Принципы измерения давления внутри камеры

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

Техническим заданием предусмотрено измерение давлений внутри объекта 10…100 кг/см². Объект представляет собой замкнутый сосуд диаметром 800 мм, находящийся под давлением (рис. 3.7). Давление внутри сосуда вызывает напряжение в стенке оболочки

и ее деформацию ( Е- модуль Юнга, - абсолютное удлинение оболочки, L- длина окружности оболочки).

Деформация сосуда составляет 0, 5%, поэтому дугу можно считать прямолинейным отрезком.

Рис.3.7. Деформация сосуда под давлением

Идея заключается в том, что на сосуде размещается незамкнутый обруч из упругого материала, закрепленный одним концом R. На свободном конце обруча расположен чувствительный элемент (диполь) D. При деформации сосуда, происходит перемещение чувствительного элемента на расстояние 0.. , пропрциональное давлению внутри сосуда. Перемещение чувствительного элемента, представляющего магнитный диполь (намагниченный сердечник), регистрируется магнитометром.

Таким образом, измерение давления опосредовано оценивается по изменению магнитного поля чувствительного элемента при его перемещении. Схема включения магнитометра выбрана градиентометрической. При отсутствии давления индикатор магнитометра будет показывать нулевое значение. Это позволяет тарировать индикатор в единицах измерения давлений.

Опытным путем установим зависимость регистрируемого магнитного поля от перемещения диполя относительно магнитометра-градиентометра.

Для проведения опыта используются следующие источники магнитного поля:

– неодимовый стержневой магнит (Nd2Fe14B);

– бистабильный ферромагнетик БИСЕР-1.

Неодимовый стержневой магнит с аксиальной намагниченностью размера 5× 25 мм имеет остаточную магнитную индукцию 1170–1220 мТл и коэрцитивную силу ≥ 955 кА/м.

Магнитное поле чувствительного элемента регистрируется магнитометром-градиентомером. Применение градиентометрических измерителей магнитного поля повышает помехоустойчивость и точность измерений, снижает порог чувствительности. Градиентометр настраивается на источник поля, расположенный в заданном пространстве и с заданным градиентом поля источника поля.

Схема опыта для измерения давления и перемещения приведена на рис. 3.8. Магнитометр включен в режиме градиентометра (схема 2.9). Принцип работы градиентомера основан на дифференциальном включении двух феррозондовых преобразователей, расположенных на базовом расстоянии друг от друга. То есть, используя два феррозонда, мы измеряем разность индукций магнитного поля в двух точках пространства.

Рисунок 3.8. Схема установки для проведения опыта

(1 – магнитометр; 2, 3 – феррозонды; 4 –чувствительный элемент - магнит;

h – база, расстояние между феррозондами) и распределение поля магнита в пространстве

Для настройки нуля градиентометра необходимо удалить от прибора локальные ферромагнитне массы. Расстояние между датчиками (база) 100 мм. Измерения магнитного поля производятся на двух расстояниях от феррозондов у = 50 мм и у=100 мм вдоль оси х. Магнит расположен соосно феррозондам. Координаты феррозондов по оси х 3 и 13см.

Для точности каждый опыт повторялся три раза. По полученным данным были построены графики зависимости регистрируемого магнитного поля от перемещения источника МП (рис. 3.9, 3.10).

Чувствительный элемент (неодимовый магнит), у = 50 мм (рис. 3.9, а) и у=100 мм (рис. 3.9, б).

а б

Рисунок 3.9. Магнитное поле, создаваемое чувствительным элементом (неодимовый магнит) по оси x, расположенного на расстоянии y=50 мм (а) от феррозондовых датчиков и на расстоянии у = 100 мм (б).

Далее для опытов использовался чувствительный элемент БИСЕР-1 длиной 120 мм, намагниченный в одном направлении. Чувствительный элемент БИСЕР-1, у = 50 мм (рис. 3.10).

Рис. 3.10 Магнитное поле, создаваемое чувствительным элемнтом БИСЕР-1

по оси x, расположенной на расстоянии 50 мм от измерительных катушек

Значения индукции магнитного поля, полученные в ходе работы меньше ожидаемого на постоянную величину, так как присутствовал дополнительный источник постоянного магнитного поля.

Информативным является участок между феррозондами. Его можно аппроксимировать до линейной характеристики и по нему судить о перемещении чувствительного элемента. Максимальное удлинение длины окружности сосуда 120 мм, следовательно, база магнитометра должна быть несколько больше.

В следующем опыте мы определили максимально возможное расстояние от феррозондов до чувствительного, которого можно достичь при использовании имеющегося в нашем распоряжении магнитометра. Феррозонды включены, естественно, согласно (схема включения изображена на рис. 2.9). Результаты приведены на рис. 3.11. Практически регистрировать перемещения чувствительного элемент в виде неодимового магнита возможно на расстоянии до одного метра. Чем больше расстояние, тем больше погрешность измерения. Так на расстоянии 1 м погрешность составила 1 см, а на расстоянии 0, 6 м всего 0, 5 см.

Рис. 3.11 Зависимость показаний магнитометра от изменения взаимного положения феррозондов и цилиндрического магнита из неодима с размерами Ø 5´ 25мм

Заключение

1. Результаты теоретической оценки возможности регистрации давлений, перемещений и температур в объекте контроля с использованием чувствительных элементов из бистабильных ферромагнетиков и магнитометрической аппаратуры положительны.

2. Регистрация перемещения бистабильного ферромагнетика (например, БИСЕР-1 или аналогичного ему) осуществима высокочувствительной магнитометрической аппаратурой типа феррозондового магнитометра и регистратора с магнитной антенной.

3. Методы измерений прямые и косвенные:

- измерение перемещения осуществляется методом непосредственной оценки с тарировкой шкалы магнитометра в единицах измерения перемещения;

- измерение давления осуществимо косвенно через цепь следующих структурных преобразований физических величин – «давление – деформация диаметра оболочки объекта – приращение длины окружности – перемещение чувствительного элемента – измерение приращения поля»;

- оценка температуры осуществима дискретно в ограниченном числе заранее оговоренных температурных точек по точке плавления сплава крепящего чувствительный элемент;

- возможна регистрация перемещения заданного значения температурной волны по толщине стенки оболочки по точке Кюри внедренного в тело оболочки чувствительного элемента.

4. Проведены опыты с использованием чувствительных элементов: бистабильная ферромагнитная проволока из викаллоя-1 диаметром 0, 3 мм различной длины от 10 до 200 мм, постоянные магниты разных форм и размеров (неодимовый стержневой магнит с аксиальной намагниченностью с размером 5× 25 мм и другие).

5. В качестве измерителей магнитного поля в опытах использовались

- феррозондовый магнитометр собственной разработки (КИМП-91) с порогом чувствительности 0, 1 мкТл,

- индукционный регистратор Electrosensor (производство USA) с порогом чувствительности 0, 5 мкТл и частотным диапазоном от 0, 5 до 2000 Гц,

- индикатор магнитных бурь (разработка ИЗМИРАН) с порогом чувствительности 2 нТл,

- сверхминиатюрный 3-х компонентный геомагнитный сенсор, встроенный в смартфон Samsung Galaxy A5 с диапазоном измерений ±1200 мкТл и погрешностью ±0, 15 мкТл с выводом информации на ПК.

6. Приведенные в отчете результаты являются оценочными и позволяют сформулировать задачи дальнейших работ:

- выбрать наиболее оптимальные типы чувствительных элементов, включая размеры, материал и конструкцию;

- провести экспериментальные исследования для уточнения параметров информационно-измерительной системы;

- по выбранным типам чувствительных элементов и уточненным параметрам информационно-измерительной системы определить ее структуру;

- разработать и провести испытания системы в реальных условиях;

- определить химический состав сплавов с нормированными точками плавления в заданном диапазоне.

Литература

1. Г.В. Ломаев, Г.В. Каримова Датчики Баркгаузена: монография. – Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2008. – 368 с.

2. Ломаев Г.В. Исследование метода эффекта Баркгаузена и его применение в измерениях, автоматике и контроле материалов иокружающей среды. Дис….докт. техн. Наук. – Ижевск, 1998. – 360 с.

3. Ахизина С.П. Бистабильные магнитные элементы из сплава викаллой: технологический, физический и прикладной аспекты исследования: Дис.... канд. физ.-мат. наук. – Ижевск, 1997. – 224с.

4. Ломаев Г.В., Мерзляков Ю.М. Эффект Баркгаузена.- Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2004. – 164 с.

5. Vazguez M., Gomez – Polo C., Chen D.X., Hernando A.Magnetic bistability of amorphous wires and sensor applications // IEEE Trans. Magnetics. – 1994. – Vol. 30. – ¹. 2. – P. 907-912.

6. С.А.Баранов, В.Ф.Башев, Л.С.Бойко, С.К.Зотов, В.С.Ларин, А.В.Торкунов. Структура и свойства быстрозакаленного микропровода на основе Fe(Co, Ni, Mn) – B – Si – C// Сб.научных трудов «Структура и свойства быстроохлажденных сплавов», Днепропетровск, 1988. – С. 67-69.

7. 97. Носкова Н. И., Вильданова Н. Ф., Потапов А. П., Глазер А. А. Влияние деформации и отжига на структуру и свойства аморфных сплавов//Физика металлов и металловедение, 1992, №2, с. 102-110.

8. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы: Пер. с япон./ Под ред. И.Б. Кекало. – М.: Металлургия, 1987. – 328 с.

9. Золотухин И.В. Физические свойства аморфных металлических материалов. – М.: Металлургия, 1986. – 242 с.

10. Пономарев Б.К., Жуков А.П. Влияние температуры на распределение флуктуаций поля старта аморфного сплава Fe₅Co₇₀ Si₁₀B₁₅// ФТТ. – 1985. – Т.27. – №2. – С.444–448.

11. Абросимова Г.Е., Аронин А.С., Кабанов Ю.П., Матвеев Д.В., Молоканов В.В., Рыбченко О.Г. Зависимость микроструктуры и магнитных свойств массивного аморфного сплава Fe₇₂Al₅P₁₀Ga₂C₆B₄Si₁от термообработки// Физика твердого тела, вып. 12, 2004. – С. 2158-2163.

12. Кринчик Г.С., Чепурова Е.Е., Пономарев Б.К., Ахматова О.П., Жуков А.П. Экспериментальное исследование областей обратной намагниченности в аморфном сплаве Co₇₀Fe₅Si₁₀B₁₅// Известия вузов МВ и ССо СССР, серия «Физика», №3, 1988. - С. 89-94.

⇐ Предыдущая 1 2 3 45