Переход от деформации крешера к давлению может быть осуществлен тремя различными способами:
1) непосредственно по таражной таблице;
2) по таражной таблице с одним предварительным обжатием крешера;
3) по двум предварительным обжатиям крешера.
При определении давления непосредственно по таражной таблице берут крешер определенного размера в зависимости от величины наибольшего давления и сечения поршня крешерного прибора и измеряют его начальную высоту h0. Крешер помещают в крешерный прибор, который в окончательно снаряженном виде вкладывают (ввинчивают) в место измерения давления, и производят выстрел.
После выстрела крешер извлекают из прибора, измеряют его оставшуюся высоту h и находят величину обжатия крешера как разность между начальной и оставшейся высотами:
ε = h0 – h.
По величине обжатия крешера входят в таражную таблицу для данной партии крешеров и находят давление р МПа.
Отличие способа одного предварительного поджатия крешера, предложенного в 1869г. известным русским артиллеристом А.В. Гадолиным, от предыдущего способа состоит в том, что для определения давления берутся крешеры, предварительно обжатые на прессе известным грузом. Предварительное обжатие крешеров производится для того, чтобы уменьшить ошибки при измерении давления, при помощи учета механических качеств отдельных крешеров одной и той же партии и уменьшения влияния разницы в условиях приложения нагрузки при тарировании и при выстреле. Величина нагрузки для предварительного обжатия выбирается с таким расчетом, чтобы соответствующее ей давление было на 10–20 МПа менее ожидаемого при опыте для давлений менее 100 МПа и на 20–40 МПа менее ожидаемого при измерении давлений свыше 100 МПа.
Исходя из ожидаемого давления, и сечения поршня крешерного прибора выбирают размер крешера. Далее, руководствуясь указанными выше рекомендациями, назначают величину давления предварительного обжатия р 1 МПа. Учитывая площадь поршня крешерного прибора, обжимают крешеры на прессе нагрузкой Q=sp 1, соответствующей давлению предварительного обжатия р 1. После обжатия на прессе измеряют высоту h 1 каждого крешера (высота предварительного обжатия) и, войдя по ней (или по
Ε 1 =h0–h 1) в таражную таблицу для данной партии крешеров, находят соответствующие табличные величины давлений р т. Эти значения давлении р т отдельных крешеров могут совпасть с давлением предварительного обжатия р 1 но, как правило, они будут отличаться от последних, вследствие индивидуальных механических свойств каждого крешера. Разность Δ р = р 1– р т является поправкой, характеризующей степень отличия механических свойств данного крешера от средних свойств партии, выражаемых таражной таблицей. Предварительно обжатый крешер вставляют в крешерный прибор, последний вкладывают (или ввинчивают) в оружие и производят выстрел. После выстрела извлекают крешер, обмеряют его высоту h и по этой высоте по той же таражной таблице определяют давление р 2. К этому давлению прибавляют поправку Δ р МПа с ее знаком.
Следовательно, окончательно измеренное давление будет равно
р = р 2+Δ р МПа.
Практикой установлено, что предварительно обжатые крешеры дают на 5–6% большее давление, чем необжатые.
Способ двух предварительных поджатий крешеров дает возможность при измерении давления обойтись без таражной таблицы. Существо его заключается в том, что крешер перед опытом обжимают на прессе двумя последовательными нагрузками, соответствующими двум давлениям р 1 и р 2, отличающимся друг от друга на 10–20 Мпа. При этом большее давление предварительного поджатия должно быть меньше ожидаемого при стрельбе на 10–20 МПа при измерении давления менее 100 МПа и на 20–40 МПа для давления более 100 МПа.
Каждому давлению предварительного обжатия будут соответствовать определенные высоты крешера h 1 и h 2. Считая, что крешер работает в пределах линейного участка характеристики сопротивления, т. е. что величина обжатия крешера прямо пропорциональна нагрузке, можно написать
где р - измеряемое давление;
h - соответствующая ему высота крешера.
Тогда
Где к характеризует приращение давления, приходящееся на 0,01 мм сжатия крешера.[2]
Описанный метод по сравнению с предыдущим имеет то преимущество, что для определения давления этим методом не требуется таражной таблицы. В отношении точности он почти не отличается от способа таражной таблицы с одним предварительным обжатием.
Однако этот способ менее надежен, так как при помощи его правильные результаты могут быть получены лишь при условии, если сопротивление крешера является линейной функцией сжатия не только в границах давления предварительного поджатия, но идо величины измеряемого напряжения.
Метод упругих деформаций
Сущность метода
Метод упругих деформаций основывается на использовании в качестве меры давления упругих деформаций, возникающих в телах под действием приложенных к ним сил.
Принцип измерения давления методом упругих деформаций заключается в следующем. Давление, развивающееся в манометрической бомбе или орудии, действует непосредственно или через поршень на измеритель и вызывает в нем упругие деформации. Эти деформации очень малы и не могут быть с достаточной точностью измерены непосредственно.
Измерение сил и давлении при помощи упругих деформаций является наиболее распространенным методом в технике измерений. Впервые он появился в прошлом веке и применялся главным образом для измерения веса тел, давления жидкости, газа и пара. Первоначально измеритель изготовлялся в форме спиральной пружины или мембраны малой жесткости. Подобные измерители давали достаточно высокую точность при измерении статических сил и давлений. Однако при измерении быстро изменяющихся сил и давлений такие измерители вследствие возникающих больших по амплитуде
собственных вибраций сильно искажали результаты измерений. Поэтому долгое время упруго-индикаторный метод не находил широкого применения при динамических измерениях.
Существенный перелом в применении метода упругих деформаций был произведен работами русского инженера А. Гагарина, который в 1904 г. изобрел упругий динамометр большой жесткости и применил для изучения прочности материалов при динамических нагрузках. Измерителем в этом динамометре была стальная трубка, деформируемая в направлении оси. Вначале запись деформаций производилась механическим путем: стальное перо, соединенное с трубкой, записывало деформации на движущейся закопченной пластинке. Позже механическая запись была заменена более совершен-ной – оптической. Этот вид трубчатого динамометра послужил основой для разработки многих конструкций упругих манометров для
измерения давления пороховых газов.
Упругие манометры с оптической регистрацией позволяют получать полную кривую давления за время действия его на измеритель. Однако на практике часто необходимо знать лишь наибольшую величину действующего давления. Это привело к мысли создать такие упругие манометры, которые в процессе деформации автоматически фиксировали бы наибольшую деформацию, соответствующую наибольшему давлению, подобно тому как в крешерном методе это достигается при помощи остаточных деформаций медных столбиков. Оригинальное решение этой задачи впервые было предложено в 1929–30 гг. советским ученым проф. Н.Н. Давиденковым.
В разработанном проф. Давиденковым динамометре измеритель состоял из двух стальных полусфер малой кривизны, прижимавшихся друг к другу измеряемой силой. Одна из поверхностей покрывалась тонким слоем копоти. При сжатии такого измерителя изменялся диаметр круга соприкосновения двух сферических поверхностей, и вследствие этого поверхность соприкосновения освобождалась от копоти. Таким образом, на закопченной поверхности одной из сфер создавался отпечаток в виде круга, по диаметру которого определялась наибольшая величина измеряемой силы. При этом использовалась опытная таражная зависимость между диаметром отпечатка и величиной деформирующей силы.
Устройство саморегистрирующего упругого манометра показано в разрезе на фиг. 5. Он немного отличается от обычного крешерного прибора. В корпусе 1 собраны поршень 2 и ввинтная головная часть 3, имеющая упор 4 с торцем в форме сферического сегмента малой кривизны. Поршень и упор изготовлены из одной и той же стали и закалены в одинаковых условиях. Плоская поверхность головки поршня и сферическая поверхность упора отшлифованы и полированы. В собранном манометре поверхности находятся в соприкосновении, которое поддерживается силой пружины, помещенной между головкой поршня и корпусом. Перед употреблением манометра торцевую поверхность поршня покрывают тонким слоем копоти или специального лака.
Фиг. 5
Указанный тип упругого динамометра с авторегистрацией наибольшей величины деформации явился основой для разработки упругих динамометров для измерения максимальных давлений в орудиях.
Пьезоэлектрический метод
