Trasduttore di pressione: calibrazione mediante tubo statico Pitot

Panoramica

Fonte: Shreyas Narsipur, Ingegneria meccanica e aerospaziale, North Carolina State University, Raleigh, NC

La pressione del fluido è un'importante caratteristica del flusso necessaria per determinare l'aerodinamica di un sistema. Uno dei sistemi di misurazione della pressione più antichi e ancora esistenti è il manometro grazie alla sua precisione e semplicità di funzionamento. Il manometro è generalmente un tubo di vetro a forma di U che è parzialmente riempito di liquido, come mostrato nella Figura 1. Il manometro a tubo a U non richiede alcuna calibrazione perché non ha parti mobili, e le sue misure sono funzioni di gravità e densitàdelliquido. Pertanto, il manometro è un sistema di misurazione semplice e preciso.


Figura 1. Schema di un manometro a tubo a U.

Le misurazioni della pressione in tempo reale si ottengono negli aeromobili collegando le porte di ristagno e pressione statica di una sonda pitot-statica, un dispositivo comunemente usato per misurare la pressione del flusso del fluido, alle porte di un dispositivo di misurazione della pressione. Ciò consente ai piloti di ottenere le condizioni di volo esistenti e di avvisarli in caso di modifiche alle condizioni di volo. Mentre i manometri forniscono letture della pressione molto accurate, sono intrinsecamente ingombranti. È necessaria una soluzione più realistica per misurare le pressioni degli aeromobili, poiché uno degli obiettivi di progettazione primari è quello di mantenere il peso complessivo dell'aeromobile il più basso possibile. Oggi, i trasduttori di pressione elettromeccanici, che convertono la pressione applicata in un segnale elettrico, sono ampiamente utilizzati per applicazioni di rilevamento della pressione sugli aeromobili perché sono piccoli, leggeri e possono essere posizionati quasi ovunque nella cellula. Le caratteristiche di cui sopra non solo aiutano a ridurre il peso, ma riducono anche la quantità di tubi necessari per collegare la sonda pitot-statica al trasduttore, diminuendo così il tempo di risposta dei dati. Inoltre, nei test di volo sperimentali degli aerei, i trasduttori di pressione in miniatura sono utili in quanto consentono ai ricercatori di massimizzare la raccolta dei dati sulla pressione senza aumentare significativamente il peso dell'aeromobile. Mentre esistono diversi tipi di trasduttori di pressione con diverse tecniche di misurazione, uno dei tipi più comuni di trasduttore è il trasduttore di pressione capacitivo. Poiché i trasduttori sono in grado di inviare solo segnali in termini di tensione e corrente, è necessaria la calibrazione del trasduttore per correlare la potenza di un particolare segnale alla pressione che induce il trasduttore a generare il segnale. L'adattamento finale della curva che mette in relazione la corrente o la tensione del trasduttore con una misurazione fisica, nel nostro caso la pressione, è comunemente indicato come curva di calibrazione del trasduttore.

In questo esperimento, una sonda pitot-statica viene collocata in una galleria del vento subsonica con le porte di ristagno e pressione statica collegate alle porte totali e statiche sia del manometro a tubo a U che del trasduttore di pressione. La galleria del vento viene quindi alicata con diverse impostazioni di pressione dinamica e vengono registrate la corrispondente lettura della pressione dal manometro a U e le letture di corrente prodotte dal trasduttore. Questi dati vengono quindi utilizzati per generare curve di calibrazione per il trasduttore di pressione.

Procedura

1. Calibrazione del trasduttore di pressione

In questa dimostrazione, è stata utilizzata una galleria del vento subsonica con una sezione di prova di 2,6 piedi x 3,7 piedi e l'impostazione della pressione dinamica massima di 25 psf. Un trasduttore di pressione pre-calibrato è stato utilizzato per impostare la pressione dinamica nella sezione di prova della galleria del vento e un manometro differenziale a tubo a U con acqua colorata e scala è stato utilizzato per misurare l'altezza del fluido (<

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Risultati

Nell'analisi sono state utilizzate le seguenti costanti: densità dell'acqua, ρacqua:61,04 lb/ft3; accelerazione dovuta alla gravità, g:32.15 ft/s2; e manometro off-set, hoff = 0.8 in. La variazione dei dati del manometro per aumentare e diminuire le pressioni dinamiche (con e senza correzione per lo strumento off-set) è mostrata nella Figura 7. La Figura 8 mostra un grafico delle letture della corrente del trasdu...

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Concepts

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Calibrating a Pressure Transducer

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