Під час досліджень і розробок і тестування сучасних упакованих накопичувачів енергії (таких як блоки живлення в портативному обладнанні та модулі живлення) одним із критичних експериментів є тест на розрив. Його мета — імітувати процес, коли через аномальні хімічні реакції всередині пристрою швидко утворюється велика кількість газу, що спричиняє стрибок тиску в корпусі та його розрив протягом десятків мілісекунд. Це дозволяє інженерам фіксувати ключові дані: піковий тиск у момент розриву, швидкість зростання тиску та місце початку розриву. Ці дані безпосередньо визначають розрахунковий запас міцності корпусу та ефективність його конструкції для скидання тиску.
Однак безпосереднє вимірювання тиску під час процесу розриву представляє три інженерні проблеми:
Випадкове розташування розриву– Розрив, як правило, відбувається в найслабшому місці корпусу; вимірювання в одній точці може пропустити справжній пік тиску.
Живучість датчика– Датчик повинен витримувати удар надвисокого тиску від розриву без пошкодження; інакше дані будуть втрачені.
Контрольована вартість– Оскільки один вибух може зруйнувати вимірювальну установку, вартість датчика має бути прийнятною.
Ці проблеми разом вказують на потребу в датчику тиску, який був би малим, стійким до високого тиску, придатним для багатоточкового розгортання та помірною ціною. У наступних розділах детально описано його конкретну роль у пакетному тестуванні.
Принцип вимірювання: від тиску до електричного сигналу
Такі датчики зазвичай використовують п’єзорезистивний принцип. Основним чутливим елементом є міст Уітстона, виготовлений на металевій діафрагмі або кремнієвій пластині. Коли тиск газу діє на діафрагму датчика тиску, діафрагма зазнає пружної деформації в мікронному масштабі, викликаючи зміну опору моста. Ця зміна генерує сигнал напруги на рівні мілівольт, пропорційний тиску. Потім зовнішня система збору даних перетворює цей сигнал у значення тиску.
Принцип вимірювання тиску стружки
Під час випробування на розрив швидкість утворення внутрішнього газу надзвичайно висока. Тиск часто стрибає від нормального значення до піку протягом десятків мілісекунд і може ненадовго виходити за межі діапазону датчика. Таким чином, окрім достатньої швидкості відгуку (рівень мілісекунд), датчик повинен витримувати короткочасне перевантаження без пошкоджень – що є основною причиною його розробки, щоб витримувати десятки мегапаскалів.
Розгортання масиву для захоплення ініціації розриву
Розрив окремого корпусу зазвичай починається з локалізованої слабкої точки (наприклад, зварного шва, кута або найтоншої ділянки стінки). Щоб зафіксувати місце початку розриву та проаналізувати розподіл тиску, часто використовується схема розгортання масиву: кілька датчиків встановлюються в різних місцях на одній камері з нержавіючої сталі (яка імітує фактичний корпус або служить кріпленням), і всі датчики одночасно записують криві тиск-час. Шляхом порівняння часу та амплітуди пікового тиску в каналах можна точно визначити точку початку розриву та зробити висновок про шлях поширення газової ударної хвилі.
Схема розгортання масиву
Механічний інтерфейс і можливість встановлення
З’єднання між датчиком і камерою з нержавіючої сталі ґрунтується на стандартних механічних різьбових інтерфейсах (наприклад, M20×1,5, G1/4, NPT), з використанням торцевих ущільнень або конічних різьбових ущільнень, щоб уникнути витоку під тиском у десятки мегапаскалів. Якщо тестове пристосування має нестандартну різьбу або обмежений простір, розміри інтерфейсу можна налаштувати, включаючи тип різьби, діаметр ущільнювальної поверхні, довжину різьби та навіть зовнішній контур датчика, не змінюючи наявне пристосування.
Інженерні міркування: розмір і вартість
Під час тестування на розрив існує певна ймовірність того, що датчик буде пошкоджено разом із зразком (через пластичну деформацію або розрив чутливої діафрагми, спричинений надмірним тиском). Тому датчик має бути компактним (діаметр приблизно . 10–20 мм, довжина 30–60 мм), щоб його можна було розмістити поблизу зварних швів корпусу або у вузьких щілинах. Водночас вартість одиниці має бути нижчою, ніж звичайні датчики тиску на ринку, що робить економічно доцільним широкомасштабне багатоточкове розгортання.
Висновок
Основна роль датчиків тиску при випробуванні на розрив полягає в надійному перетворенні швидкоплинних змін високого тиску газу всередині накопичувача енергії в записувані електричні сигнали, таким чином кількісно визначаючи тиск розриву, визначаючи джерело розриву та оцінюючи швидкість зростання тиску. Без таких датчиків інженерам довелося б оцінювати піковий тиск опосередковано за морфологією фрагментів корпусу або об’ємом залишкового газу після вибуху, вносячи великі похибки. Завдяки розгортанню масиву, налаштуванню інтерфейсу, компактному розміру та помірній вартості ці датчики дозволяють одночасно реєструвати тиск (у десятках мегапаскалів) із кількох слабких місць камери з нержавіючої сталі, забезпечуючи прямі кількісні дані для конструкцій безпечної конструкції та попередження про несправності упакованих корпусів.
Потрібен датчик тиску для тестування на розрив або інших вимогливих додатків?
Зв’яжіться з нами сьогодні – ми запропонуємо найкраще рішення відповідно до ваших вимог.
📧 Електронна пошта: mihuitec@gmail.com
📞 Телефон: +86 18066965135
🌐 Веб-сайт: https://www.mihuitec.com/
