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压力传感器:使用皮托静态管进行校准
 
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压力传感器:使用皮托静态管进行校准

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所有飞机都使用压力测量来实时计算风速。在飞机上,这些压力测量是使用皮托静态管获得的。

平管具有测量停滞压力和静态压力的开口。回想一下,停滞压力是静态压力和动态压力的总和,因此使用平静管测量动态压力,从而测量流速。使用平地管将风速与压力相关联的一种方法是使用流体操纵仪。

流体操纵仪通常是部分充满液体的 U 形玻璃管。操纵仪的一个臂连接到皮托-静态管上的停滞压力端口,另一个与静态压力端口相连。在停滞空气中,静态压力和停滞压力之间没有区别,压力计流体高度差为零。

当压力计遇到压差时,通过流体高度的变化来可视化。压差或动态压力是使用此方程从增量 H 计算的。在这里,rho L是流体在压力计中的密度和G是重力加速度。这种关系用于计算风速,将其替换到速度方程中。然后,我们可以解决自由流速度,V无穷大,使用自由流密度,罗无穷大。

然而,流体压力计体积庞大,需要在飞机上手动读取。因此,测量压差的更方便方法是使用压力传感器代替压力计。这使我们能够将压差转换为电信号。

电容压力传感器基于电容器的工作原理,电容器由两个由绝缘体分离的导电板组成。电容由以下方程测量,其中 mu 是绝缘体材料的介电常数,A 是板的面积,D 是板之间的间距。

为了使电容压力传感器,其中一个导电板被柔性导电膜取代。施加压力时,隔膜偏转,导致板 D 之间的间距发生变化,从而导致电容变化。传感器中的电子元件经过校准,可产生特定的电流变化,以产生相应的电容偏差。因此,电流读数对应于给定施加的压力。

与压力计一样,压力传感器与皮托管相连,并在具有已知风速的风洞中进行校准。这使我们能够在电流和压力之间,以及扩展的电流和风速之间产生数学关系。

在本实验演示中,我们将在连接到压力传感器的风洞中使用皮托静态管。然后,我们将以不同的风速校准压力传感器,并确定电压和速度之间的关系。

对于此实验,您需要使用具有自身校准压力传感器的风洞,并能够达到 25 psf 的动态压力。您还将使用标准皮托静态管和带彩色水的差分 U 管操纵仪来校准此差压传感器。

首先,使用垂直刺痛安装将风洞内的皮托静态管安装在测试部分的顶部。确保探头位于测试部分的中心。将皮托管与流动方向对齐,使主端口直接面对气流。

接下来,将压力计流体的顶部与玻璃管上的双 O 形环标记对齐。如果主刻度上的读数不对应于零,则将流体对齐到不同的参考点,并记录偏移高度。

使用 T 形连接器将流量从一个管拆分为两个,然后将 Pitot 静态管上的停滞和静态压力出口连接到 U 管压力计的相应端口。将压力传感器安装在垂直表面上的风洞测试部分外。设置标准电压电源以为压力传感器供电,并设置万用表以读取输出电流。然后,将停滞和静态压力出口连接到传感器上的相应压力端口。

现在,固定风洞门并打开所有系统。然后,获取风洞传感器压力、操纵仪高度和差压传感器电流的读数。将无气流条件的测量值记录为基准线零读数。现在打开风洞,并将测试部分的动态压力设置为一个 psf。

流量稳定后,记录传感器压力、操纵仪高度差和传感器电流。以一个 psf 的步长增加风洞中的动态压力设置,最大设置为 20 psf,记录每个步骤的数据。为了检查迟滞,以一个 psf 的步骤降低动态压力,向下归零 psf,再次记录每个步骤的数据。收集完所有测量值后,关闭所有系统。

现在,让我们来看看结果。首先,我们查看压力计高度读数的图解,其动态压力增加和下降。此处显示了每个跟踪的两个测量值。一个是实际操纵仪读数,另一个已更正偏移高度 0.8 英寸。我们可以用所示的简单方程从操纵仪高度计算压力。在这里,我们使用压力计中液体的密度,即水、重力加速度以及压力计偏移和高度测量。

现在,我们已经计算了压力从压力计读数,我们将绘制它与压力传感器电流读数。为了获得压力传感器的校准曲线,我们将分别拟合增加和递减数据,从而得出两个线性最佳拟合方程。

但是,我们看到数据的增加和减少排列。因此,我们可以得出结论,压力传感器不表现出迟滞。因此,我们可以简化为单个校准方程,从而使我们能够使用压力传感器的电流读数(而不是笨重的流体操纵计)来测量压力。通过将皮托静态探头连接到校准的传感器,我们可以直接测量动态压力,从而测量风速。

总之,我们了解了飞行期间测得的压力差与流速之间的相关性。然后,我们校准压力传感器,通过使一个皮托静态管受到不同的风速,并确定电压和风速之间的关系。

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