Étude des méthodes de mesure des pressions explosives. Comparaison crushers-quartz piézoélectrique

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Étude des méthodes de mesure des pressions explosives.

Comparaison crushers-quartz piézoélectrique

A. Langevin

To cite this version:

ÉTUDE

DES

MÉTHODES

DE MESURE DES PRESSIONS EXPLOSIVES COMPARAISON

_{CRUSHERS-QUARTZ}

_{PIÉZOÉLECTRIQUE}

Ecole de

_Physique

et Chimie. Laboratoire de M.

_Langevin

et Laboratoire Central des Poudres. Paris. Sommaire. - Aprês avoir décrit le _{dispositif piézoélectrique} utilisé pour la mesure des pressions

et rendu compte des résultats expérimentaux, on constate que dans les conditions expérimentales choisies,

c’est-à-dire avec une vitesse d’écrasement du crusher relativement faible _(durée totale de l’écrasement voisine de 35 millisecondes dans la première série d’expériences et de 50 millisecondes dans la deuxième série et pression maximum _appliquée sur le crusher ne _{dépassant pas 2500 kg), il y} a accord très

satis-faisant, non seulement pour le maximum de pression, mais pour toute la courbe pression-temps, entre les indications des crushers de cuivre de 13/8 mm, et les indications du quartz piézoélectrique.

1.

_Dispositif

d’étude des

pressions

explosives

utilisant

les

_{propriétés piézoélectriques}

d’une lame de

Quartz.

Par ÂNDRH LANGEVIN.

f.

_{Exposé théorique. -}

_{L’utilisation des}

pro-priétés piézoélectriques

d’uiie lame de

_quartz

constitue la méthode de _{choix pour l’étude des}

_pressions

ou

efforts variables en

_général.

Elle est

_{particulièrement}

indiquée

pour l’étude des

pressions explosives,

où il

s’agit

de

_{pressions rapidement}

variables.

Son intérêt essentiel réside :

a)

Dans le fait

_qu’elle

nc mct en

_jeu

_qu’unc

inertie

très

faible,

étant donné les déformations

_élastique

minimes du

_quartz

sous l’influence de la

_pression.

b)

Dans sa

_souplesse,

la sensibilité

_peut

être

_ajustée

à la valeur voulue par

simhle réglage

d’un

condensa-teur en shunt sur les

_quartz.

La

_{piézoélectricité}

découverte en 1881

_{par les}

frères

Curie, permet

la transformation

instantanée,

à l’aide d’une

_{ou plusieurs}

lames de

_quartz

taillées

perpcndicu-iaircmcnt â, l’axe

_électrique,

dus variations d’un effort 1F en variations de

_quantité

d’électricité suivant la

loi :

a étant le module

_{piézoélectrique}

du

_quartz.

D’une

façon

générale

les

_quantités

d’électricité mises en

_jeu

sont

_faibles,

le module

_{piézoélectrique}

_ayant

un ordre

de

_grandeur

faible :

Mais la

_technique

actuelle

_deslampes

a trois électrodes

permet

de conserver ces

_charges

et de les

_amplifier

ensuite sans déformations

_{appréciables.}

2. Réalisation de

_{l’appareil. -}

_{a) Support}

du

quartz

et

_dispositif

de transmission de la

_pression.

-Il est

_commode,

_{pratiquement,}

d’utiliser deux lames de

quartz

montées à axes

_{électriques opposés (lames}

perpendiculaires

à l’axe

_{électrique),}

l’armature

métal-lique

isolée se trouvant

_placée

entre les deux

_quartz,

son _{isolement est ainsi assuré par les lames de}

_quartz

elles-mêmes.

_(Voir

_fig.

_t.)

Fig. 1. -

Disposition des _quartz.

La

_pression

est transmise directement aux

_quartz

par un

_{piston cylindrique}

coulissant de section connue avec

_{précision (section}

de

0,5 ; f ; 2

ou 3 em2 suivant

la valeur maxima de la

_pression

à

_étudier).

Les

_quartz

sont

_placés

dans une enceinte

_métallique

fermée.

_(Voir

_fig.

_2.)

Ils sont serrés entre le

_piston

et une

_pièce

filetée

_portant

un

logement

_{pour les}

quartz

(cette

pièce

est munie d’un roulement a bille pour éviter des efforts excessifs sur la connexion au moment du serrage des

quartz).

Le serrage initial des

quartz

est _{nécessaire pour éviter} un

_déplacement

appréciable

du

_piston

au moment du tir.

Normalement

même pour des

pressions

élevées les déformations du

_quartz,

et des

_pièces

_peuvent

à

_juste

titre ètre considérées comme

_{négligeables.}

Un tube

desséchant,

contenant du

_p20J,

est

_prévu

pour

supprimer

la conductibilité

_électrique

du

_quartz

en surface.

449

b)

Liaison des

_quartz

à

_{l’amplüicateur. -}

L’arma-ture isolée entre les

_quartz

est reliée à travers une

borne d’ambre au

_{conducteur, protégé}

des influences

électrostatiques

par un tube

_métallique,

_qui

réalise la liaison avec

_{l’ampliticateur.}

A l’entrée de

_{l’amplificateur}

ce conducteur est relié à la

_grille

de la triode électromètre

_qui

constitue la

_partie

essentielle du

_{premier étage}

de

_{l’amplificateur.}

Fig. 2. -

Dispositif de transmission et support des _quartz.

c)

Amplificateur. -

Cet

_{amplificateur}

est un

ampli-ficateur du

_type

à «

_{résistance », comprenant}

deux

étages.

Le

_{premier étage}

est constitué par un circuit compor-tant une

_lampe

à haut isolement de

_grille

_(couranl

inverse de

_grille

réduit au minimuln par la

_position

de la

_grille

en dehors de

_l’espace

filament

_plaque)

di(e

triode-électromètre : cette

_lampe

_permet

de conserver ainsi les

_charges

_{fournies par les}

_quartz,

d’où

possibi-lité de

_{l’étalonnage}

_{par établissement de}

_pression

sta-tique,

son circuit est conforme au schéma habituel des

étages

à résistance et contre batterie.

Fig. 3. - Schéma du

montage de _{l’amplificateur} à triode électromètre.

RI = Résistance de 50 000 c~

Rh = Rhéostat de chauffage

C - Capacité variable en shunt sur les _quartz.

Le deuxième

_étage

_comporte

une

_lampe

_{amplificatrice}

basse

_fréquence

de sortie. le schéma de

montage

fig. 3.)

rl)

Oscillographe

et

_enregistreur

_{photographique.}

-

L’oscillographe

utilisé est un

_{oscillographe}

élec-tromagnétique

Dubois de

_période

_propre

_1/3

000 de

seconde,

période

propre la

plus

courte

_qui

_{ait pu être} réalisée dans ce _genre

_{d’appareil.}

Cet

_{oscillographe}

est

muni d’un miroir concave de 1 m _{de rayon de}

courbure.

La source de lumière est une

_lampe

a arc à avance-ment

_automatique

à charbon très

_fin;

la lumière est

concentrée sur le miroir à l’aide d’un

_{système optique}

comportant

t un condenseur et une lentille à court

_foyer

ainsi que deux fentes pour obtenir une

_image

fine en

éliminant les

_images

_parasites

_{fournies par les bords} du miroir.

L’enregistrement photographique

se fait sur un tam-bour

_cylindrique

tournant de 50 cm de circonférence

avec

chambre

noire

_comportant

un couvercle à déclan-chement

_automatique

_par

électroaimant,

une fente

dis-posée

à l’entrée de la chambre noire

_complète

_la ponc-tualité de

_l’image.

La mesure de la vitesse de déroulement du

_papier

sensible c’est-à-dire la mesure de la vitesse de rotation

du

_cylindre

se fait à l’aide d’un

_dispositif

électro-magnétique

donnant unetensionalternative sinusoïdale de

_fréquence

directement liée à la vitesse de rotation du

_cylindre.

Cette

_fréquence

est mesurée _{à l’aide d’une gamme de}

4 _{groupes de lames vibrantes excitées}

électromagné-tiquement

par le courant alternatif sinusoïdal et

_pouvant

entrer en résonance pour des

fréquences

connues et ins-crites au côté de chacune d’elles

_(système

Hartmann-Kempf).

Chacune _{des lames d’un même groupe} a des fré-quences propres variant

régulièrement

et très voisines les unes des

_autres,

ce

_qui

_permet

une mesure

_précise

de la vitesse de rotation.

Les 4- _{groupes de lames vibrantes}

_{correspondent}

à

4 ordres de

_grandeur

de vitesse de déroulement du

papier.

Ces 4 vitesses sont

_{5, 10,}

15 et 20 m _par sec

environ,

mesurées avec une erreur maximum de

0,5

pour 100.

e) Tarage

en

_pression

et contrôle de

l’amplifica-teur. -

L’étalonnage

en

_pression

est fait avant et

_après

chaque

série de tir à la

_bombe,

de

façon

à _{vérifier que} les

_quartz

sont restés en bon état et

_{qu’il n’y}

a _pas eu

de modification dans l’ensemble des circuits

_{électriques.}

Cet

_étalonnage

en valeur absolue des

_pressions

est fait

.

à _{l’aide d’une presse à huile}

_spéciale

_permettant

d’aller

j usqu’a

3 000

_kg

_par

cm2,

par

comparaison

avec les indi-cations

_statiques

des crushers de cuivre de

_13/8

mm

utilisés habituellement pour la mesure

_{de pressions}

ex-plosives. (Voir fig.

4.)

Ce

_procédé

se trouve

_justifié,

en dehors même de la

grande régularité

des indications des

crushers,

par le fait que nous nous

_proposions

essentiellement de

réali-ser la

_comparaison

entre les indications

_statique

et

Fig. 4. En

_plus

de cet

_étalonnage

en

_pression

nous

contrô-lions,

avant et

_{après chaque}

_tir,

les

_{caractéristiques}

électriques

de l’ensemble du

_montage

en

_appliquant

une tension fixe et constante à l’entrée de

l’amplifica-teur.

_(Batterie

d’accumulateur ne débitant

_pas)

et nous notions la déviation

_indiquée

_par un

_{milliampèremètre}

en série avec

_{l’oscillographe (ce}

milli étant mis hors

circuit au moment de la

_combustion),

ainsi nous

pou-vions contrôler à lafois le coefficient

_{d’amplification}

de

l’amplificateur

et l’isolement de l’ensemble des

_quartz

et du circuit

_grille

de la triode électromètre.

Ces

_précautions

nous

_ontpermis

d’obtenir une

_grande

régularité

dans les résultats.

II.

_Comparaison

des courbes

_{pressions-temps}

déduites :

a)

des écrasements

du

_{crusher ; b)}

des

_{enregistrements}

au

_quartz

_{piézoélectrique.}

Par HENRI MUR,AOUR, ANDRE LANGEVIN et GABRIEL AUNIS. La

_comparaison

entre crusher et

_quartz

piézoélec-trique

a été effectuée dans les conditions suivantes : La

pression explosive

a été réalisée _par la combustion d’une

_poudre

colloïdale tubulaire de

_2,57

mm

d’épais-seur tirée à la densité de

_chargement

de

0,2

dans une

bombe en

_{acier, type Vieille,}

de 150 _de capa-cité

_(1).

La durée totale de combustion de cette

_poudre

était,

dans ces

_conditions,

de l’ordre de 35 milli-secondes.

Une

_première

série de 3

_expériences

a été réalisée

en

_enregistrant

la variation de la

_pression

en fonction

du

temps

à l’aide du

_quartz

_{piézoélectrique,}

la

_pression

étant transmise au

_quartz

_{par l’intermédiaire d’un}

piston

de

_1/2

em2

_(2).

(1) Composition de la poudre utilisée : Coton _{poudre à} li,7

pour 100 d’azote, 66 pour 100; nitroglycérine 25 pour 100 ;

diéthyldiphényl urée symétrique 9 pour 100.

(2) Le quartz avait été taré _statiquement avec des crushers

voir _{(1re partie),} méthode qui ne _{soulève pas d’objections,} si la

durée _{d’application} de la _pression est voisine de celle utilisée

pour le tarage statique des crushers avec _l’appareil manomé-trique type Vieille.

Voici,

pour

chaque expérience,

la valeur de la pres-sion maxima et la valeur de la constante

K1

(1).

Deux séries

_{d’expériences}

ont été ensuite exécutées dans les mêmes

conditions,

mais en substituant au

quartz

piézoélectrique

des crushers de cuivre de 13 mm

de hauteur et 8 mm de diamètre écrasés : 1° _par un

piston

de 1

_{cm~ ;}

_{2° par} un

_piston

de

_~./~

cm2.

Les écrasements ont été

_enregistrés

en fonction du

temps

suivant le

_dispositif

de Vieille

_(tambour

tour-nant et

_diapason).

Les écrasements mesurés ont été transformés en

_pressions

en utilisant la table de

_tarage

(1) Sur la détermination de K,, inverse de la vivacité, voir La _Technique moderne, 1931, t. 23, p. 177. R!, exprimé ici, en

kg. cm2 seconde, est _équivalente à l’aire

totale

de la courbe

451

Fig. 6.

dite « Piston libre Burlot »

_(1).

Le tableau A annexé à

cette note

_donne,

à titre

d’indication,

pour le lot de crusher que nous avons utilisé et _{pour différents}

écra-sements ;

1. La valeur de la

_pression

déduite du

_tarage

sta-(1) Sur le mode d’établissement de cette table qui tient

compte de la résistance _{plus grande} du crusher aux

écrase-ments rapides, voir Mémorial des poudres, 1923, t. 20. p. 255.

La table a été complétée ultérieurement, pour les basses _pressions, par le même _{expérimentateur,} elle est utilisée dans le Service des

_Poudres,

sous la _désignation table P Sevran 1931.

tique,

exécuté avec

_{l’appareil manométrique}

_type

Vieille.

2. La valeur de la

_pression

_indiquée

_{par la table}

pis-ton libre Burlot.

Quatre

expériences

ont été exécutées avec le

_piston

de

_1/2

em- et 4

expériences

avec le

_piston

de 1 cm2.

Voici pour

chaque expérience

les _{valeurs de la}

Pour

_chaque

série

_{d’expériences : a)}

_{quartz ;}

b)

crushers de

_13/8,

_piston

de

_{1/5 cm2 ;}

_c)

crushers de

13/8,

piston

de 1

_cm2,

on a calculé la courbe

pression-temps

moyenne.

(Dans

chaque

série les

_{expériences,}

très

concordantes,

s’écartent _{très peu de} cette

_couibe,

comme

_{l’indiquent}

les faibles variations du

_Iil.)

Les courbes moyennes ainsi obtenues ont été

_superposées

sur le

_graphique

n° 1 annexé à cette

_note,

_figure

5.

On _remarquera la

_{superposition}

à _peu

_près

_parfaite

des

courbes,

il existe

_cependant,

vers la fin du

_tracé,

en

particulier

entre les courbes crushers

_piston

de 1 CM2

et crushers

_piston

de

_{1/2 cm~,}

un

_{léger décalage,}

du

sans doute à une faible variation de la résistance du

crusher avec la vitesse d’écrasement.

Le même accord entre le

_quartz

et le crusher a été retrouvé dans une seconde série d’essais exécutés à

plus

basse densité de

_{chargement (0,115)}

la

_pression

étant transmise au

_quartz

et au _{crusher par}

l’intermé-diaire d’un

_piston

de 1 cm2.

_{(Voir graphique n° 2,}

fig. 6.)

En

résumé,

dans les conditions

_{e.xpërimentales}

choi-sies,

c’est-à-dire avec une vitesse d’écrasement du

crusher relativement faible

_(durée

totale de

l’écra-sement voisin de 35 millisecondes dans la

_première

série

_{d’expériences}

et de 50 millisecondes dans la deuxième série et

_pression

maximum

_appliquée

sur le crusher ne

_dépassant

_{pas 2}

500

_{kg :}

cm2

₍₁₎

_{il y} a accord très

_{satisfaisant,}

non _{seulement pour le maximum de}

pression,

mais pour toute la courbe

_{pression-temps}

entre les indications des crushers de cuivre de

_13/8

et les indications du

_quartz

_{piézoélectrique.}

TABLEAU A. - Table de

tarage

des crushers de

_{4 3/8}

utilisés dans les essais.

(;) L’un de nous a antérieurement montré que dans la région

voisine de 4000 _kg les _pressions déduites de la table _piston libre sont certainement inférieures aux _pressions réelles Voir Mémorial de l’artillerie _{française, 1925,} t. _4, p. 229, voir égale-ment 1935, t. 14, p. 642.

Fig. 1. -