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圧力トランスデューサ:ピトースタティックチューブを用いてキャリブレーション

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すべての航空機は、風速のリアルタイム計算を行うために圧力測定を使用します。飛行機では、これらの圧力測定はピトースタティックチューブを使用して得られます。

ピトースタティックチューブは、停滞圧力と静圧を測定する開口部を有する。停滞圧力は静圧と動的圧力の合計であるため、ピトースタティックチューブを使用して動的圧力と流速を測定することを思い出してください。ピトー静的チューブを使用して風速を圧力に相関させる方法の1つは、流体の圧計を使用することです。

流体の間計は、一般に、部分的に液体で満たされたU字型のガラス管である。マノメーターの片方のアームは、ピトースタチューブ上の停滞圧力ポートに接続され、もう一方は静圧ポートに接続されています。停滞した空気では、静圧と停滞圧力の差がない場合、圧力計体液の高さの差はゼロです。

圧力差異を経験すると、流体の高さの変化によって視覚化されます。圧力差、または動的圧力は、この式を使用してデルタHから計算されます。ここで、rho Lは、マノメーター中の流体の密度であり、Gは重力加速度である。この関係は、速度方程式に置き換えることによって風速を計算するために使用されます。次に、自由ストリーム密度、rho 無限大を使用して、フリーストリーム速度 V 無限大を解解くことができます。

しかし、流体の操縦計はかさばり、機内での手動読み取りが必要です。したがって、圧力差を測定するより便利な方法は、圧計の代わりに圧力トランスデューサを使用することです。これにより、圧力差を電気信号に変換することが可能になります。

容量圧力トランスデューサは、絶縁体で分離された2つの導電性プレートで構成されるコンデンサの動作原理に基づいています。容量は、muが絶縁体材料の誘電定数であり、Aがプレートの面積であり、Dがプレート間の間隔である以下の式によって測定される。

静電容量圧力トランスデューサを作るために、導電性プレートの1つは、柔軟な導電ダイヤフラムに置き換えられます。圧力が加わると、ダイヤフラムが偏向し、プレートD間の間隔の変化を引き起こし、容量の変化をもたらす。トランスデューサ内の電子機器は、容量の対応する偏差に対する特定の電流変化を生成するために校正されます。したがって、電流読み取り値は、与えられた加えられた圧力に対応します。

圧力トランスデューサは、圧力トランスデューサと同様に、ピトーチューブに接続され、既知の風速を持つ風洞で校正されます。これにより、電流と圧力の間に数学的な関係を生み出し、伸びによって電流と風速を生成できます。

この実習では、圧力トランスデューサに接続された風洞内のピトースタティックチューブを使用します。次に、さまざまな風速で圧力トランスデューサを校正し、電圧と速度の関係を決定します。

この実験では、独自の校正圧力トランスデューサと25 psfの動的圧力に達する能力を持つ風洞を使用する必要があります。また、標準的なピトー静的チューブと色付きの水を使用した差動Uチューブのマノメーターを使用して、この差動圧トランスデューサを校正します。

開始するには、垂直スティングマウントを使用して、テストセクションの上部に風洞の内側にピトー静的チューブを取り付けます。プローブがテストセクションの中央にあることを確認します。ピトー管を流れの方向に合わせ、プライマリ ポートが直接空気の流れに向かるようにします。

次に、マノメーターの流体の上部をガラス管の二重Oリングマーカーに合わせます。メインスケールの読み取り値が 0 に対応していない場合は、流体を別の基準点に位置合わせし、オフセットの高さを記録します。

T コネクタを使用して、1 つのチューブから 2 つに流れを分割し、ピトースタティック チューブの停滞と静圧コンセントを U チューブのマノメーターの対応するポートに接続します。圧力トランスデューサを垂直面に風洞試験部の外側に取り付けます。圧力トランスデューサに電力を供給する標準電圧電源と、出力電流を読み取るためのマルチメータを設定します。次に、停滞および静圧力出口をトランスデューサ上の対応する圧力ポートに接続します。

次に、風洞のドアを固定し、すべてのシステムのスイッチを入れます。次に、風洞トランスデューサ圧力、圧計高さ、差圧トランスデューサ電流の読み取り値を取ります。エアフローなしの状態の測定値を、基準線ゼロ読み取り値として記録します。次に、風洞をオンにし、テストセクションの動的圧力を 1 psf に設定します。

流れが安定したら、トランスデューサ圧力、圧力計の高さの違い、およびトランスデューサ電流を記録します。風洞の動的圧力設定を 1 psf のステップで、最大 20 psf の設定まで増やし、各ステップでデータを記録します。ヒステリシスをチェックするには、1つのpsfのステップで動的圧力を下げ、ゼロpsfに戻り、各ステップでデータを再び記録します。すべての測定値が収集された場合は、すべてのシステムをシャットダウンします。

それでは、結果を見てみましょう。まず、動的圧力の増加と減少に伴うマノメーターの高さの測定値のプロットを見ます。トレースごとに 2 つの測定値を示します。1 つは実際のマノメーターの読み取り値で、もう 1 つはオフセット高さが 0.8 インチで修正されています。示された単純な方程式を使用して、マノメーターの高さからマノメーター圧力を計算できます。ここでは、この場合、水、重力加速度、およびマノメーターオフセットと高さの測定であるマノメーター内の液体の密度を使用します。

マノメーターの読み取り値から圧力を計算したところで、圧力トランスデューサの電流測定値に対してプロットします。圧力トランスデューサのキャリブレーション曲線を取得するには、データの増減を個別に適合させ、2 つの線形最良適合方程式を作成します。

しかし、データの増加と減少が一致していることがわかります。したがって、圧力トランスデューサはヒステリシスを示さないと結論付けることができます。したがって、単一の校正方程式に簡素化できるため、かさばる流体のマノメーターではなく、圧力トランスデューサからの電流読み取りを使用して圧力を測定することができます。ピトースタティックプローブを校正されたトランスデューサに接続することで、動的圧力を直接測定し、風速を測定することができます。

要約すると、飛行中に測定された圧力差が流速とどのように相関するかを学びました。次に、ピトースタティックチューブをさまざまな風速に付加して圧力トランスデューサを校正し、電圧と風速の関係を決定しました。

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