БЛОК ИЗМЕРЕНИЙ КОМПЛЕКСА ВНУТРИСТВОЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ

Предлагаемая к рассмотрению полезная модель (далее ПМ) относится к объектам измерительной техники: к средствам, предназначенным для проведения испытаний боеприпасов и их составных частей, артиллерийских систем.
Измерение давления является одним из основных видов измерений, применяемых в экспериментальной баллистике и для решения практических задач.
Известны вкладные крешерные приборы. Они предназначены для измерения максимального давления в зарядной каморе артиллерийского орудия. Крешерный метод измерения максимального давления является основным при баллистических испытаниях и в артиллерийской практике.
В книге Шкворникова П.Н. и Платонова Н.М. «Экспериментальная баллистика. Приборы и методы баллистических измерений» М.: Оборонгиз, 1953, стр.33 представлен вкладной крешерный прибор, содержащий измерительный элемент - крешер в виде столбика цилиндрического или цилиндроконического и конструктивные элементы для передачи давления пороховых газов на крешер. Недостатками измерительного элемента известного устройства является: измерение только максимального давления; измерение не действительного, а крешерного давления, имеющего погрешность от 10 до 30% в сторону уменьшения измеряемого давления; применение ручного способа обработки и представления полученных результатов.
Известен комплекс для внутриствольных измерений давления (далее Комплекс), включающий блок измерений и блок базовый. Комплекс изготавливается ФКП «Нижнетагильский институт испытания металлов» по документации АШВ 2.832.047. Указанный Комплекс предназначен для использования при проведении испытаний стрельбой из артиллерийских орудий средних и крупных калибров с гильзовым или безгильзовым заряжанием, путем размещения блока измерений в гильзе артиллерийского выстрела или картузе соответственно.
Блок измерений помещен в кожух с крышкой, которые выполнены из стали с высокими механическими свойствами. Блок измерений содержит автономную систему питания, датчик давления, выход которого соединен с первым входом преобразователя, второй вход преобразователя соединен с соответствующим выходом вычислительного средства, а выход преобразователя - с соответствующим входом вычислительного средства и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с соответствующим выходом вычислительного средства, а выход компаратора - с соответствующим входом вычислительного средства, вычислительное средство
выполнено с возможностью последовательного включения 4-х режимов функционирования блока измерений:
- режима ожидания и выполнения отсчета заданного интервала времени по сигналу с блока базового;
- режима измерения и подачи соответствующих заданных уровней постоянного напряжения на второй вход преобразователя и на второй вход компаратора, выполнения преобразований аналогового выходного сигнала с преобразователя в цифровую форму с заданной частотой дискретизации Fд, записи результатов преобразований и хранения заданного количества результатов от предшествующих преобразований по сигналу окончания заданного интервала времени, а по сигналу с выхода компаратора выполнения записи и хранения заданного количества результатов преобразований;
- режима копирования и выполнения копирования сохраненных результатов преобразований для энергонезависимого хранения по сигналу о записи заданного количества результатов преобразований и последующего выключения блока измерений;
- режима считывания и выполнения считывания результатов преобразований в блок базовый по сигналу с блока базового.
Блок базовый Комплекса содержит устройство согласования и персональный компьютер, имеющий общее и специальное программное обеспечение. Блок базовый предназначен для записи специального программного обеспечения в блок измерений, подачи сигнала на включение режима ожидания блока измерений, считывания результатов измерений с вычислительного средства блока измерений, обработки и представления полученных результатов.
Недостатком блока измерений известного Комплекса является возможность разряда автономного источника питания, входящего в состав его автономной системы питания, при функционировании блока измерений в режиме измерений более трех часов. При проведении полигонных испытаний по заданной программе может появиться необходимость проведения дополнительных мероприятий, вызванная, например изменениями метеоусловий и др. Указанные временные рамки ограничивают возможность применения Комплекса в практике полигонных испытаний.
Задачей, которую решает представленная ПМ, является увеличение длительности функционирования блока измерений Комплекса в режиме измерений. Техническим результатом, достигаемым при использовании ПМ, является уменьшение энергопотребления при функционировании блока измерений в режиме измерений.
К данному описанию прилагается фиг. На ней представлена блок-схема Комплекса, где 1 - автономная система питания; 2 - датчик давления; 3 - преобразователь;
4 - компаратор; 5 - вычислительное средство; 6 - устройство согласования; 7 - персональный компьютер.
Поставленная задача решается предлагаемым блоком измерений содержащим автономную систему питания, датчик давления, выход которого соединен с первым входом преобразователя, второй вход которого соединен с соответствующим выходом вычислительного средства, а выход преобразователя - с соответствующим входом вычислительного средства и первым входом компаратора, второй вход которого соединен с соответствующим выходом вычислительного средства, а выход компаратора с соответствующим входом вычислительного средства, а вычислительное средство выполнено с возможностью последовательного включения 4-х режимов функционирования блока измерений:
- режима ожидания и выполнения отсчета заданного интервала времени по сигналу с блока базового;
- режима измерения и подачи соответствующего заданного уровня постоянного напряжения на второй вход преобразователя и на второй вход компаратора, выполнения преобразований аналогового выходного сигнала с преобразователя в цифровую форму с заданной дополнительной частотой дискретизации Fдд, где Fдд>0, и выполнения записи результатов преобразований и хранения заданного их количества от предшествующих преобразований по сигналу окончания заданного интервала времени, а по сигналу с выхода компаратора выполнения преобразований выходного сигнала с преобразователя с частотой дискретизации Fд, где Fд≫Fдд и выполнения записи и хранения заданного количества результатов преобразований;
- режима копирования и выполнения копирования сохраненных результатов преобразований для энергонезависимого хранения по сигналу о записи заданного количества результатов преобразований и последующего выключения блока измерений;
- режима считывания и выполнения считывания результатов преобразований в блок базовый по сигналу с блока базового.
Перед помещением блока измерений в гильзу артиллерийского выстрела или картуз к нему подключают блок базовый. С персонального компьютера 7 через устройство согласования 6 с использованием электрического кабеля с разъемами вводится в вычислительное средство 5 блока измерений специальная программа с заданными порядком и условиями работы блока измерений. Затем подается сигнал на включение блока измерений и начало отсчета заданного интервала времени, т.е. на функционирование блока измерений в режиме ожидания. Длительность указанного интервала определяется технологическими особенностями подготовки к различным видам
испытаний, включая, например: темперирование артиллерийского выстрела, размещение блока измерений в гильзе или картузе, перемещение на позицию и др. Отсчет осуществляется вычислительным средством 5. Для автономной системы питания 1 могут быть использованы в качестве автономного источника питания литиевые элементы, например: типа DL1/3N фирмы Duracell. Время саморазряда указанных типов литиевых элементов достигает нескольких лет. В качестве датчика давления может быть применен пьезоэлектрический датчик давления типа 2Т 6000К, изготовленный ФКП «Нижнетагильский институт испытания металлов» по документации АШВ 2.832.010.
Одним из критериев выбора электронных компонентов блока измерений являются их габаритные размеры.
После окончания заданного интервала времени блок измерений начинает функционировать в режиме измерений. В реализации указанного режима заложено соответствие этапам испытаний: подготовки к выстрелу и проведение выстрела. После окончания заданного интервала времени с вычислительного средства 5 одновременно подаются соответствующие заданные уровни постоянного напряжения на второй вход преобразователя заряда в напряжение 3 и на второй вход аналогового компаратора, и начинаются преобразования аналогового выходного сигнала с преобразователя заряда в напряжение 3 в цифровую форму с дополнительной частотой дискретизации Fдд, где Fдд>0. Дополнительная частота дискретизации Fдд выбирается как минимально возможная в данной реализации вычислительного средства 5. Одновременно осуществляется запись и хранение заданного количества результатов предшествующих преобразований, так называемой «предыстории». Постоянное напряжение на второй вход преобразователя заряда в напряжение 3 подается для установки уровня выходного напряжения преобразователя заряда в напряжение 3 при отсутствии сигнала с выхода пьезоэлектрического датчика давления 2, то есть для установки уровня "нуля" выходного сигналя с преобразователя заряда в напряжение 3. Величина указанного напряжения находится в зависимости от температуры окружающей среды. Постоянное напряжение на второй вход аналогового компаратора подается для установки уровня порога для сигнала с выхода преобразователя заряда в напряжение 3. Величина указанного напряжения находится в зависимости от уровня шумов.
Указанный этап работы блока измерений в режиме измерений соответствует этапу подготовки к выстрелу при проведении испытаний. Длительность этого этапа не является постоянной величиной при проведении испытаний из-за необходимости учета разных факторов как технического, так и организационного характера, например: наличия соответствующих метеорологических условий. Малая частота дискретизации Fдд
обеспечивает небольшое потребление от автономной системы питания 1 в режиме измерения и позволяет увеличить работоспособность блока измерений до нескольких суток.
При превышении выходным сигналом преобразователя заряда в напряжение 3 порогового уровня, заданного вычислительным средством 5, срабатывает аналоговый компаратор 4. Это срабатывание происходит в начале процесса воспламенения порохового заряда. Измерение давления в каморе орудия при выстреле происходит в малый промежуток времени: от 0,001 до 0,04 сек. Преобразования аналогового сигнала с выхода преобразователя заряда в напряжение 3 происходит с заданной частотой дискретизации Fд. Выбор этой частоты осуществляется с учетом теоремы отсчетов В.А.Котельникова и достигает сотен кГц, т.е. Fд≫Fдд. Результаты преобразований поступают непосредственно в оперативно-запоминающее устройство вычислительного средства 5 с заданной емкостью. После его заполнения производится копирование полученных результатов преобразований в постоянное запоминающее устройство вычислительного средства 5 для энергонезависимого хранения, а затем выключение блока измерений.
После проведения испытаний блок измерений соединяют с помощью электрического кабеля с разъемами с блоком базовым. С персонального компьютера 7 через устройство согласования 6, входящих в состав блока базового, подается сигнал на считывание полученных результатов в персональный компьютер 7 для дальнейшей их обработки для представления зависимости величин давления в зарядной каморе артиллерийского орудия от времени.
Применение предложенной ПМ позволяет расширить временные границы работоспособности блока измерений и Комплекса в целом, т.е. сделать его более удобным для проведения испытаний, не связанных с исследовательскими задачами.