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Transducteur de pression : Calibration à l'aide d'un tube Pitot-statique

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Tous les avions utilisent des mesures de pression afin de faire des calculs en temps réel de la vitesse du vent. Dans un avion, ces mesures de pression sont obtenues à l'aide d'un tube pitot-statique.

Un tube pitot-statique a des ouvertures qui mesurent la pression de stagnation et la pression statique. Rappelons que la pression de stagnation est la somme totale de la pression statique et de la pression dynamique, de sorte que le tube pitot-statique est utilisé pour mesurer la pression dynamique et donc la vitesse d'écoulement. Une méthode pour corréler la vitesse du vent à la pression à l'aide du tube pitot-statique est en utilisant un manomètre fluide.

Un manomètre liquide est généralement un tube en verre en forme de U qui est partiellement rempli de liquide. Un bras du manomètre est relié au port de pression de stagnation sur le tube pitot-statique, et l'autre au port de pression statique. Dans l'air stagnant, où ce n'est pas une différence entre la pression statique et la pression de stagnation, la différence de hauteur du fluide du manomètre est nulle.

Lorsque le manomètre subit un différentiel de pression, il est visualisé par un changement de hauteur des fluides. Le différentiel de pression, ou pression dynamique, est calculé à partir du delta H à l'aide de cette équation. Ici, rho L est la densité de fluide dans le manomètre et G est l'accélération gravitationnelle. Cette relation est utilisée pour calculer la vitesse du vent en la substituant à l'équation de vitesse. Nous pouvons ensuite résoudre pour la vitesse du flux libre, V infini, en utilisant la densité du flux libre, rho infini.

Cependant, les manomètres fluides sont volumineux et nécessitent une lecture manuelle à bord de l'avion. Ainsi, une méthode plus pratique pour mesurer le différentiel de pression est d'utiliser un transducteur de pression à la place du manomètre. Cela nous permet de convertir le différentiel de pression en un signal électrique.

Un transducteur de pression de capacité est basé sur le principe de travail d'un condensateur, qui se compose de deux plaques conductrices séparées par un isolant. La capacité est mesurée par l'équation suivante, où mu est la constante diélectrique du matériau isolant, A est la zone des plaques, et D est l'espacement entre les plaques.

Pour faire le transducteur de pression de capacité, une des plaques conductrices est remplacée par un diaphragme conducteur flexible. Lorsque la pression est appliquée, le diaphragme dévie provoquant un changement dans l'espacement entre les plaques D, ce qui entraîne un changement de capacité. L'électronique du transducteur est calibrée pour générer des changements spécifiques à jour pour les écarts correspondants dans la capacité. Ainsi, une lecture actuelle correspond à une pression appliquée donnée.

Comme le manomètre, le transducteur de pression est relié au tube pitot et est calibré dans une soufflerie avec des vitesses de vent connues. Cela nous permet de générer une relation mathématique entre le courant et la pression, et par extension, le courant et la vitesse du vent.

Dans cette démonstration de laboratoire, nous utiliserons un tube pitot-statique dans une soufflerie reliée à un transducteur de pression. Nous calibrerons ensuite le transducteur de pression à différentes vitesses de vent et déterminerons la relation entre la tension et la vitesse.

Pour cette expérience, vous aurez besoin d'utiliser une soufflerie avec son propre transducteur de pression calibré et la capacité d'atteindre une pression dynamique de 25 psf. Vous utiliserez également un tube pitot-statique standard et un manomètre différentiel U-tube avec de l'eau colorée pour calibrer ce transducteur de pression différentiel.

Pour commencer, montez le tube pitot-statique à l'intérieur de la soufflerie sur le dessus de la section d'essai à l'aide d'une monture de piqûre verticale. Assurez-vous que la sonde est au centre de la section de test. Alignez le tube pitot avec la direction du débit, de sorte que le port principal fait face directement dans le flux d'air.

Ensuite, alignez le haut du fluide du manomètre sur le double marqueur de l'anneau O sur le tube de verre. Si la lecture sur l'échelle principale ne correspond pas à zéro, alignez le fluide sur un point de référence différent et enregistrez la hauteur de décalage.

Utilisez un connecteur T pour diviser le flux d'un tube à deux, puis connectez les prises de pression statiques et de stagnation sur le tube pitot-statique, aux ports correspondants sur le manomètre U-tube. Montez le transducteur de pression à l'extérieur de la section d'essai de la soufflerie sur une surface verticale. Configurez un approvisionnement standard en tension pour alimenter le transducteur de pression et un multimètre pour lire le courant de sortie. Ensuite, connectez les prises de pression statiques et de stagnation aux ports de pression correspondants sur le transducteur.

Maintenant, sécurisez les portes de la soufflerie et allumez tous les systèmes. Ensuite, prenez des lectures de la pression du transducteur de la soufflerie, de la hauteur du manomètre et du courant de transducteur de pression différentiel. Enregistrez les mesures pour la condition de flux d'air sans que la ligne de base de lecture zéro. Maintenant, allumez la soufflerie, et fixez la pression dynamique dans la section d'essai à un psf.

Une fois que le flux s'est stabilisé, enregistrez la pression du transducteur, la différence de hauteur du manomètre et le courant de transducteur. Augmenter le réglage de pression dynamique dans la soufflerie en étapes d'un psf, jusqu'à un réglage maximum de 20 psf, en enregistrant les données à chaque étape. Afin de vérifier l'hystére, diminuer la pression dynamique dans les étapes d'un psf, de retour à zéro psf, encore l'enregistrement des données à chaque étape. Lorsque toutes les mesures ont été recueillies, arrêtez tous les systèmes.

Maintenant, jetons un oeil aux résultats. Tout d'abord, nous regardons une parcelle des lectures de hauteur de manomètre avec la pression dynamique croissante et décroissante. Deux mesures sont montrées ici pour chaque trace. L'un est la lecture du manomètre réel, et l'autre a été corrigé avec la hauteur de décalage de 0,8 pouces. Nous pouvons calculer la pression du manomètre à partir de la hauteur du manomètre, en utilisant l'équation simple montrée. Ici, nous utilisons la densité du liquide dans le manomètre, qui est dans ce cas l'eau, l'accélération gravitationnelle, et le décalage du manomètre et les mesures de hauteur.

Maintenant que nous avons calculé la pression de la lecture du manomètre, nous allons l'tracer contre les lectures actuelles transducteur de pression. Pour obtenir la courbe d'étalonnage du transducteur de pression, nous adapterons séparément les données croissantes et décroissantes, ce qui donne deux équations linéaires de meilleure ajustement.

Cependant, nous constatons que les données de plus en plus nombreuses et en diminution s'alignent. Ainsi, nous pouvons conclure que le transducteur de pression ne présente pas d'hystére. Ainsi, nous pouvons simplifier à une équation d'étalonnage unique, nous permettant ainsi de mesurer la pression en utilisant la lecture actuelle du transducteur de pression, plutôt que le manomètre fluide volumineux. En reliant la sonde pitot-statique au transducteur calibré, nous pouvons mesurer directement la pression dynamique et donc, les vitesses du vent.

En résumé, nous avons appris comment les écarts de pression mesurés pendant le vol se corrèlent à la vitesse d'écoulement. Nous avons ensuite calibré un transducteur de pression en soumettant un tube pitot-statique à des vitesses de vent variables, et avons déterminé la relation entre la tension et la vitesse du vent.

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