Druckwandler: Kalibrierung mit einem Pitotrohr

Quelle: Shreyas Narsipur, Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik, North Carolina State University, Raleigh, NC

Der Flüssigkeitsdruck ist ein wichtiges Strömungsmerkmal, das zur Bestimmung der Aerodynamik eines Systems erforderlich ist. Eines der ältesten und noch existierenden Druckmesssysteme ist das Manometer aufgrund seiner Genauigkeit und Einfachheit der Bedienung. Das Manometer ist in der Regel ein U-förmiges Glasrohr, das teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, wie in Abbildung 1dargestellt. Das U-Rohr-Manometer erfordert keine Kalibrierung, da es keine beweglichen Teile hat, und seine Messungen sind Funktionen der Schwerkraft und der Dichte derFlüssigkeit. Daher ist das Manometer ein einfaches und genaues Messsystem.

Abbildung 1. Schaltplan eines U-Rohr-Manometers.

Echtzeit-Druckmessungen werden in Flugzeugen durch Anschluss der Stagnations- und statischen Druckanschlüsse einer pitotstatischen Sonde, einer Vorrichtung, die häufig zur Messung des Flüssigkeitsdurchflussdrucks verwendet wird, mit den Anschlüssen eines Druckmessgeräts erreicht. Dies ermöglicht es den Piloten, bestehende Flugbedingungen zu erhalten und sie zu warnen, wenn Änderungen der Flugbedingungen auftreten. Manometer liefern zwar sehr genaue Druckmessungen, sind aber von Natur aus sperrig. Eine realistischere Lösung ist erforderlich, um den Druck von Flugzeugen zu messen, da eines der primären Designziele darin besteht, das Gesamtgewicht des Flugzeugs so gering wie möglich zu halten. Heute werden elektromechanische Druckwandler, die den aufgebrachten Druck in ein elektrisches Signal umwandeln, häufig für Druckmessanwendungen in Flugzeugen eingesetzt, da sie klein, leicht sind und fast überall im Flugzeug platziert werden können. Die oben genannten Eigenschaften tragen nicht nur zur Gewichtsreduktion bei, sondern auch zur Verringerung der Anzahl der Schläuche, die erforderlich sind, um die pitot-statische Sonde mit dem Messumformer zu verbinden, wodurch die Datenreaktionszeit verringert wird. Darüber hinaus sind Miniaturdruckwandler bei experimentellen Flugzeugflugtests praktisch, da sie es Forschern ermöglichen, die Druckdatenerfassung zu maximieren, ohne das Gewicht des Flugzeugs erheblich zu erhöhen. Während es verschiedene Arten von Druckaufnehmern mit unterschiedlichen Messtechniken gibt, ist einer der gebräuchlicheren Arten von Messumformern der kapazitive Druckaufnehmer. Da Wandler nur Signale in Spannung und Strom senden können, ist eine Kalibrierung des Messumformers erforderlich, um die Stärke eines bestimmten Signals mit dem Druck in Beziehung zu setzen, der den Messumformer veranlasst, das Signal zu erzeugen. Die endgültige Kurvenanpassung, die den Wandlerstrom oder die Spannung mit einer physikalischen Messung in Beziehung setzt, in unserem Fall Druck, wird gemeinhin als Diekwandlerkalibrierungskurve bezeichnet.

In diesem Experiment wird eine pitotstatische Sonde in einem Unterschall-Windkanal mit den Stagnations- und statischen Druckanschlüssen platziert, die mit den Gesamt- und statischen Anschlüssen des U-Rohr-Manometers und des Druckwandlers verbunden sind. Der Windkanal wird dann mit unterschiedlichen dynamischen Druckeinstellungen betrieben, und die entsprechende Druckmessung aus dem U-Rohr-Manometer und die vom Messumformer erzeugten Stromwerte werden aufgezeichnet. Diese Daten werden dann verwendet, um Kalibrierkurven für den Druckwandler zu erzeugen.

1. DruckaufnehmerKalibrierung

In dieser Demonstration wurde ein Unterschall-Windkanal mit einem 2,6 ft x 3,7 ft Testabschnitt und einer maximalen dynamischen Druckeinstellung von 25 psf verwendet. Ein vorkalibrierter Druckwandler wurde verwendet, um den dynamischen Druck im Windkanaltestabschnitt einzustellen, und ein Differenz-U-Rohr-Manometer mit farbigem Wasser und Skala wurde verwendet, um die Flüssigkeitshöhe zu messen (Abbildung 3). Ein Differenzdruckwandler