Physische aspecten van de electrohydraulische deformatie

Physische aspecten van de electrohydraulische deformatie

Citation for published version (APA):

Over, J. A. (1964). Physische aspecten van de electrohydraulische deformatie. (TH Eindhoven. Afd.

Werktuigbouwkunde, Laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek : WT rapporten; Vol. WT0096). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1964 Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

~- " " " ' , . - .. , - - . . • -~.- • - " ''''''l' ~-.~ . . .

"

technische hogeschool eindhoven

,,'I',

bit. A_~van

i5

biz ..

laboratorium voor mechanische technologie en we~kpIaatstechnie~

- - - ' - - - ' - \ rapp~r,tnr .• 0096

rapport van de sectie: Snelle deformatie

titel: _{Physische aspecten Van de electrohydraulische}

deformatie.

outeur(s): J .A. Over.'

onderzoekleider: ,'.

JUmmRt.dxr: Dipl. Ing.J. A. • G. Kals. " .

hoogleraar: Prof. dr. P.C. Veenstra.

\

samenvatting

Aan langs electrohydraulische weg opgewekte schokgolvep.' wer . den met behulp van piezo-electri'sche opnemers metinge'I'!

ge:-codering:' .. ' j

P· ... 6.

ai ;" f· .-~ "I> ' . . ,"

.'.

"'-~-~ tre;fwoord: schokg.olf . .. - ' . . < daan. 'Pevens metingen aan ~:..

0-weI'd getrach t om op mechanische' wijze'

ene~g±'~~_

, '.' . "'. de schokgolf te verrichten. De

funda!ll'eIi-:t:ei'e"~eli ,<~; ,~.,'

.

'.

.

perkingen en de instrumentele moeilijkheden van gen.o.emqe" .:;

meetmogelijk~eden worden ui t eengezet. -Tenslotte werden: .l!le:,,"·',

tingen aan het electrisch cireui t uitgevoerd .• Aande.hancr'· van de resul taten wordt een physisch beeld van' ontstaan: en.:

... : .. '

~ ... "

voortplantirig van de schokgolf gegeven. Een uitspr~i;\ltw,(;)'rdt : ~"

r . . . ~. gedaan over het acoustisch rendement van het proc.es.-· #- -;.",

...,' :1\) " . , .( " '.

.

_-" 1---,--~--'---.:.:_':_1 ' . prognose·

Het rendernent van het proces kan verrnoede1.ijk aa'nzienlijlc

.,. ~.

verhoogd worden. Voortgezet onderzoek kan 'leiden' t'ot' ontwik

,~ , '"

keling van een mechanische methode om de ene,rgie; van 'sc,hok-.

" , "

"

-.

, ..

.

golven in water te meten.

". , _, / .- " , .. _{.. ..} "

.

.' _" .~ ..

_.

"~ : .. ~ I

I'

I

datum: . , ~f ~br.~ari

"

.~ .... 1 ~64 I .'

.

.' ,', t ,~ ,.

•

,,, "~ "

0 - 5,-lQ :IS -20 '25 30 -35 r40 4S SO

-rapport nr. 0096 biz. 2 van

75

biz.

I

Physische aspecten van de electrohydraulische deformatie. Inhoud.

1. Doelstelling. 2. Inleiding.

2.1.

Principe van het procesder ele'ctrohydraulische deformatie •. 2.2. Korte historische ont\'likkeling van het proces.

3.

De proefopstelling.

4.

Experimenten met drukopnerners.

4.1.

l"iogelijkheden voor druy..metingen aan schokgolven. 4.2. Eisen aan drukopnemers voor dit onderzo~k.

,.

4.3.

In de handel verkrijgbare opnemers.'

4.4.

Drtikopnemers volgens eigen ontwerp.

·4.4.1.

1nlei _•

4.4.2.

Proeven met drukopnemer

4

.ll-.

3.;

Proeven, met drukopnemer

4.4.4.

Proeven met drukopnenier 4.5. Proefserie met ~.R.C.-opnemer.

4.5.1.'

Opstelling. 4~5.2. Resultaten. 4.~. Gevolgtrekki~gen. 1\ •

B.

c.

5.

Poging- tot ontwikJ.;:eling van een ,mechanische ballistische meet-methode.

5.1.

Inleiding.

5.2. Opbouw en we~king van de impuls6pnemer.

5.3.

Proefmetingen met, de impulsopnemer.' 5.4. Interpretatie der resultaten.

6. Bepaling van de vermogenspuls, welke ter plaatse van de ieer-_" standsdraad wordt toege.oerd;

6.1. Hetingen.

6.2. Energieinhoud van de schokgolf.

6.3.

Conclusies.

7.

Een physisch model van de schokgolf.

7.1.

Inleiding.

.

~

0'

5.

rapport nr. '.

099,6 .

biz .

.3

van 75blz.

I

~~~~--~---~ .... ~---~

. , . 7.2~ Energieverdeling •

.7.3.

Vorming van de schokgolf.

7.4.

Voort~lanting van de ~chokg61f.

.Appendix'I. Het electrisch circuit van de opstelling.

1. De inductieve stroommeter.

1 .. 1. Werking.

T-lS

1.2. IJking.

2. Schatting van d.e electrische parameters van het cireui t .• '/' 20 2S , ... 30 35 :Co .~ . '" ' , '. ,. _, " 50 < ,

o 5 to 15 20 30 3S 40 50

rapport nr.

0096

biz •.

4

vaR'7~ bli.'I~

{~ ..

Bij h~t onderzoek gebruikte BEEaratuur.

1. OscilloscooPt merk Tektronix,' type

551.

Dual-Beam.

,

,.

2. Polaroid-camera, merk Dumont, type

353 ..

3.

Drukopnemer, mark Atlantic Research-Corporation, type BD~10E,

serienr.

164.

4.

Versnellingsopnemer, merk Vibrometer, type

8·

Q/l. 1'OO.QOO·

S;

. '"

serienr. 007.

5.·Spanningsmeet~op, merk Tektronix, typeP 6o~5.

....

6.

,Diverse spannings- en stroommetersf . ingebouwd in het bedienings

, .. paneel van de proefop$telling.

.

.

,

.

..

, ' , . , . ~

-' , . , ,,~, la, 20 2S 30

....

' , ' so

bl~.

5

van

75

biz.

I

1. Doelstelling •

. - D~ ·~e.l-e~~t~ohydraulische vervorr~ingsmethode berust op het feit,

, 'dat ean electrische ontlading, welke plaatsvindt tussen tl'lee

ei~ctroden die in een \Tloeistof zijn geplaatst, een schokgolf

'~n

, die vloeistof , f_~ ,

op~ekt.

'Deze, sch6kgolf blijkt onder bepaalde voorwaarden in staat te

.' .

.

zijn om een in de vloeistof geplaatst werkstuk plastisch te vervQrpien.

" , ' I. Deaandacht is 'in dit rapport gericht op een aantal fysische

,

'

, 'aspecten vim de schokgolf.

" : . De' navolgende verschijnsele,n zijn in verband hiermee van

be-l~ng:

, ,

1" De electri!sche ontlading, in het bij zonder de vorming V8.n

, het, ontladingskanaal, dat verantwoordeli is voor het ont-, staa.nont-, "van de schokgolf.

"

2.'D~verbreiding vande schokgolf in de vloeistof, met name • voo'.r,tplantings~helheid, drukverloop en energie-inhoud van

de golf.

, ,3~De energie-overdracht van de sch,okgolf aan ~en, werkstuk •

.

,

.:rn

het:

·k.ader van dit r,a:pport is in het bijzonder aandacht be-,ateed'aan het onder 2· genoemde.

Ver1l'>!a<?htwotdt,' dat. met behulp van een studie van de onder 1,

. .

." 2 en .

.3

genoemde .aspecten een nadere uitspraak gedaan zal

kun-.;" , '.- -.. ~, , \

~ ....:.~ \'<nen worden 'omtrent devoorwaarden walltronder materiaal

gedefor-!

'.

.' .

(~'~~eerd ;kati' worden.

...

~ . ." .

. .

, , ,,I, , .' - ,_ t .~. '" . werkplaatstechnlek _..

, " . rapport nr.

0096

blz. 6

o

s 1Q 15 20 2S 30 35 40 45 so 2. Inleiding. .. .~ , . ' ... ~ . . t-~ '-,

2.1. Princi evan het . rOyes

derelectrohvdraulisch.eid·ei~rm~tie:: ~.

span

n'lIigs-bron

werkplaatstechnlek'

'.,;.

Het' proces biedt de mogelijkheid om met behurp

;van:

e'Enr normale.hoeveelheid energie

een~

zaer hodg mOl'llent.aan

v~r

....

roogen te ontwikkelen, en weI alB volgt:·~ ".

, .., ...

.

.

a. Een' hoeveelheid electrische energie wOl'dt oP€;"eSlagen·' in een condensator, door daze tot een bepaalde spanning

""'''-. op t~ laden'.

b. Daarna wordt de condenaator ontladen over twee .ele.ctro-den. dieopenige afstand van el'kaar in een ;floeis'tof geplaatst zijn.

.' ',; . " r

Tijdena de optladil'1g treedt er t.usse·n ·de-ele·ctroden een stroomstoot -op'van zeer korteduuren met eenzet?T

.hoge

maximale stroomste1'lde. Tar' ·orientat.i,e: '

" .;...

1. Totale duur van. de genoemde strooinstoot ..

~n·

de

'd._D.

6

or,

O~!3· .. ·

.

. ' . . .

.

-6

-onderzocht'e gevallen: van. 20, x 10

tot.

~O x·10sec,,;

2~ Maxirnale 'stroomster,kte tussen _{.. .'} 30 en 60. kA. . ,

".~ ,

3.

Tuesen deelectroden kan eEn'l' metal~n . ..:wee·l:'i3tandsdraad·. _{, . ~'}

_..

_~. bevestigd worden .. f , d;ie de' ontladi'ng. inleidt" en,:tijdenS, ~~:

de ontlading zijni samenhang verii·estUtwire-expl'osion11 ),.'·

t, • .

Fig. 1 geeft .e~n princ'ipe-schets van' _, . hetpr~ces~

.' . c~r)densa­ ta

-. - -. r . '; -.... ---..."" .:~ --.-" met'vloeistof ~ _ _ _ _ I...,...; _ _ _ ~~ _ _ _ _ _ _ ~_....;...;.-,gevuldi,vat . . , ~ .'

..

.:; ! ,~ ., ' \

.

Fig. 1. Princ;ipeschets vanhet procee.

Sf1Q ' 15 -20 :'25 30 - 35- 40-4S I-50 I

-rapport nr. 0096 biz.

7

van

75

biz.

I

.2.2. Korte historische ontwikkelin3 van het Eroces.

.'

Het gebruik van electrische ontiadingen in de metaalbe-werking.is reeds meer dan vijftig jaar oud.

In 1905 was het Svedberg

(45),

die coiloldale

metaaIoplos-singen verk..reeg met behulp van condensa tor-antiadingen in een vloeistof.

·In

1936

stelde Suits

(46),

dat het produceren van

ontla-dingen van hoog voltage de meest effici~nte wijze was van

transformeie~ van electrische energie in geluidsenergie.

In

1944

bepaal~en Roi en Frolov

(33),

de energie in de

schokgolf, in afh~nkelijkheid van enkele proces-parameters.

Bet electlo-acoustisch rendement, d.w.z. het percentage

van detotale energie in ~e condensator dat zich in de

schokgolf bevindt, werd .door hen bepaald. De waarden van dit rendement bleken onder de condities van Roi en Frolov

te varieren van 1 tot 30

%.

. F~~ngel

(31)

bepro~fde een opstelling o~ electrische

en8r-gie via de schokgolf in mechanische eneren8r-gie om te zetten.

-Hij .kwam tot een rendement van niet hoger dan 1

%.

Ander "belangrijk \'lerk hebben Fri.ingel en Keller (16),

.Sc~aaffs

(17, 18)

e~

Hartin (1) ge,daan. Hartin onderzocht het·mechanisme Van de vonkontlading in water als zodanig

en~telde hier~oor een energiebalans op.

The6r't~sch\werk

werd gedaan door Drabkina

(37),

die de

ene~gfet welke tijdens de electrische ontlading tUBsen de

~lectroden vrijkomt, in verband bracht met de druk in het

schokfront en de voortplantingssnelheid van de schok~olf.

Gegechkriri (35)~ Dolgov en Mandelshttam

(36)

verifieerden

+deze formule voor ontladingen in lucht. _{. .}

B~ilitis (15) ge8ft een beschou~ing over de meting van het

drukverloop in ~en schokgolf met behulp van

piezo-electri-sche k~iatallen en l~idt op deze basis het drukverloop in

een schokgolf'in water uit zijn meetresultaten af.

_. 2angermfm . (2) geeft- een aanvulling van :de formule van

Drabkina (7).

o

5 10 15 20 2S 30

as

~o ~s

so

rapport nr. 0096

..

'

3.

De,proefopatellins. \ , De gebruikte opstellingbestond ui t:

1 .. Een tank, waarin zich ·de electroden bevondefi' 'en die tot',een gewenste hoogte met!.'1ater gevuld konworden. Zie fig.

'2.

2.' Ben batterij van viercondensatoren, met een totale, capaci ...

teit "an 4 x 7,71 .

=

30,84 I-LF. .'

3 ...

Een· oplaadinstallatie voor de condensatoT:Eln'tot een tnaxirnal,e >

'spanni~g van 18, ltV ..

It-. Een bediening'spaneel, waarin a.m.' de td,.ggersyst;emen, voor.

\ . • z ."

de meete.pparatu,ur ondergebracht waren. ' , '

7 , ~ " , : t, ."'",

De tank en de condens?-toren· 'oVaren opgesteld ,binn'en ,eenafaltiit-_.

'

bare 1<60i van ijzerga:'as.; 'Zie foto' s A enB. Daarnaaeit ',waren . n'og andere beveiligingen teg-en de hoge sp~nning aangebra.cht~

¢'loo .

,

.

--weer.:

!}rds::kood

} -, j . '

Fig. 2. De met water' gevuld~

tank.-'-De opstellingbood de volgende mogelijkheden:

o. o '$2 .' ,

.

' , , .>:: •

a. EEln werkstukin ,een matrijs boyen de bodem" Van h,et, .vat te

bevestigen, teneinde de ve~vorming van het werkstuk te ?n-derzoeken.

,-werkplaotatechniek technische hogeschool eindhoven'

rapport nr. 0096 biz. 9 van

75

biz.

I

01-b~ De electriscl1e parameters,zoals voltage, capaciteit en

weersfand van de draad te vari~ren.

c. De afstand tussen de electroden te v8.rieren.

5r--d. De water~oo8te boven de electroden te veranderen.

e. Drukopnemers in het water te plaatsen.

lQ r15 -20 r--25 I-30 ~ 35 ~ 40 t- ," SO

----,~--- •.

----~---rapport nr. 00 ...

6

.

_' biz. 10van 75blz.1

Foto A. ·Osci l ose 00'0 met cal.er'"', bedienir.rs-oareel t kooi en tanl.

rapport nr.

0096

blz.1_{1 van 75blz.}

I

5

Fot 0 .." ~ tonk er con~en6atoren-batter·j.

o

5' 10 20 25 30 35 45 50 rapport nr.

0096

blz.12 van 75blz.!

4.

Experimenten met druk,onnemers.

4.1.

Mogelijkheden voor drukmetingen aan schokg~lven.

werkp!aatstechn lek

Veelal beschouwt men de snelle aanloopstijging in het druk-verloop van een schokgolf bij benedering als een disconti-nuiteit in dichtheid en deeltjesversnelling. Dit impli-ceert t dat de traagheid van een druY..m.eter bij benadering

nul 'zou moeten zijn,om een onvervormde weergave van het drukverloop te verkrtjgen. Over het algemeen zal een druk-meting aan'e~n schokgolf dan ook,een min of meer

ballis-tisch karakter 'moetendragen •. ,

Een anderprobleem d~tzich voor-doet il:) het feit, dat een 'voldoende door experiment en bevestigqe toestandsVergelij-,king, voor wa ter,onder de tijdens' een schokgolf bestaande

copdities, nog'niet bekend is. Deze toestandsvergelijking moet de, vierde vergelijking le,veren in het stelsel dat. de schokgolf in theor:ie vast1.egt, naast de toe'passing van. de wetten :van behoud van massa, im.puls en energie.

Ben k,orte bespreking van de voornaamste ... mQgelijkheden voIgt hieronder.:

A. Dich .. theidsmetingen.

~

1. Hilton ,liet een lichtstraal door het.gebied van de .' schokgolf va.llen

(47).

Uit de breking kan men

ge-volgtrekk.in-gen omtrent de dicht'heid maken.

2. Schaaffs (17, 1?) .doorstraalde de, yerdichtingszorre met r~ntgenstr~len •

• "Debei·de bovensta.13.ode· mogel"ijJtheden he"bb'en het,:Y6or-.a~el;

'dat de meting

traa~he'1dSlobS

is' en: het

rtad~el~ dat:·e~

. '

, ., ~ ' , . . r ' . ... ,

grote moeil"ijkheden' aan 'verbonden:' zijrt. ~'Over 7de', ''hi''e-:~ ~.

,~ , .., ~. .

-, kingsindex: voo:r' .water _ bij;ho'ge . ,a.ichthed~I1: .. is' bijv. oiets bekend.

o ·5 1Q 15 20 2S 30 35

so

. rapport nr.

0696

' . >'! '" A, •

3.

Voortplanting '!fan de schokgolf door. een interfex-o":

.t' I < _ . ~ . . '

meterveld. Deze methode is, het mee'st gescbi'kt veor

<; . '

~ " ~"

zeerint.ensieve ·schokg?lven. Zie lit't ..

(,48),

,pag •

. -~.~ ", ..

.

( .

271 e.v~ ""J

• • _ .' ; ~t>_. It' """

4.'

l'feting van de snelheid van dewat'ermoleculen:':'direct·,

- na het passeren Van de. ,schokgolf.. De verpl;'aa

t~ing;n

, - zijn hierbij echter zo geri,ng, dat :optia:<:h;:

Itl.e.thodi~

\veinig beloven'.

. .I~ .

Men merke. op, dat de,interpretatie van' q.~ resultate"n

• " •• . :.0:. ~.

van aIle boiTenstaande' meetmethoden berus.top'de a~r:rian1e', •

. - , . - ' .

van een ge~x~r.apolee'rde tbestandavergeli'j:l\::a:hg .. Rierd60r

• • M ~ , '_. ' 'f

;is de .1:>etrbuwbaarheid ~v,oor inteiisievesch'o~golven

·ain .

"<;

't'"'" '~.:~' '~. ',.. • 1 ,.,. • . ' ; . i " . :

'twij

reI

onderhevig. ,

.

, "

.

B.- .Dru~etingen ..

~. l

1. Mechanische opnemers, werkend als' b"all'istische' in .... ~ .}. M.et dez:geliJke'

opn:mersv~rk~~jg~>mEm ),~

strument'en,.

g'emidd~lde

?f

integralewaa;r-den!.,

>(2, 3'1:'4)..

,.'

:~:',':' ,2. 'Piezo-elect:riache

op~eIiler~'.I~ie~ k~n

stellen

dat':

dez~:"

doorgai:..na

o~~

enigs

~in'6 b~'1J:~ati6ch '.va~':~~~d ':z~jn"';

•

• if ~-. _:~; ~ ' . ' " - .; 11 " - " - ... " , •

'( 8,

9

,12i

t

~

6,

2:1 t

29).

. "

1_ n

3.

Dest'aven van ,¥opki~son (49)~' .'

..

. De

,ll'wgelij~heden

B1 en

. ' -1" .. ' ' l '''t,.i.

4.2. Eisen 'aan dtuk6pnemers voor di,t cnderzoek. " .

, werkplootstechnlek

• • 4J

~. ., ~ ~

'

", ~- ""',,~" ~~ f'-. ">.;- ~.

1. ·Uit de

liter~tutlr

(15) blijkt, 'dat rel-cen:i,.l1$'geh.oUderi,' ,"',

• .f- ~' . ' , ~., ~ 'til.,' ' : •

moet:;wordetJ. met ean ze'er anelle aanloopstijging"van ,de

_ " . . " " " ' . ' . 4 ' . " . . • .', . ~t -::' ~ .... , 't- t., . ' : .' ""

druk. Vermoedelijk ligt -de tij.dsduur van'deze stijgihg _ ," in de

ord~'

Van

10-

6

seC. De eia die

hier~.it. voi~t

'is, '

. . t l ~

dat deeigenfreq,uentie voor diktetrillingEH1'van de'te,

gebruiken piezo-e1.ectriache-

kri6tal'le~

bove,tl.1;; t,m:;Z' l,igt''1 ;', indian men een ~ onvervormd signaal wii verltri.jgen.

. . ""' .. technische hogeschool, eindhoven'

: I . " ,

.. '

Of-1Q !-15 f-' 20- 25'30 -rapport nr. 0096 .. ..-••. 'p. biz.

14

van 75blz.1

2. ])e drukopnemer ,moet bestand zijn tegen drukken tot

en-kele honderden atmosferen. Dat dergelijke maximumdruk-,ken in de abhokgolf aanwezig kunnen zijn, blijkt uit

de literatuur (1,

29, 33).

3.

De drukopnemer moet geijkt kunnen worden, om uit het

geregistreerde' signaal de druk te kunnen afleiden. Ret

probleem is hierbij om een bekende schokgo,1f in het water te creeren.

4.3.

In

de

hande.l verkrijgbare opnemera.

"'"

, '

.

'

De volgende drie' maatschappijen leveren drukopnemers:

,1. Vibropeter A.G. Fribourg, Suisse.

2. Conaolidated Electrodynamics Corporation, Nonrovia,

California, U.S.~.

'3~,Ailantic Research Corporatio~.Alexandria, Virginia,

U.S.A.

Enkele vo,orbeelden,:

.1. 'l'ype7 QP 2.000 a van Vibrometer AG, met een 'opgegeven

meetbereikvan vacuum tot 2.000 atm. en aen 'opgegeven

eigenfrequ'tmtie'van 200 kHz. De wijze van ijken is

statisch. '

..

2.~De types v~n C.E.C. hebben aIle een eigenfrequentie

lager dan

30

kHz en zijn dus duidelijl:;: ongeschikt.

3.'

.De A.H.C. biedt de beste mogelijkheid. Het type LC-5

geeft in water €len linea.ire frequentieresponsie tot

500.

kHz, doch ,kari slechts maximumdrukken tot'

3,5

atm. met,en. '

Het type 'LC-10 heeft €len. lineaire freque'ntieresponsie

tot ,100 kHz, evenals hettype LD-80. Beide kunnen

druk-ken tot ongeveer 300 at~. meten.

De, methode van ijken Van deze opnemers is als voIgt:

de opnemer wordt ~n €len g€lsloten vat ~€l~onteerd, waarna

. de vloeistof die z'ich in het vat bevindt onder een

15 . '20 ~. :5() , ... +, _, ).-...

-:

,~ . . " ~,(: . ,;( , ,~"

biz. 15 van

75

bIz. J

j~ . , '1~ ~'(. ~,,,

!' "

,:paal.de

dI'uk:

wordt gebracht. Deze druk wordt vervolgens

,

.~. 'plotseling 1I'1eggenomen. De opnemer I'egistI'eeI't dan een

~::s

.;

;

"'t?ekende drukstap. De gepI'oduceeI'de electrische lading ~ i .~ ':;i ,<'::~ '~",wbrdt gemetenmet een ballistische galvanometer.

'" ~ "',,:"- .

.t-", : .. '

·~.:~'~:.~~.~))rUkOEnemer~· vOl~ens

eigen ontwerp.

,..' 1.' "...: . . "

..

, , .... , . ,~' f1 (! ,":" -~. , .;,+', '~~ ,~:::' .~ .

".

4.4.1.

Inleid,ing • . 1

,Daap .,.geep . der in' de ha.ndel verkrijgbare

drukopne-" ,

.'

mers volle dig aan (le onder .1+.2. gestelde eisen

deed

1 " zijn pogingen in het 11lerk gesteld om een

vol-

ge-~"schikte

drukopnemer' te construeren. Hierbij is

ge-~. . /'. . . '

bruik gemaaktvan piezo-electrische kristallen.

.' ' " . ~ .

. '-~ '

.

,Het uitgallgs'punt is, een publicatie van E. ,Bailitis

:'~

(:15)

~~w~est.',

:e'ailitis bespreekt het geval dat een

":,,,. • "\ t. ,,~ ~ , .. . _ l ~ . t i i . • •

;:' ~ ··'.··.tdllekeurig drukprofiel een piezo-electrisch

kris-,

·}?'·'·'~-:;i_::~ .::':~~::~::s:~:

.

:::l1:::r:~~r ~::

::n

::::~:~e

., , ' < ' : . " van het kristal bpieder ogenblik evenredig, is met

r' ' , ' f ,

II\.! "': ;''''t'

:de 'geI!iiddelde' .drukspanning in het kt'istaL

,'f~' ~. ; . • . " '

~"'. De' dOQ'!:" Bai1it ie

, aangegevel1 constructie van een

"

-{,

...

~, '

.'",;~ . .::-. ,druk01Jpemer<yoor schokgolven in

wa

ter is

weergege-'. ~'":;";""::"'~;7:'~~ri '{i-~ftg;:,~,5:.{·'~

...

~

.. _.,

.~ , volgen§>' " , :.:' ''''1,':=.plexiglas. plaatje~: , \ ,~:.' .:".:=- 10 '~''* , . . .• , . ' :::; voorate kVli3.rtskristal.·-· 't ." ~,.~ _ ':, ~\",'>' l " ... ~.. • # " ' , ' .0< •

<", ',', :"

f _:' : , ' ~.

"3 ..

=*;acnt'erstekwartskristal. ,,';l~~,:?

)

.>..: .. , .'

"4":'

="'tinn~n' cylinder • . ;;, :'"

:-:-'-:.~.

.'·5

='g~leidingsdraad~

-;:.: .. ~ • * ",.-~,; ,'Ii', 1 "f., , ! '.

,

.

"w"kpl~atit.chnl.k

' " . '" . . . _ ' . '. . . ' rw .. ~- ~ -.'

.

_{technfsche hogeschool eindhoven}

rappert nr~

0096

o

5 1Q 15 20 2S 30 35

t

Ampt. 45

so

o

" ,

.

werkplaatstechnlek ( .

Q

!

•

I I 1 0), .f; c C 0 Cl.. U)

0

biz. 16 van

75bl~.

I

De ei~enfr~quentie dar kwartsk~istallen bedroeg :

1 HHz. De kristallen waren met gelijkpolige vlak-ken 'tegen elkaar geplaatst.

Het door, Bailitis met deze drukopnemet verkregen

signaal is weer~egeven in fig.

4.

,

I

,

2

4 6

Fig.

4.

Signaal-type met druk6pnemer van fig.

3 •.

'Bovens·taand signaa,l is v.erkregen dO,or de opnemer

direct met een <?~cillos~oop te verbinden.

Bailitis gebruikte een ,condensato£spa:nning van

8

kV

eri capacit-eiten varierend van,O,O,1 ,;.. Ot2

5'

iJ.F voor

~ijn·electrische ontlading.

'Ret dr~-d,jd-diagram van' de sch'okgolf wo'rat nu

dbor B~ilitis uit het oscillogram afgeleid (zie

fig.

5).

"Ampl. " ,

,

1~Sl.:'C. t ' 8 0 1 2 3 ' 4 0 6

Rechts: echte druk-tijd-curve.

t

technische hC)geschool eindhoven,

rapport nr.

0096

o

5 10 15 20 25 30 35 40 50 werkplaatstechnlek

biz. 1'7 van

'75

bIz.

I

Er dienen nog enkele opmerkingen gemaakt teworden over het electrisch meet circuit van eenpi~zo-elec:

trisch kr,istal. Dit circuit is aangege!en,

in

fig.

6.

meetpunten

HZ

r

Fi&,.

6.

Meetcircui,t van een piezo-electri'schkrista.l'.

),

Ordet'grobt ten· vlltlde .. iri

;;de

"f~guu'! '~~ng~g~v:'n_ gr~ot':'*

, ., heden: II ~

o

_{t 1 8,-0,3} ij .. " R1 ~ 100 'g Ck,~ 0,1 a

.

0,2 pF

L

t

~1

en C . _k vormen tesamen het eq1!:.ivaJ.en~e circuit.

van het kristal. .'" ; . ", ."

"

C. ~ ~50

pf

,s (capaciteit ~eetd~~den ~ri.~s6illcis~,

coop) t'

R 2. .::1. MQ of 10 'M~ afhankelijk, \tan het.~ a1 dan ' .,.

niet tussen}!;chakelen yar). een

ti-~n\toudigespannings-'.

verzwakker.

. "

• " ~ 0,-"

De duur van het 'te meten' verischijnsel. +i:gt, 'in 'de ordevan 10-4 8, '10-'5 sec. De'R

2_ s C -tiid bedraa'gt \ ,

ongeveerO,15 sec.: I>I!en, kan daar-om' wegl.ekkeIL van , la'ding over R2 tij'dens' de meting

verwaa~1o·zeh.

Het

r · ' .

is am d~e reden'ook niet 'noodzake'l.ijk,oFl,een elec:'l" trometerversterker tusgen te 9chakelen~

'.

,

technische hogeschool eIndhoven'

, .

,

o

• ' < 15 .. :'

..

'

.

.' .... , ; ' "" ' l .~. ."."" .j. ~ ,,~. t:; ,-" :>,." .. : ... . , " -f"; ...

'"

...

;:.='~~~., " ' . ; . - . r • ~;. # t .... ' : • ! , ;., .. "

....

, ','

, 4.4.2. Proeven met drukopnemer A.

bIz. 18 van

75

bIz.

I

I

In afwachting van de uitvoering van de bestelling "Van kwartskristallen b'ij het Dr. Neher-laboratorium van dePrT, werden oscillatorkristallen gebruikt. ,DaPTT.kristallen,' welke X-sneden waren,bleken aen

levettijd van

3

i

4

maanden te vergen~ D~

osoi11a-~orkristal1en waren.AT~ of BT-sneden waarvan de

. 'laagste eigenfrequenties ver boven 1 HHz lagen en

.'

afkomstig wa!'e'nvan schuiftr~lline;en •

Als eer~be ont~erp werd een oscillatorkristal

in-~g~ten in kunsthars. Zie fig.

7.

"

_{" via}

_{cOIDf"ka&eLnaar ascilloscoop}

~~ khstal met verzi Lverde eindvlokken

sthors,

'.~. ,~'. '. ~~i1va!l:kelijk bleak bij beproeving aen ~rote

stati-. ":.~ '. , ;"'" sche ladingsinductie ,

.

• < ". ~. ~::~!' ~\

..

;

~~ .~.;~~ ,' .. , " ) . , ~.->J " . ~

..

" , ~ ~., , ~'.' -~ , werkpluat.techntek ,', , , . ,

...

~. : : , '

.

.'

'1",,,:",.,-.4'.' :

.

; /" ~ ~

..

::-'Jlet,beeld van fig.

8

... ' .

op te tr~den over het kristal •

ontstond. Deze ladingsophoping

wa~ kennelij~ e~n

_.

gevolg v~n de invloed van de

'

. ele.ctrische "ontlading. Dit kan voorkomen w6rden

_.

dodr een Fe-af$chermin~." Zie fig.

9,

drukopnemer A.

'" De, orttladings?>troom, "aangegeven in fig.

8, ....

werd

ge-~ ge-~eten ge-~ge-~t ,een inductieve methode (zie appendix I).

o

5. 1Q 15 20 2S 30-45 50

rapport nr.

0096

blz~ 19 van

75

biz.

I

t

spanning

o

""" __ :...:---_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ On Uo.d. It'lS sst ,.00,"

o

_---0-5

i ':Jno..o. f 0J>hfLI1I'!I' ... ,...usec.

o .

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 ,"

.

Fig. 8~ Oscillogram Van de statische inductie bij de opnemet 'Van ,·fig;./ 7~'

~"Fig.

9.

Drukopnemer

A,

met" Fe-afscherming.

,"

.

werkplaatatechnleiC technische hogeschool eindhoven

o. 5 lQ 15 20 25 30. 35 40 45 50

. rapport nr •. 0096 biz. 20 ·van

75

blz.·J

3en anderyerschijns·el. ,niet storend voorde int~r:­ . pretatie van het sig-naaI, is de overblijv.ende dyna.,.

_-

_,

mische inductie in het meetcircuit, tengevolge van

".

'

de ontlading. Pit is het gavolg van. variatie va~ het magnetisch v,eld tijdens de ontlading:

Ben voo.rbeeld,van een met druko.pnemer A v,erkregen

_..

oscillogram geeft fig. 10.

~ .' ' , .

tspanni~~

1D'fem

01---""

o

i - - - '

.0

co n

d.

spann.

151< V

, afstancl

3

em

10

20

30

40

50

60' .70 80

I

nd. spa nn.

t.g.v.

.

5troomverl<oop~,

.

.

..

-'.' " . . ... ,;u.s"ee .. ~ "'""I"

Fig. 10. Oscillogram met' 'drukopnemer' A~

."

.

werkplaatstechn lek

. (Onderafstand wo~dt de afstand tussenhet centrum

": .,

"-van de ontladingen het voorvlak "-van

.l1e

opnem~r. verstaan ).'

• < <

..

_,

De in fig. 1~ ziclatbareeerste pH~k·.van:deorid.erste

_,

' .. -. ' ..

curve vertoont veel' gelijkenit? met de' 'dobr )3aiiitis

' . ' . ' ~..

gerapporteerdewaa!nemingen. De voetbr.eed.te bedraagt,' ','ongeveer ·10 Jisec. !in dit geva:l... . ' "

Bij verdere proeven bleek, opnemer.A echter weinig " .

,

reproduceerbare waarnemingen te leveren'.,terwijl de opnemer: na een aantal proeven defe,ct r?<akte, waar-_.

. .

.

schijnlijk ten .gevolge van kortsl:u:i.t,ing.

technische hogeschool elndhov.n'·

'J , '" . ,', ; r~pp~rt n.~ •. 0096' ", bl.z. 21 van

75

biz. 20 30 50 .. :"t ,

,

,~~!+':.? Proeven

met

druko'Pl1emer Be

,

,N.4 enkele ex.perimenten i;,erd de drukopnemer B

gecon-, .,.. ~ ~,' Y1 •• !'nr~jpFemer, r.'~~+',~~~:,<.::··,::,·, ~.~~~~;!:: y" -, '1;- '/:'. ' I : .. i • j,": ·tfo·e1:i~htfn,g"'bij, fig. :111: : .,". ''''''' ~) •••• ~ ~ . . . : , .(, - - ; : > ~ ";.iI> .~' ;'l~.;.-~ -.~j . '1.,=·:p,e,1'.sJi~x!:dekBel:;' : ,. " . !;.2,:=: pa!~-:pen' , "

" ' , :,; :3

~~, ¢~~j~iigf., , ' . "

.If

=7

st~~en "afschermhuls ' .

..

"

'=·per~.pex i,s.olat;Lehuls. t

+ ,7 .!::,:kristarien', gelijkpo~ige "

" ,'.::,'r1alrJ}e'n

tegen $lkali\r.' ,

~. : . "1"~'. " <~';,,~->".~ • •

:'!'

:~. ,""~ (r>~~,:~' .~~ .... ~::4. .... 'O.-z<~' .... f t < _ ~; ".. " " 1 • ; .: .~ / ;:'j, I " . . . . ~ ... ""; :""J _{:f, ~}

..

. ,; " , 1 " , ~,",,~.--.. '

,.

8

9

1M

12

13

14

'15

16

::::

=

= :::: :::: =

-perspex isdlatiering soldeerpen + tussenleg-folie perspex isolatiestuk soldeerstukje tinnen cylinder stalen veer ' schotelvoor aarding koax.. kabel

o 5 1Q lS 20 2S 30 3S 40 45

so

rapport nr. 0096 biz. 22 van?; biz.

I

Drukopnemer B bleek meehanisch niet juist gee on-strueerd te zijn. Na een viertal proeven geraakte

hij defect.

De opgenomen oscillogrammen w6rden,weergegeven in

~ fig. 12, 13 en 14.

t

spanni,ng 1~cm , ' ' werkplaat.techn lek . ontladingsstro

om

signaal opnemer d.raadle rgte30 mm 'cond,5pan~,

15

~V a fstand 20

em

Fig. 12. Eerste oscillogrfi~ met ophemer B; ,

~ ~ ...

Het bovenste kwartskril$ta'l vertoonde',na de opnante

. ,

van fig. 12 <scheuren •. Bij voortgaan.de proeven zette

" f' . . <t

de verbrijzelingvande kwa'I-tsplaatjes zich verder.'

..- ~ - < '~.' < i ' • . "

voort; Fig. '14 geeft: het laatsteoI"Uikb?l-re osoi110":.

'" .. )

gram.

_.

'

Uit'het perspe:x'pla8;tje. (1':ln fig .. 1,1) viel ,op'ode.

, , in fie.:. 15 aan£!,'egeven wijze een segm:en~ t met een .

r , ~ ~

kegel- of bol vorm van h,et breukvlak.

,

. " .

...

, technlsche hogeschoolelndhoven" ", " ~ -.'_ .. "" ,,_ .. _;i... . . . . _ . _ .... ...:t. -.. _ _ •

...-o 5 10 lS 20 25 30 35

so

I

rapport nr. 0096

o

o

o

t

spa

nning

1'fcm

+ • droadtengte 40 mrn afsto nd20 em 'cond.spann'1S' kV' "

~ :.._---~---'-,·'o

nt

lod·ingsstrobm ... ~ '; , "

sig

noat opnerrer,.

,.

, .' _., , < ' .>.

.

< ... #sec 50

,

100 150 200 '250 3~0,~.350 400 45() 500

rig .. , 13 .. Tweedeo~ciliogrEimm;e.t opnemer B· ...

' .. " • j . ,.~~ ~

,.

J.", i' , .. , ~S; " '" , .1

t

spanning'

.1'rcm

• " ' ' ' ,;: :"1> :,. , , ' . ' . draadle ngte

. 3 0 m m -

,'- ~" :.

."',

: '

."

. r'" , " , ~. " afsta nd 20 em . ,~';: ,.' " c o

n.

d. spqnn.1S'.kV',

<

,," .,",.:'; ''".,

.,."' ..' . ' , " '" . .. -... _____ ... _;.;....~_..;,-~-'"-'---. 0

ntlad

i ngs~m0tn '. ';'. ...

>

• , . . . f .".r~~,~}. p

o

,

.,

..

',' ,

.

0

20'

40

80

100

.120 1l,,0 160 180 '. 4 , "

'.

J' , ~, .

Fig. 14 .• ' Derde oscillogram met' opnemer ;B.' .' . . - '",'"".,

\

.

.

'

~ ~ .. ~. '~

werkplGClt.technlek

technisch~

hogeschooleindhoven

o

5 1Q 20 25 30 35 4S 50

rapportnr. 0096 blz.,24 van

75

biz.

I

, '

!

,

.'

'1.:

Fig. 15. Breul~ van het perspex plaatje •

... ·1 ..

Verklaring: de schokgolf kaatste op het achtervlak

ve~ hetperspex plaatje gedeeltelijk terug ten

ge-'vorge van de geringe dichtheid '18.11 het

achterlig-gende medium, nl. lucht. Hierdoor werd het plaatje

naar acht~ren ~edrukt. Ook de toepassing van de

veer 14 .was niet juist. De schokgolf wordt n1. ook

aan de ~cht~rwand van de tincylinder 13 g~reflec­

teer:d,. waarp,oor de tillcylinder achteruitvliegt en

bij het _, tEirugv~ren _r de kristallen stukslaat ...

V~~r gevolgt-rekY..in'gen zie

4.6.

'4.4.4. Pr<Jevenmet drukbpnemer C.

\

Opn~m~r Ct waarin de inmiddels gearriveerde X-snede

'kristallen Van de PTT gemonteerd konden worden, wordtw~ergegeven in fig. 16. Deze opnemer is t i j

-~ens de pro¢ven mechanisch intac~ gebleven.

'q,. werkplaatltechnlek ,technische hogeschool eindhoven

o

."

".

5 1Q 15 20 25 ,-30 35 , '

ropPon rftr.-."1

6096

.... ' ... "" f < . ')

....

. , . .... ~ .

.

'

.

.,

..

... '.~ . ,~ _);.

.

-

. r 'f ,. "

.

. , i '. ~.; ~ -.. "

•

.

.

"

. ::.' " .• "oj -::!7' :,' .. ~~. . ,;,~- ~". :F:J,.g.

;:16.,

,Qpnemel" C. f~~ ':: '.\; /~,~A~f:.::-

;.

~ :':~: '~I~ ~ "~". ~ ~.' '.'

,.

<1:"~¥: iperspex pl,~atje

, "

6

.' ':2,::::·:r,o~st~1":ij-6ta:l.en bleschermhuls . .

?

.; , . 3. =,'!a:andrukmoeF~",j 8 "-':4,;~,tlri<:ylinde'r":' .. ,: " .'

'. :.,5

',j('pek<s'pex ';isol'eerhulsje ",. soldeerstukje . ,; ·koax .. kabel " blz.25 van 75 biz. I +

9

== kwartskristallen, gelijk-polige vlakkentegen

el-kaar ..

~.,<~~ .,~~~;'.~~~~A~:. :':-: .• " t l ' • ~.

c ' :;,':n~·tt{;mie;·16.l:S· v~+gegoten'

met·

een kunsthars (technovit).

'i: _.

,~len+~:iJ;jrt:'otider, ,enige.' vOOI-Span11i'ng gemonteerd •

• ,~ 'to - -~; ~"*:':l-. ~i ~.... J ;:; De kristal-'

..

'

,

'

.

, .' " ~". t ' .' , r .. ~ ,', ~ .. , ".; , • t " . ,;~ , : we,1cp laatstec,hniek {' '+ .. " ' , ~. -. . "

Eerst' werd de, reproduceerbaa,rheid van

de

opnemer ,beproefd .• Uit de drie oscillogrammen (onder gelijke

6msta~digheden) l getoondt,in fig.

17,

bleek, dat deze

bevre'dig~nd:

_.

via's. Ook het type van hat signaal was

. '

.;irolgensv~rwachting •

" '

"

o

1Q 20 '25 30 35 40 45 50 :rapport nr. 0096

's~anning 1,¥~'

a

•

'f

a

-, ",

,

, • • .i;

, 0

~ ,,:.

):

" :

.

~ ""

a

..

.. "; .... 't ' " '""J -~ -~-~ ... - . .. '" ;." .~ ~' .~ 1

e

sjgnonl

~~~pneiner".

... \ , . " I . ' " t .. ~~ . , -c.- oj, ," '.~' . .. , : . ... ' '!\; " ",

.

{

.

.'

.

• 'I ! '-'. " , .

,

'.

; .. , " ,

.

, ,

o

50'

100

150,200 250

·300 350 '400.450 500

..

'. i. • ~ ' t .

Fig. 17. Ih:,ie' oscillogramnlen met 'opnemer' C 'i)1ider:

ge'lijl~;' om~·

",

standigheden:~ c'ond~nsator'spanning;'

8

kvi

atst~J:td,"

. ,

. . - . .

opnemer tot ontlading: 20 crrr;' lengte van de draad _{J:~ ~}

y . . . ~, , '

tU$sen de electroden:'

38·

mrn'. "

.' :.'

,

.

_{f ...}

"

werkplaatltechnlek technische hogeschool' eindhoven'

., ,. : , , . '

,--o 5 10 15 20 2S 30 35 40 4S

so

rapport nr. 0096 biz. 27 van 75 blz.i

Bij voortgaande proefnemingen bleek het signaal

van gedaante te veranderen, · terl<ijl ook de repro

-duceerbaarheid goeddeels verloren ging.

Zen &oorbeeld hiervan geeft fig. 18.

tspan ni ng 1

'%

m

d ra ad le ngt

eL.

5 mm

a f

sta

n dT2,5

em

o

o

1\ I,

cond. spanni ng10 kV

- - - o

n

tLadi ngsstroom

signaal

o~

nemer

_ .;«sec.

o

50

100

150

200

25

0 300 3S0

1,00

werkplaalltechnlek

Fig. 1::. Cscilloll'ram van latere proeven: voorbeeld.

Zen verklarin~ voor het falen van drukopnemer

C

is moeilijk te geven.

Cr.1 na te Ga.an of de kristallen in y- en z-richting

aan sterke spanninG6variaties onde;hevi~ waren, •

werd de kop gediafragmeerd, zod"t geen gedeelte

v~n de schokgolf naast de kristallen in het tecb-novit terechtkwam. Dit gaf eeen verhetering. Ge

con-trole"rd ·;/erd ook of de PrT een fout ger.1aakt had

bij de fabricaGe der kristallen. ]lit was niet bet

geval.

Het opt reden van tekristallisatie in de kristallen

treedt volgens de literatuur (2") yas op bij yeel

"'.,.L

.

..

o

.; , " " ,1Q , ,15 20

'.

25' "

.

30 , ' 40 '45 t, , ,

;opport

'nr~

,

0096' ' ' , , . , , , ·".of ... " ... ~ "~'. ",.. I

-

'.

~.! . ~;" .... ",k' " '\ • '-1(. 'v .~ "\" , , .... ~'. i . ~ ~~"l'~~'~"~·.'~ , , " ~. .. I ~ blz.28 van 75 blz.i

nogere drukken dan de hier voorkomende.

Uit de literatuur (42~ blijkt, dat de in het _geval

l,va'n' 'fig. 11 optredend~ maximum-druk in het kristal

. , , ' 2

., ongeveer

18,5

kgf/cm' te bedragen. Dit komt volgens

KraJlotkramer

(43)

overeen met een maximumdruk in

.,-"" "het .water vs,n 10 kgf/cm2"

" , ' D e ' v~~r'kiaring voor het falen moet waars'chijnlijk

.. ~

'.

~~g~z6bhi ~orden in,een ~~deelt~lijke kortsluiting

~ ~ • . ~'. f : ? h" . \ . _

.:':~'~~; 'over de rand 'de'r ,kristallen, of een gedeeltelijk

.)' ~ ~~~~':~ .

losi-aken van hatdra<?l.dje dat aan het kristal is

.

... ,. + . . . . -'.' ,',:, Voor'ge,r'olgtrekkingen zie

4.6 •

,;

...

,--. ' ... If.5.,1," Opstel'li:ng;'

,\'Vegans de .ofiderv,~:mden moeili,jkheden werd besloten

'~·~e

•.

;o~i~i

te

~oehmet

.aen opnemer van de Atlantic

. . ., .~

, Research Corporation.

" .r " . , , ' ,

.' ,Det.e· transducer was van het type

. " "I., ' \ . .

.. ;''/:"opgave kon deze statische drtikken tot meer dan ",. '~~;." '" . i\, ,."". '. , . .; : ... . .

" 1<>" '-

509:a tm. .

on de r gaan ~

BD-10E'. Volgens

~ .. , r

" . ~, . ;:D~?-jkin'g,:geifchie:dde als s;ahgegeven onder

4.3.,

de

~:"!.ijk£emperat;u·ur·

bedroeg 22

°

C. De capaci teit van, de

:;-,<,>

"

, ~ '.

"

~" ;..t' 4 . . <,. - ~, ~.

'~~;:' .t:r;:;msducer b'edroeg

150 pF

t bij een gemiddelde

ge-, ge-,voeligheid van 116 /-qi.e/psi.

:'Vol~en~, '~p~av~

bleef de frequentie-responsielineai

""iI' "

i~ hetgebied tussen

5

en ?O.OOO Hz .. Het gebruikte

;. p±ezo:'electrische rnateria?-l was barium-titanaat.

In de proefserie werd de transducer steeds recht

boven, dewe~rstandsaraad tU6sen de ,electroden

opge:--~ah~en~ Afsta~d tot de draad en condensatorspanning

werden ge~arieerd. ~.~, • ~ < t it;"~' .. f'It f" " f ,> ~ '-... ; •• ..:. .~ ... :::, ~ "'~'.. .fI" " '" ~'-;I" , , . "". "

:~.rkplo~t't.chnl.k.·

_~ . ' • 1r , . ~ ;' "

o

5 1Q 25 30 .'. 50 w,erkplaat.technlek . ;l··~"

De lengte vande draad bleEd <:onstant op4~5

liim;

, ,

de ho'ogte van het waterbo'lrende "electfoden, was

steeds

32,5

om;

de'tempe~:~t~urvanhei ~ate'~~b~.>

droeg·,18,So

c.

' - -~ (-'. .... ? ~. . ... .',... ",' ..' ~. <" ~ ". . j' ,

. . . . ¥ • . , ( / : . , . " :

/'!. ~

,.., .. ~ • ..:'..:. • \ . H_ ' ; ' "

De, transducer werd via· een'

,s~n¥ing~ver~'i~kK.e/

of

~

J' . i <'i.. ~ • ", <., ,.. .,.

een osci1'loscoop .. aangesloten .. :De.tdtale -o"apaciteit van 'de meetbPste'liing bedroeg,

10:':'9~~·"~ie~'~it·.;~ig~

, ~'\.'.' j, " ' , ' " , "

een ijbvaarde

'-vo~r

,de

;:t;~ansducer :v~rr1 ,66:·¥ /at~

•. ,

Van

iede~re. pr~ef

'kercl'een·

osciiioB:f'atl{'g~~~~~t'~

• • i" '" ., of ' , ' , ~ .1 ... ' 1., ~ :.'::. , / :: ~ •

4.5.2.

Res~ltat~n~

"

"E'en indruk van'-de gedaante van het·d<.)or\de,~·t:ra;~t; .. ;

, ,<, • ' \ ' : ' . • ' - , -$. "" ' '

'ducer geproduceerde signaa.l' ge'eft 'fig.- ~r9. De

:P;Oduc~e:i-:baar~leid'~lee1t go~a ·tei~;jn. ~.''.

_~ ' - ;; , -\

'd:-:

( ...

" '. •• Jl -;t. . ' 1 . . ~, .

.

,

.

"

.

'.

.

' ,

.,

. ;.., .. ~ " ~ , ' ,j, .... , ( ...., . ~ '- . -" , ' , ,"t \ ' . \"",' ~ .. -.i~- i,.:-' ... .... .,. "' ... ?:':. . " ' ... ~ ,; i ~.~ ... ~'" .;. .. <~-,,;' ><f> : ,~.;;. " ". , ' '; ".' • r , "'."'-. ~~

..

~~ .~ "

.'.

,,' . ~',,~...(~' ".' .(' .. ~- :;. , .... '" .. ,

.

~ " . . . :: :"" ,,'; , . -1:~ .; " . 4-' , ~.(-~,. "'~<~ . . - . -.~~ _;~ •. ~ :1.'-' _'_' _' ~

. . . . ;

r~r~pp,ott

nr.

'.o996~

... -'s '" . " ",

.

' . . ,~

condo

spa n n.9

kV

afsta nd17,6cm , . 300. 350 . ,~

.

a..

..

':1 00 .. WO 140'

biz. 30 . van 75 biz. "

a nt

ladi

ngsstraam

1"1

em

5

i

gna ala p

ncmer

400 450 500

. sig

naal

a p nerner

.... sec.

160,180 200

met A. C .... opflemer.

Van <::Ie oscillogrammen van de proefreeks werden

ge-meten:

-0 5 10 15 20 25 30 35 .. 0 .. 5 50 rapport nr.

0096

bl

z •

.:J

l'

"_van

75

;bl ~:;1 ,.J_. • . . . . , . : . , ,.,' ~". j~:: " ::.:' t--~-~-~----:---,~----,-:---,---~---:---.:.---:--~--,---~----:---:--~~~---'---1- . ' ..• . '~ • ~~ ; j.) ;"~'~. .... r .. '_ I . ,

.

.

.. ~ ~~ ,,r.,. '~.' '-' " . - ':"',',

1. De tijd!3duur V8,n de aanvangder ontladino- tot-,".! ':.

de aanvang van druksignaa.1:

T.'~,'

-' . -.D.; __ .;

·~,:,,:,r.:'·

" 2. De hoogte van het maximum

Van'

deeerste .s)?art-~·-',; - ' ,

. ' I ' ~ • ' I ' ; < • ~.,. •• '~

.nirig-spiek .. · P. . -; ~, + • ' : - " ,

• J < . ' "

3.

De'

bre-edt'e,

g~meten' ~ve'r

'de' nulJ.-ijn

~: va~;de,:~i'.

- -':, :':' .:"

~ , ". • • • . . _ . ~ - . , . " t ' . . . • • "'_ !I';' " .".l' ~erste ~panningspiek:·~T.

'. ~ , _ • • :.t

Tabel 1. Resultaten van'

de',:p;oefS'efie"me,t

Gond~nsatbrspan~in~:

kV.'

!

5,5

.6

'l'

I

6,5

Afstand tot draad:cm.

t

. ' . i .-.l

' !

~

'_. ',' " '.

:' .:*

t

T (sec.1

~~,).{? ~o

·t:

~

'1

162 161,P60

1~2

.l!

6,0

~f1~,~ rif16~

, :

~.>

"-23,6_I,~.,(VOlt)

_':

1

10

,5,1.

~

_113,51.

14'11~,516

i

)9

J,··2.~·'i>_22:

:

-"

!~.T(sec.10-6)

j17,5

t'·· -

1

16

,5

1

~7,5:f'1,~,5'1'?~5t1'7~'5if8_J-,~?? <i",,~:,

. .

;·~T (E!~c.1q~

)1142 • .

'1401140 114:0

}:140

-:;i,J4,O

113'~

·f

11+0,1

{40'

20;3-:~lp

(Volt),.

15.

6

_1'16i

18

,11$:t5~17t5r20~?·I~}1':~l'!~~,?~J

..

:·25· "

~!~.

~ ':J~T(sec.1

0-

6

) \16

t

5,1.171

18 ,5

1

1-4

~

I-.

17

J17;'5i17',5'~"'20:P?'t

5, > ' " / ' .

,

.

,-'

'~;(T'

(sec.10- )

1124.'

1.120 f122.

!

1,20 :.j 122f-1io·,,{ 1:22:

f

120

;t1~1

.

17,6

lip

(Volt)·

114

i,\9

,5

~.1.20

t?I

.,.,'21,' '

.J

.~,25. J?!~.5l-26;,·51.~3f,51'3,1 ~.5

f'

:;j~T(sec.'10-,6)

f

17'f

'16{,

.1:9'1T.'51~

18,.:f 1

''-:i.f,,·18)1.7.5

.;19 ". :

,,'.!

" • _ j ' - . . .. ' 'j ,', ,~' . ' :1 -.',

":1:, -, ' .. '

j'...",,!.: "

, - fJT

(sec.10

)-110Y

1,.10~1104. 1~~.~j}05f_,,1,~4.~·~02:J:,04::J}?~-.>' ~

.. ' .

. 15

!,O.~

-i,P,-

(Volt) '.'

J)

.,.20'

J

~6

.1'

2.~

... ' '.1

~.~6.', t~8,,'5

r

.3~.

i.'.

3if

·i. ;

:4,0

.-t' :

42

~~,

.

~.

',fI,:,.

-. ' " .' .-6· . l', .. , " ' ( ' " j' ~",.\

i "., .... , . .

, , .• ' ; , :,,;.'P:\T

(sec.1 0 . ) i~8_:.

" '18

18" ,

1~:"V'17~ ~

.

.-~,8 ;f~7

,51

1 ~",~r/;'~"

'

:.~, h

~. '~)T' (se~.1'O'"

)

1.81'. L.

80

8? '; :

~1.r

86J"'81_

1-:

80'

1.:80

j

&q!

=, "

:':~;

- r

'

f. ! . . . ( ' "'-. " .. . y, " / . . ~'"

--J

11-

;-4::'lP'

'(Volt)·

.!?3t5'l,

'3,3

41

.',4-

4

,1'

)55:

l'59 ..

J.5!r--r:§4dfS58\\'

>"

, - ·;;"ulT(sec.:'0·6)

1'19

·1.',>~8

'

,~9'

t

".1

9/',18'..i

'i8,j';';~i9"h'\9l>~tt:~":"

"~~:;iT (~ec.10-

)

L58-

1

601

,,58r·60'i'

:':60.J"5.8

--;}:6o,j.,-5;r,1,59:'

~~: ,,~

~ ;:3~tp (v~it)

.' ....

f

'40"-

38'f

60,'

i·

66

64.')

.r/2

--1>74'.1.:7.5

~'1~8o.·-,:~

" ' r

'

- 6 ' j ' .. ~ . I .j, . I . . ' I ' . 1 -I '.' ',,; ',:,

",_;SlIlT(sec~10 ' )

'1.8 '

' 1 9 -

1-8"

1'71,7 ;I'l7.l16'J"1,?;'

."1,8,:··

~"

, . A' r ,J '" .~". ~ ;;;-~

'De

p:i.ekbr:eedt~

_. heeft

een

':pre'idi'~:k die"~:~~~te~k

_{. -}

'; ',,:

, " ).

toe~alligkarakter

4raagt ..

~b~. ~~~{ddelde":'piekQree~d~,~

\",

, -

'

- -6 .'

.

+ '. . -. .:..6-,· " -.', > ... ~. '-" . ; " te

is

17,5. 10. sec ....

2.5.

'10, .• ; '~",- .',,' d.

.

-• " . ,. -•. J .. ; '" .

-

...

r--~---'---.---.---:--:-:-~~---=---'---'---:-,,....--,-'-~:,;-~~:::,,,,,-,::,~,:,:,,,,,,:,,,,~-,-;,, .-:,-,---~ .. , J " ~r; ... ~.!" ~

technische '

hoge$~hoOI ei~dhoven'

., :

\~

':

_ . . ! . ; ' . , '.f> ," > ' •• 'l: ,·t ... \ .. ..,: ;<- . _., ;x,._ ~/.· -' J_ werkplaatatechniek ' . , '

..

---

-~~--:-.:.--;

----" ' .

o

·s 1Q 20 25 30 35 40 ··50 rapport nr •.

0096

,1'>,

•.

,

.

. '. , ',..

_{- .}

.

.-"~ '.-.. .. r~ .. (.' ';-.",. '

."

' . .

.

'

.

, i I' ,

..

_..

-I' , . : werkplactitechn I.k . " - - . . . " .

---

...

-

...

,,--

-, ,

"'

J .

..

.,

.

.

·1 blz.32 van 75blz.

I

De grafieken I. II t IlIA en IIIB kunnen door

ver-werking der resultaten geconstrueerd worden.

Opmerkj.ng: De maximumdruk in de schokgolf wordt

be-paald met de onder 4;5.1. ge~even ijkwaarde en

bo-vendien rekening houdende met de verschijnselen die optreden bijovergang van de schokgolf van het ene medium naar het .andere.

.Zie hiervobr Krautkramer

(43),

page <22-25.

/'

"'

.

-,

"

o

J

·

)

-;)

5

o

o

5

o

o

o

5 10 15 20 25 30 3S 45 50

rapport nr. 0096

" cbli; "37

van

75

biz.

'r:· ;;

druk(P}

t

- t- . , . . : , , , : ; } .' # • ,t;" • '-..f" "

4.6.

'G,evolgtrekkinSen •. . .. , .. I F

1. Hen kan voor deschokgolf een druktijd-Curv: tekenen.-' Zie fig. 20. . ~ .. ,. ' "

,.

, :

.

~

.

" ' " I " "'1". ; " . -",-' .. ... ' . " '

'.

, ' \ ' " " , ',.(, ."

.

. ~. r ,'. ~ .

.

,~ , , '

,

t "" .. -1- . . . . !..

..

.

: ',' , >,

'.

" • .!I-~..;....:....---:---~;;;;::::::==...-~---:--=-:-~~ i ' ' " , , ' b , , ' r " T ... 't' 1.' j d, ,,( t ): .... ,\~(.J'~4' .... .'> . ... , , , , . ' 1/1"~' ~~-'.~~ • • . • • .' " , " .'" ... ":'1, ~ ~.,jt.:.y.'<'.::~ ~ . .,., ,( .. ," .~ _ . , .. ~~-. « '~ >~;. ~ ''t -~. :~ ,t···~ .'~": .... """? f I • i • ~"" ,..: ... ~, .r , t "1

Fig. ,20.' Druktijd ... curve. ,. .' ,. ' ,,' .,' f '., . 1 ' , , '

4 ~ fr >','!:' :~ .1. ! f/·i . .r"'",~

werkplClatstechnlek

Ui tde

pr~evetLmetde ve'rsc~~llen:~~ \tdstai~~n:~nie;s,~·.~·

_.

" .( . ~ . .. ~

(zie

4'.4.

en

4;5.)'

'blijkt ;'clat,de

·t':ijd,

~, ~te'ed~ .t1i~,~e",~

...

_ 6

--6:

'~.

. ',. .., ..

~ L :'-~'0, ' I f • " . ,."':-~ J • ' 'J~' l' . :

10 x 10 ; en 20 x·10 : sec; .l,igt .,~ De, ,sprei8.ing. in~ daze'

'. .. " ' - . . . . ' ~ . , ' , It...· : . ,.:~ •

t~jd

T

d~aagt ~e'n:

sterk':t,6evailig'

ka~·a.kt&~,.ep"'ha~it, v.~r:'

' ' .

, • ~.z##, • , . . . . ,,".~ J • • ~_ • ~,10 ~4 ,~~, ... ~ ,~,.,~ ,'.~:. ,

·moedelijk .eiamen ¥let de., a,!rd van' hel mecl}tinisn;e, ,van de \::~: ,"

- . " " . . . . ,

..

" , , "

Qntladin, g' -,( zie, .oo,'Jt: hoo, fd,st, uk, '''''},.' .;.:~ , , ' , , ' . , " '" ~ ",

(, '. .... .. ~ • '1 'J'

~ -,;10', .," .. ._', J

... ~"! ,,"4 . .' .;;.~_:_ -~i

',." " ~ ~ ~ '" ' . "<:" i ~ . J', . ""Z' ... ,/~

2.' Uit"grafieki blijkt; dat. de 'voortplanti,ngss,ne1;heid ',,'::.,

" , ' . i > - " ~ -'" - " . . : ",\'", • ">':" ' j . l'~t"'.,"" •... _.'.'" ' " ,

vande s¢hokgolf c'onstantblijft in hetbes'C}fouwde, ge't,

·oied.

D~ ge~onden wa~rde,

,is 11.!,75:

m/s"ec!i~' :D~t,< ~~~'t

"

ond

.e

r :'l :"

de

,v.;ig~rende om5tafidi:gh~de~' over~e'n~et: 'd~, y;?~~pl~n~.'

... ' "

't;i.ngssnelheid

va~

het geluid i.tl

;~te~"'Hiet;uit>y:ol'gt'"

, ....f\ • • • .. • ~

tavens, dat de maximunidrukkeri"'irt' de scholtgolr:'laag' "

bli.jven (34, 41). T'avens komt

uit:g'~afie~ 't,'na.'t:+~',;o~en,

" . • ',-i.'! . . .

da,t het moment van ontstas;n' van 4eschokg'olf,iilter-

valt:

- ~ '.'<. ~,.'~~' f.'-~' '* ~;I"" '.'

.. - . ,<, ~;

.... ' ; " ~

,~ _{, ' ~. :}

-'.

_{... , ~ .. ~ I "} >.

JI. ~ . . . . 01:--."';",-, technische hogeschool

e,ndhoven"

~ ,

.

" ..

" • ~:O ".

" I

rapport nr. ,0096 biz.

38

van 75 bIZ./

o

5 . 1Q 15 20 ',1 2S 35

..

_.

' • !

-.

·45 _{, .} 50 '.', -,'-,

..

. .. ,. . • -J.,~ .~ .. , ' ; . . '

dan. hat begin van de ontlading. Er bestaat een mogelijk

heid, d~t de schokgalf aanvankelijk sneller leapt dan

het geluid (17,18). Ret vermoeden rijst dat het

tijd-. stip van ontstaan van de schokgolf cngeveer samenvalt

~et het eerste stroom-maximum van de ontlading, d..i.

.

-6 .

.

ongeveer

8.

10 sec. na het begin. Zie ook hoofdstuk 7 •

3;'Uit8e grafiekefi I I en IIIvolgt~ dat de maximumdruk

recht evenredig is met de condensatorspanning, dus met

,de worte-l u~t de totale energie. ,De maximumdruk blijkt

o1i1ge'keerdevenredig

te

zijn met de afstand tot de bran.

Uit .dit·laa."ts·te kari men afleiden, dat de schokgolf

-;~ieh,olvor~ig verbreidt vanaf'de bron (volgens fig. 21)

en' niet 'cylindervormig (volgens fig. 22).

..

eiectrode

.

.

-

--

. , / ... -{c~okfront , / weerst. draad

---1;=====~===~~--

-

e 1 ee trode

/ '

. schokfront

--.

.

',Fig;' ,21. Bolvdrmige verbreiding.

: 1

'.' . .",

.

Bij ;bolvormige verbreiding is de maximumdruk nl.

even-:tedig~et.-de reciproke van de afstand.

':.

. ".

rapport nr.

0096

, biz.

39

van

75

biz.'J,

o

5 " 1Q " , . '. 15 _,

.

, "

..

sehokfront, 20 . ,

.

Fig. • Cy:lin<J.ervor,mige verbreiding~

.. ",J, f ,",;o. ~ > '

.4. De' schaal~vorm van de curve uit' de grafi~ken , , ' , " - ' II Em'III

25

30

,wijst op energie:dissipa'tie tijdens. 'd.'e vOGrtplanting

_.

;,'

~. - ' . . ,- . .

Van de

sch~kgolf.

De maximumdruk is

,nl'.

'e:v;nre'dig

mei

I 1 " • • '" • , . . . . j,'<.

-de wortel',uit qe '~nergie in, 'de schokgolf .-Hoegi:'oter '

. ! . .. - . " , 't' ~ " , ' . '" . . '

.,

.

de energie ,is, hoe ,meer' e

_l1

e'rg

ie'

,er' per, weg~eEH;heid

, . ' ' } - '

gedissipeerd _{. • ' .} zal worden. _{• '" ,} '~De inaximumdruk ,vah e'enmeer

~, . ' • ,,"!.!".: ' . ' ~ ..

intense ,~chokgolf' za.l' naar'verhou4ing"sneller; afnefne'n' .

- , . ' . t' ' ., ~ ~ "~ .

• ,

t1.j(1en~

de,'voortplatiting,' dan ,van .. een:minderintenEH!. '

. . , ( f ' . . . ~, 35 ,

.

-',

_.

,

.

t. , , , , ' ' : , , , i : '

..

~" ,~~., " .' . , 50

.'

_, ' _{' f .} I ' • . OJ , "

.-werkplaat.technlek technische hogeschool·elndhoven" , i , . '

-., ;

,

.

,.

. biz" 40 van

75

bIz.

I

., , ~ . ' . . . ~ ~:,~.;merthod;e. :Tt"> ',.~~~"-:'~ ~'. . . ! ~ ~.' '"') / . ~ (' _ , ; : . ; , , " " J , r . . ", .f:- ,",,' ,J, 'I"f."'''' " , "~ . ' ~ . "l ","-'~1;5'~ ~.~~.Itrl'eiidini~-,,,: ,{.

{;::;~{/;::'f~~

i:

~~~~~.:.~ ~",

.. .. •

r ':;;Wann~er "e~i:lf~ rschokgolfeen dunne plaat aanst oot en daarbij

"

:,e~~;~ie :ov~:rd;~~gt

t he eft

me~ ,vermO~delijk

te ,maken met

3;':eeri-<:balli~tis~Ch proc,~s'"

De sch'okgolf moet zijn energie-'.\

:~+~:~!'~~~'~d;'~~ht,W'~lt~oie'tl~

in'een tijd vanbijv"

30

x 10-6 'sec" ~ "~'" ~< .' "-c -. . ~ ... ->;, - • • 4 t . •

" f t ' rrDe<~pl,aat he~t;dan bel~egingsenergie. ,.Deze 'bewegingsenergie "':C~_ '~";,'" >-: \.;1:~ ' f '. X ··"l ... ,

<,"'". - .

..

··wordt' 'verv.olgens in' enkele millisec. gebruikt voor.

plasti-:.~ "j;l4.~~,· ... '- - ,,:"' ',".. : _ .~,. . .. ~ • . •

·!'¥'';:~:):'\~ohe'>Y',e.rvo'~:!-ng('50

J .•.

Het is van belang om de energie- en

~:; .... :~ .,' c.;'; .- ',. ... ! .... '.:~"",,~' 4" .' • !' , ~ •

'>',impulsov¥~rachtd~'Or de schokgolf aan de vaste stof te

f<.,_~~"t : ~ "_~ ;:, ~ ~"'~ ).-}' 1 . ; • ' ? '

,.kennen~ ~ .

.: i. .. -~~~..:i - - " . ' " . '

~Hi'J.;iLa:i-\r'(2)' >gebrri:ikt,e~eenz\liger in eencylinder.

Dezui-, "';!~. . :.. .. ~ .... ~ ' .. '" . € ' . : " , ,'" , : . ',., •

>;'g~r~we:rd' eo()t' :de' schokgolf in beweging gebracht en verloor

:~I"",t:.·" ';/"''' ;!!.1 ' ,. " .. ~ .. :., .. ",. "~- 0 ~.. . . • • ' . '

:,v,~rvolJ~ens. ·;z~Jn~·bewegingsenergie tijdens de _vervorming

.' .,.,f·" _'. .:~" ~ ~,. . ~~:;. "., .. ~ ". ' t ' ' . " • . •

. koper-en ,.sc,hijfje" Deze ballist'ische meetmethode

. - , '. -~ '., ~ . .

-·;rtade~e·l 'dat de wrijving; tusser/:zuiger en

cylin-. cylin-. .-:.. .., ". " " ~ " " ... ' , . . . '

.-veroorzaakt.

wO.rden door

'~te pa:ss~n • Ret koperen s'Cl1ij f j e kan versnellings- of verplaatsings ...

~itgebreid"

overlegen enkele

orien'teren-~ '" . ' . .

o-r

~'i ~.<s:r.i$te~m,

hier in €len gewijzigde vorm

' I . < '

is 'aangegeven' in fig.

23.

, '

"