Джерело струму для електричного підривання моделі «заряду»

Лабораторна робота № 1

 

 

1.1. Мета роботи: Набуття практичних навичок поводження з імітатором «вибуху», ознайомлення з конструкційними особливостями та принципом дії блоку електродугового розряду.

 

1.2. Теоретичні відомості. Електричний розряд в рідині є процесом прямого перетворення електричної енергії в механічну. В практиці користуються розрядами з сильно відмінними параметрами. Основні з них - енергія розряду та його тривалість - можуть змінюватись в широких межах. Так, в технологічних процесах та пристроях, в яких розряд слугує джерелом імпульсів тиску, енергія одного розряду досягає 10 ³... 10 ⁵ Дж [6].

Звичайно використовують розряди в режимі, близькому до критичного, оскільки цей режим забезпечує найбільш швидку передачу енергії накопичувача в канал розряду та найбільший електроакустичний коефіцієнт корисної дії. Тривалість розряду в цьому випадку наближено визначається величиною 2p , де L і С - відповідно, індуктивність та ємкість розрядного контуру. Тривалість розрядів лежить в діапазоні від 10^-3 до 10^-5, температура в каналі розряду 2×10³... 5×10⁴ К. Імпульсні електричні потужності, що розвиваються при розрядах, досягають величин 10²...10⁵ кВт. Щільність енергії в каналі розряду в залежності від енергії розряду та його тривалості суттєво відрізняється, досягаючи в деяких випадках величин 10²...10³ Дж/см², що всього лише на один порядок нижче щільності енергії при вибухах концентрованих вибухових речовин (ВР). Тиск в каналі розряду може досягати 3*10⁹ Па, швидкість розширення стінки каналу»1500 м/с.

Ефективне ініціювання розрядів в мало провідній воді не складає проблем, якщо застосовуються високі напруги (5...100)×10³ В. Але застосування високої напруги пов'язане з певними труднощами - необхідністю забезпечення надійної ізоляції високовольтних мереж, що пов'язане із збільшенням габаритів та маси установок, пожорсткішанням режимів електробезпеки.

Застосування відносно низьковольтних розрядів з тими ж енергіями можливе при використанні способу ініціювання розряду в дротяних містках. Ініціювання розряду дротяними містками основане на використанні електричного підривання провідників у повітряному середовищі. В основних рисах цей вибух можна характеризувати трьома стадіями процесу:

Перша стадія протікання розрядного струму може відбуватись у трьох режимах:

повільного вибуху - коли час випаровування дроту набагато більший часу, необхідного для розвитку нестабільностей в розплавленому дроті;

швидкого вибуху - коли час випаровування провідника малий порівняно з часом розвитку нестабільності;

вибухової абляції - коли час випаровування малий порівняно з часом проникнення температури, що відповідає точці кипіння, на глибині 1/е від радіуса провідника.

Розвиток вибуху в останній ситуації визначається випаровуванням провідника з поверхні.

Перша стадія закінчується переходом провідника в непровідний стан.

Після цього настає друга стадія - пауза струму. Пауза продовжується, поки щільність газу в каналі, що розширюється, не впаде настільки, що стане можливим пробій газу під дією напруги, що залишилась на конденсаторі.

Третя стадія - розряд по газовому каналові. Якщо енергія конденсатора мала, і її достатньо лише для випаровування дроту, друга та третя стадії або відсутні, або слабко виявляються. В випадку вольфрамових провідників слабко виражена пауза струму - струм лише дещо зменшується після вибуху провідника, потім збільшується - настає одразу третя стадія процесу.

Вибух провідника у воді якісно подібний до вибуху його в повітрі. Різниця лише в кількісних характеристиках стадій. При вибуху у воді всі стадії, особливо друга, затягуються в часі, внаслідок інерції води, що заважає розширенню провідника на 1-й стадії та газового каналу - на 2-й та 3-й стадіях. Тривалість паузи струму залежить від матеріалу і для вольфраму мінімальна.

На випаровування провідника витрачається близько 70% енергії конденсатора. З неї в ударну хвилю переходить не більше 25% енергії, а на пульсацію газового пухиря - 30...35% енергії, що виділилась у каналі, тобто, половина енергії конденсатора витрачається на теплові втрати. Застосування алюмінієвого дроту збільшує енергію розряду вдвічі за рахунок реакції Al з киснем - продуктом дисоціації води. Це дає великий екзотермічний ефект.

Якщо резерви збільшення енергії електророзряду обмежені напругою та ємкістю конденсатора, то в каналі розряду збільшити енергію можна введенням екзотермічних домішок.

Шляхом зміни таких параметрів електрозаряду, як U, C, L_k, R_k та довжини міжелектродного проміжку чи провідникового містка d, можна забезпечити перерозподіл енергії розряду (більше - в ударну хвилю, менше - в енергію пульсування газового пухиря).

Оцінку максимального тиску в ударній хвилі (УХ)можна виконати за виразом:

,                                              (1.1)

 

де C - ємкість конденсатора, Ф; U - напруга на ємкості, В; L_k - індуктивність, Гн; r - відстань від осі каналу розряду, см.

 

1.3. Блок електродугового розряду. Блок складається з одно-півперіодного випрямляча напруги ±300 В для зарядження конденсаторів, ємкість яких складає 5000 мкФ, перемикача для зарядки та розрядки конденсаторів, тиристора Т-160, що включає напругу на спіраль при натисканні кнопки «пуск», та трансформатора для зовнішнього запускання розгортки осцилографа. Напруга заряду чи розряду на конденсаторах спостерігається за допомогою вольтметра (рис. 1.1).

Спіраль виготовляється з дроту ПЕП чи ПЕВ Æ 0,2 мм і складається з двох витків, намотаних на стрижень Æ2 мм.

Енергія спіралі при вибуху визначається за формулою:

 

,                                                     (1.2)

 

де Q - енергія спіралі, Дж; C - ємкість конденсатора розряду, мкФ; U -напруга розряду, кВ.

Робота з блоком електродугового розряду виконується в такій послідовності:

вилку шнура блока включити в розетку 220 В;

поставити вилку запобіжника в гніздо ПР;

кабель для запуску розгортки осцилографа включити на зовнішній запуск, а перемикач запуску розгортки поставити в положення 1:1 або 1:10, попередньо вибравши рівень запуску;

включити тумблер мережі на блоці ЕДР;

тумблер «заряд-розряд» переключити в положення «заряд»;

в зажимах для спіралі закріпити манганінову, константанову чи ніхромову дротину Æ0.2...0.3 мм;

датчик закріпити на необхідній відстані від спіралі;

включити вилку шнура спіралі в гніздо на блоці ЕДР;

підготувати осцилограф до запису;

тумблер «заряд- розряд» - в положення «розряд»;

натиснути на кнопку «пуск».

 

1. 4. Запитання для самоперевірки:

1. Назвіть параметри електророзряду, що визначають щільність енергії в каналі розряду.

2. Назвіть стадії вибуху дротяного містка.

3. Перелічіть параметри електророзряду, що визначають максимальний тиск в ударній хвилі.

4. Які основні елементи блоку електродугового розряду?

5. Послідовність роботи з блоком ЕДР.

 

Лабораторна робота № 2

 

Органи керування двопроменевим запам 'ятовуючим осцилографом С8-17

 

2.1. Мета роботи:    Ознайомлення та набуття навичок роботи з осцилографом С8-17.

 

2. 2. Призначення органів управління осцилографом та їх графічне зображення наведено в таблиці.

 

Таблиця 2.1. Органи управління осцилографом та їх призначення

№ п/п		Орган управління			Призначення				Примітка
1		2			3				4
1.		®)			Для введення досліджуваного сигналу підсилювача вертикального відхилення У1 і У2
2.					Для перемикання відкритого і закритого входів підсилювачів У1 та У2
3.		V/ поділка			Для встановлення необхідного коефіцієнту відхилення для підсилювачів У1 і У2
4.		­         «			Для переміщення зображення променя
5.		Корр.			Для  точної  установки  каліброваних коефіцієнтів відхилення
6.		Балансир.			Для зменшення стрибка променя від дії перемикача V/поділка
7.		¿ Ñ			Для плавної зміни коефіцієнта відхилення підсилювачів У1 та У 2
8.		±         ±			Для зміни полярності зображення сигналу підсилювача вертикального відхилення У1
9.		Шкала У1,У2			Для перемикання шкали на промені 1 та 2
10.		Підстройка шкали			Для стійкого зображення шкали на екрані
11.					Для регулювання ясності освітлення шкали на екрані осцилографа
12.		Шкалу від-­ ключено			Для вимикання шкали				Ліва сторона стінки
1			2				3			4
13.			Кор. Х1, Х2				Для точного встановлення каліброваних коефіцієнтів розгортки 1-го та 2-го променів			Правий бік
14.			Балансир.				Для балансування підсилювача вертикального відхилення. Зменшує зміщення променя при обертанні ручки плавного регулювання Ñ  підсилювачів			Лівий бік
15.							Для переключення відкритого та закритого вхо-дів підсилювача вертикального відхилення У2			Лівий бік
16.			®É				Для введення досліджуваного сигналу підсилювача У2			Лівий бік
17.			Шкала УІ, У2				Для зміщення шкали по вертикалі для 1-го та 2-го променів
18.			Готов				Для дистанційної підготовки розгортки в однократному режимі			Правий бік
19.			Х2 ®Х1				Для перемикання пластин У на X
20.			Ярко				Для включення режиму роботи без запам'ятовування із збільшеною ясністю
21.			Без запам'я-товування				Для включення режиму роботи без запам'ятовування
22.							Для включення режиму з запам'ятовуванням
23.			Форсир.				Для включення режиму форсованого запам'ятовування
24.			◑				Для включення режиму з запам'ятовуванням із збільшеною контрастністю зображення
25.			Стирання ¤				Для включення  режиму з автоматичним стиранням
26.			Частота				Для  вибору  часу  відтворення  при автоматичному стиранні
27.			Стирання \\І//				Для ручного стирання записаного зображення
28.			Час/поділ­ка				Для вибору каліброваного коефіцієнта розгортки
29.			Z\\І//АВТ				Для вибору очікуючого, разового та автоколивального режимів розгортки
30.			Готов				Для підготовки розгортки до однократного запуску
31.			Запуск				Для вибору     джерела запуску розгортки: У1,У2, мережа «1:1», «1:10»
32.			±				Для вибору полярності запуску розгортки