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

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1 Étude des méthodes de mesure des pressions explosives. Comparaison crushersquartz piézoélectrique A. Langevin To cite this version: A. Langevin. Étude des méthodes de mesure des pressions explosives. Comparaison crushersquartz piézoélectrique. J. Phys. Radium, 1936, 7 (11), pp < /jphysrad: >. <jpa > HAL Id: jpa Submitted on 1 Jan 1936 HAL is a multidisciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

2 Disposition ÉTUDE DES MÉTHODES DE MESURE DES PRESSIONS EXPLOSIVES COMPARAISON CRUSHERSQUARTZ 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 estàdire 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 satisfaisant, non seulement pour le maximum de pression, mais pour toute la courbe pressiontemps, 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 propriétés 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 condensateur 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 perpcndicuiaircmcnt â, l axe électrique, dus variations d un effort 1F en variations de quantité d électricité loi : suivant la 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 métallique isolée se trouvant placée entre les deux quartz, son isolement est ainsi assuré par les lames de quartz ellesmêmes. (Voir fig. t.) Fig. 1. 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. Article published online by EDP Sciences and available at

3 Dispositif Schéma L oscillographe L étalonnage b) Liaison des quartz à l amplüicateur. L armature 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. de transmission et support des quartz. c) Amplificateur. Cet amplificateur est un amplificateur du type à «résistance», comprenant deux étages. Le premier étage est constitué par un circuit comportant 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 triodeélectromètre : cette lampe permet de conserver ainsi les charges fournies par les quartz, d où possibilité de l étalonnage par établissement de pression statique, son circuit est conforme au schéma habituel des étages à résistance et contre batterie. Fig. 3. du montage de l amplificateur à triode électromètre. = RI Résistance de 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.) 449 rl) Oscillographe et enregistreur photographique. utilisé est un oscillographe électromagnétique 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 avancement 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 tambour cylindrique tournant de 50 cm de circonférence avec chambre noire comportant un couvercle à déclanchement automatique par électroaimant, une fente disposée à l entrée de la chambre noire complète la ponctualité de l image. La mesure de la vitesse de déroulement du papier sensible c estàdire la mesure de la vitesse de rotation du cylindre se fait à l aide d un dispositif électromagnétique 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 électromagnétiquement par le courant alternatif sinusoïdal et pouvant entrer en résonance pour des fréquences connues et inscrites au côté de chacune d elles (système Hartmann Kempf). Chacune des lames d un même groupe a des fréquences 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 amplificateur. 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 kg par cm2, par comparaison avec les indications statiques des crushers de cuivre de 13/8 mm utilisés habituellement pour la mesure de pressions explosives. (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 réaliser la comparaison entre les indications statique et dyl1alnique des crushers.

4 450 Fig. 4. En plus de cet étalonnage en pression nous contrôlions, 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 amplificateur. (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 pouvions 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 pressionstemps 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 piézoélectrique 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 épaisseur tirée à la densité de chargement de 0,2 dans une bombe en acier, type Vieille, de 150 de capacité (1). La durée totale de combustion de cette poudre était, dans ces conditions, de l ordre de 35 millisecondes. 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 manométrique type Vieille. Voici, pour chaque expérience, la valeur de la pression 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 tournant 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 R!, exprimé ici, en kg. cm2 seconde, est équivalente à l aire totale de la courbe pressiontemps.

5 451 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 écrasements ; 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 écrasements rapides, voir Mémorial des poudres, 1923, t. 20. p 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 tique, exécuté avec l appareil manométrique type Vieille. 2. La valeur de la pression indiquée par la table piston 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 pression maximum (table piston libre) et les valeurs de lii.

6 Eehelle Table 452 crusher relativement faible (durée totale de l écrasement 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 kg : cm2 (1) il y a accord très satisfaisant, non seulement pour le maximum de pression, mais pour toute la courbe pressiontemps entre les indications des crushers de cuivre de 13/8 et les indications du quartz piézoélectrique. 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 pressiontemps 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 intermédiaire d un piston de 1 cm2. (Voir graphique n 2, fig. 6.) En résumé, dans les conditions e.xpërimentales choisies, c estàdire avec une vitesse d écrasement du TABLEAU A. 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 également 1935, t. 14, p Fig