутком около 5 мм и шириной 10 мм. Центральная жила кабеля соединена с последним (расположенным на конце кабеля) электродом. Полная энергия, запасаемая в электрической схеме не более 100 Дж, полное время разряда зависит от давления газовой среды и составляет 25-50 мкс. Установка может функционировать в азоте, воздухе, аргоне при давлении от 1 до 760 торр.

Контроль давления в центре кольца осуществляется пьезодатчиком с акустическим звукопроводом, при этом установлено, что при максимальном энерговкладе (W 100 Дж) отношение давления p за фронтом первой сходящейся ударной волны к исходному давлению p_o в камере достигает p/p_o - 50 при p_o= 75 торр и p/p_o - 10 при p_o= 760 торр.

Недостатком описанного устройства как генератора сигналов для динамической калибровки датчиков быстропеременных давлений следует считать сложность изготовления электрода-кабеля, ограничения по энерговкладу на единицу площади электродной структуры, геометрические ограничения при реализации электрода-кабеля, связанные с ограниченностью типоразмеров существующих коаксиальных кабелей. Наложенные на изолятор электроды не обеспечивают синхронность генерации ударных волн от последовательно включенных разрядных промежутков, которые в начальный момент должны рассматриваться как точечные источники возмущений.

Цель изобретения - упрощение конструкции генератора и обеспечение более высокого и однородного энерговклада.

На фиг. 1 представлена схема генератора сигналов для динамической калибровки датчиков быстропеременных давлений; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке В на фиг. 1.

Генератор состоит из накопительной конденсаторной батареи 1, двух управляемых разрядников 2, разрядного резистора 3, обострительной емкости 4 и электродной системы, включающей в свою очередь Т-образные электроды 5, 6, выполненные в виде фигурных пластин и установленные на рабочей поверхности диэлектрической пластины 7 (фиг. 3) и кольцевой медный электрод 8, размещенный в свою очередь на обратной стороне диэлектрической пластины (фиг. 2). Электроды 5, 6 и 8 ориентированы на пластине таким образом, чтобы обеспечить взаимное перекрывание при совмещении электродов в одной плоскости, при этом высоковольтный и заземленный электроды взаимнопротивоположны на проекции кольцевого электрода на плоскость, на которой расположены электроды. Ширина кольцевого электрода не более 2 мм. Диаметр кольцевого электрода D, толщина диэлектрической пластины подбирается из условия реализации заданного энерговклада с целью получения ударной полны кольцевой формы, которая обеспечивает в центральной области электродной системы заданный уровень импульсного давления. Величины накопительной и обострительной емкостей, сопротивление разрядного резистора определяется из условия обеспечения заданного времени импульса и скорости разрядного тока в цепи генератора.

Минимальное время разряда _вклад. пропорционально и обеспечивается в режиме согласованного ввода энергии в генератор, когда R R2 , где L - конструктивная индуктивность; С - емкость; R - сопротивление разрядного резонатора. При характерной ширине канала разряда 210^-3 м и допустимой поверхностной плотности энергии в канале 10⁴ Дж/м² в газовой среде формируется цилиндрическая ударная волна с p/p_o 1. Для получения больших амплитуд калибровочных сигналов используется эффект интерференционного сложения ударных волн на оси кольцевого генератора, что позволяет, избегая эрозионного разрушения материала диэлектрика, получить в газе p/p_o>> 1 над рабочей поверхностью подложки.

Для получения наибольшей крутизны волновых фронтов обычно выполняются соотношения С_об 0,4С_н, где С_об- обострительная емкость; С_н - накопительная емкость (см. работу Горячкин и др. СО₂ - лазеры атмосферного и сверхатмосферного давления с самостоятельным разрядом / Изв. АН СССР, сер, физическая, 1982, т. 16, N 10-С. 1877-1885). При этом для получения разрядного канала с однородным распределением энергии в плазме необходимо выполнить условие U= (2. . . 3)U_пр., где U - напряжение источника питания, U_пр. - напряжение пробоя промежутка (см. Баранов В. Ю. , Борисов В. М. , Высикайло Ф. И. , Христофоров О. Б. Исследование условий формирования однородного сильносточного скользящего разряда / ТВТ, 1984, т. 22, N 4, с. 661-662).

Генератор сигналов для динамической калибровки датчиков быстропеременных давлений работает следующим образом. При подключении источника питания к электрической схеме генератора происходит зарядка накопительной конденсаторной батареи. После срабатывания разрядников накопленная энергия переходит в искровой многоканальный пробой газа по поверхности диэлектрика по двум полным полуокружностям от высоковольтного электрода к заземленному. Пробой газа происходит согласованно через _разр. 0,1-1 мкс после прохождения волны напряжения по разрядному промежутку. Выделение тепла в области полукольцевых газовых каналов вызывает образование кольцевой ударной волны, которая распадается на две волны, идущие к периферии и центру электродной структуры. В момент прихода ударной волны к центру электродной структуры развивается импульс давления, который и является калибрующим импульсом давления генератора сигналов. Обеспечивая импульсную подачу питания на накопительную батарею, достигается частотный режим работы генератора. При необходимости генератор может работать в режиме генерации моноимпульсов.