Недостатки датчиков
К недостаткам манганиновых датчиков следует отнести зависимость коэффициента пьезочувствительности К от среды, в которую он помещен, и от предыстории нагружения. В [12] показано, что при помещении датчика в в эпоксидную смолу К = (2,3 - 2,7) · 10-3 ГПа-1 в стекле – К = (2,3 – 2,7) · 10-3 ГПа-1 , в окись алюминия – К = (2,7 – 5,7) · 10-3 ГПа-1 . изменение коэффициента пьезочувствительности связывается с различным уровнем деформации среды [13].
Зависимость электросопротивления от давления для манганина марки МНМцАЖ 3-12-0,25-0,2 показана на рис. 5а. Вычитание из экспериментальной зависимости 1 необратимой компоненты изменения сопротивления дает кривую 2, близкую к результатам измерений при гидростатическом сжатии (рис. 5, б)
Рис. 5. Связь между давлением в ударной волне и относительным изменением сопротивления манганиновых датчиков
Кроме основной информации, снимаемой с датчика, при проведении измерений, возникают различные искажения. Величина этих искажений определяются временем установления давления в изоляции (в процессе многократных отражений волн) равному сжимающему напряжению в окружающей среде в направлении, перпендикулярном плоскости датчика. При регистрации волновых профилей одновременно в двух и более сечениях образца искажения накапливаются от датчика к датчику. Таким образом, наибольшая точность измерений достигается при установке одного или нескольких датчиков в одном сечении образца с подбором толщины изоляции. Проблема накопления искажений при установке датчиков в нескольких сечениях образца решается размещением датчиков в нескольких сечениях ступенчатого образца (рис.7,а), но никак не в одном косом сечении (рис. 7,б) [4], поскольку манганиновые датчики регистрируют нормальные механические напряжения [5, 6]
9
Рис. 7. Схема размещения манганиновых датчиков в сечении образца. О - место расположения чувствительного элемента датчика
Омическое сопротивление датчика изменяется не только под влиянием давления, но и в результате деформации чувствительного элемента. В условиях неодномерного нагружения, изменение длины чувствительного элемента датчика приводит к появлению дополнительного приращения сопротивления. Для разделения этих факторов проводят измерения с использованием материалов с существенно различными зависимостями сопротивления от давления. Тогда, имея две осциллограммы и две неизвестные величины – давление и длину чувствительного элемента, нетрудно рассчитать реальный профиль давления Р(t). С целью регистрации величины импульсного механического напряжения в образце применяются так же и датчики из константана, коэффициент пьезочувствительности которого значительно ниже, чем у манганина [5].
Список используемой литературы
[1] – Graham R. A., Asay J. R // High Temperatures – High Pressures. 1978. V.10. P. 235
[2] – Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках. Саров: ФГУП РФЯЦ – ВНИИЭФ, 2003.
[3] – Fuller J. A. Price J. H. // Nature. 1962. V. 193. № 4812. P.262.
[4] – Канель Г. И., Разоренов С. В., Уткин А.В. Ударно – волновые явления в конденсированных средах. М.: Янус – К, 1996.
[5] – Канель Г. И. Применение манганиновых датчиков для измерения давления ударного сжатия конденсированных сред. ВИНИТИ, № 477 – 74 Деп. 1974.
[6] – Дремин А. Н., Канель Г. И. Волны сжатия и разрежения в ударно – сжатых металлах. // ПМТФ. 1976. № 2. С. 146 – 153.
[7] – В.И.Скоков, Ю.В.Батьков, А.Н.Малышев и др. Методика определения откольной прочности конструкционных материалов с помощью манганинового датчика давления. Отчет о НИР, РФЯЦ-ВНИИЭФ, инв. № 3Р-2045/А, 2000, 41с.
[8] - Fuller P. J. A., Price J. H. Electrical conductivity of manganin and iron at high pressures // Nature. 1962. Vol. 193. P. 262 – 268.
[9] – Жугин Ю. Н., Крупников К. К. Индукционный метод непрерывной регистрации скорости конденсированной среды в ударно – волновых процессах. // ПМТФ. 1983. № 1. С. 102 – 108.
[10] – Bauer F. PVF2 – Polymer: Ferroelectrical polarization and piezoelectric properties under dynamic pressure and shock wave action // Ferroelectrics. 1983. Vol. 49. P. 281 – 284.
[11] – Использование манганинового датчика давлений для выявления профиля и определения параметров ударных волн и волн разрежения. Отчет о НИР. Предприятие п/я Г-4665.Павловский М.Н. Инв.№3Р-535/А. 1974.
[12] - Lyle J. W., Schrever R. L., McMillan A. R. Dynamic piezoresistive coefficient of manganin to 392 kbar // J. Appl. Phys. 1969. Vol. 40, N 11. P. 4412 – 4419.
[13] – Канель Г. И., Вахитова Г. Г., Дремин А. Н. Метрологические характеристики манганиновых датчиков давления в условиях ударного сжатия а разгрузки // ФГВ. 1978. № 2. С. 130 – 135.
[14] - Crady D. E., Ginsberg M. J. Piezoresistivity effects in ytterbium stress transducers // J. Appl. Phys. 1977. Vol. 48. № 6. Р 2179 – 2181.
[15] – Методика выполнения измерений параметров ударных волн. МУВ-ММД. РФЯЦ-ВНИИЭФ. Новиков С.А., Батьков Ю.В.. Скоков В.И., Вуколов В.А. Инв.№3М-371. 2004. 42с.