Selección de su sensor de presión: una guía práctica para el ingeniero aeroespacial

Selección de su sensor de presión: una guía práctica para el ingeniero aeroespacial

Diseñar y crear un avión es una tarea abrumadora, y no es poca cosa de ninguna manera. Los cálculos, el diseño, las simulaciones y el rediseño interminables parecen ser un proceso perpetuo; sin embargo, eventualmente alcanzaremos el hito de las pruebas intensivas. Este es un proceso muy emocionante, todas las piezas 3D que ha diseñado, los sistemas que ha ensamblado y todos los componentes ahora están justo frente a usted. Es hora de demostrarse a sí mismo y a sus gerentes que todo funcionará sin problemas, ¡pero no se adelante! Para hacer eso, necesitamos un equipo de grabación de datos de primer nivel para verificar el rendimiento de nuestro sistema. Además, necesitamos sensores de prueba que puedan funcionar en las condiciones más extremas tanto dentro como fuera de la aeronave. Bueno, es por eso que STS está aquí, para proporcionarnos transmisores de medición de presión confiables para garantizar que nuestras rondas de pruebas de presión funcionen tan bien como el sistema que diseñamos. Pasaremos el resto de este artículo presentando una guía paso a paso para familiarizarlo completamente con la gama completa de opciones que ofrece STS y cómo integrarlas en nuestro sistema.

Exactitud

Paso uno, debemos observar de cerca el sistema de la aeronave que estamos probando y determinar la precisión requerida para nuestra recopilación de datos. Por ejemplo, el sistema hidráulico que controla los frenos de la aeronave a menudo opera dentro de un rango de presión específico, y este rango es lo suficientemente grande como para que una precisión extraordinaria no sea un requisito al seleccionar un sensor de prueba. Por lo tanto, la opción STS de ± 0,25% FS sería una opción adecuada. En el otro extremo del espectro, la presión del aceite debe controlarse mucho más juiciosamente en comparación con el sistema hidráulico de frenos. Con eso en mente, podemos seleccionar la opción STS para un transmisor de presión de alta precisión con el mayor grado de precisión disponible, a saber ± 0.05% FS para garantizar que la presión de aceite permanezca en su nivel máximo en todo el sistema del motor. 

Temperatura  

Ahora que hemos establecido la precisión requerida para nuestra aplicación, pasemos a integrar el sensor de presión en nuestro sistema de aviones de prueba. Naturalmente, los sistemas orientados a la presión en un avión son excepcionalmente diversos en términos de tamaño, temperatura de funcionamiento y medio de presión; en consecuencia, necesitamos la libertad de seleccionar cada una de estas características para nuestro sensor. 

Para el siguiente paso en el proceso de selección, dirijamos nuestra atención a la temperatura de funcionamiento. En un avión, su sensor de presión de prueba podría estar registrando datos dentro de los sofocantes confines del compartimiento del motor. Por el contrario, podría estar ubicado en el exterior, midiendo la presión de Pitot o quizás la presión del fluido descongelador, en cuyo caso la temperatura de funcionamiento será drásticamente más baja que la del compartimento del motor. No temas, STS ofrece una impresionante gama de temperaturas de funcionamiento de -25 a 125 °C. Esta gama básica cubrirá en general la mayoría de nuestras necesidades de presión aeroespacial. Para endulzar el trato, todos los sensores STS se fabrican para incluir un rango de temperatura compensado, lo que significa que el error de medición inherente es drásticamente menor dentro de los límites especificados anteriormente. ¡Esta es una característica excepcionalmente beneficiosa cuando se realizan pruebas intensivas en nuestros sistemas de presión! 

El rango de temperatura antes mencionado no está escrito en piedra. Cuando surja la necesidad, podemos optar por que nuestro sensor esté equipado con aletas de enfriamiento para aumentar la temperatura máxima a 150 ° C.Tal necesidad podría surgir si el sensor se ubicara junto al sistema de escape del motor, que puede irradiar una temperatura significativamente grande. cantidad de calor. Además, podemos elegir que la temperatura mínima de nuestro sensor se reduzca -40 ° C si el sensor va a estar expuesto a una altitud particularmente alta. Eso cubre el proceso de selección de la resistencia a la temperatura de su sensor; ¡Tenga siempre presente su entorno operativo!

Proceso de conexión

Como se mencionó anteriormente, los tamaños y calibres de los diferentes sistemas de presión dentro de una aeronave están lejos de ser constantes. Por lo tanto, el siguiente paso en nuestro proceso de selección es determinar la ubicación óptima para el sensor y seleccionar un conector que permita que el sensor encaje en esa ubicación en particular. Por ejemplo, tome un sistema de frenos de avión. El sistema hidráulico constará de varios tamaños de tubos y componentes, pero una vez que haya seleccionado la ubicación exacta para su sensor, se puede elegir la conexión al proceso. STS ofrece una gama de tamaños y diafragmas que incluyen G ¼ M y G ½ M con la opción adicional para Hastelloy y diafragmas frontales, entre otras opciones. Esta amplia gama de posibles selecciones asegura que podamos pedir un sensor que se deslizará en nuestro sistema de prueba perfecto sin ninguna modificación especial para instalar,  

Focas 

El último componente principal de nuestro sensor de prueba que cubriremos son los materiales de sellado que están disponibles para nosotros. Al igual que con el conector de proceso, el material a seleccionar para sellar su sensor depende en gran medida del fluido que compone su sistema de presión. Afortunadamente para nosotros en el campo aeroespacial, nuestros sistemas de presión rara vez experimentan fluidos corrosivos, ácidos u otros fluidos desagradables. Sin embargo, todavía debemos pensar un poco en nuestros sellos. En el caso de nuestro sistema hidráulico para tren de aterrizaje, la elección estándar es Nitrilo (NBR) como sello. Este material similar al caucho es ideal para esta aplicación, además de ser resistente a los aceites y otros materiales lubricantes. Sin embargo, Si esperamos altas temperaturas u otras condiciones adversas que están presentes en el compartimiento del motor, Viton sería una opción mucho más adecuada con su resistencia mejorada a la temperatura y durabilidad. Por último, pero no menos importante, el caucho EPDM tiene un historial probado en el tratamiento de líquidos de frenos. Estas son solo tres de las muchas opciones de sellado que ofrece STS, y la conclusión principal es que no todos los sellos son intercambiables. Investigue su sistema, las opciones disponibles y elija la mejor opción para garantizar resultados óptimos del sensor. 

Ahora está completamente preparado para comenzar el sensor de presiónproceso de selección para sus pruebas aeroespaciales! Hemos cubierto el nivel de precisión requerido para su sensor, que depende del sistema exacto en el que se encuentra el sensor. Luego pasamos a determinar el nivel correcto de resistencia a la temperatura requerido para nuestras aplicaciones individuales. Seguido por la conexión al proceso donde podemos seleccionar varios tamaños y diafragmas para asegurar que el sensor siempre se adapte a nuestras necesidades exactas. Nuestro último punto fue explicar las principales diferencias entre las muchas opciones de sellos que están disponibles para usted y la aplicación ideal de cada una. Con esta información, puede ver los componentes principales de su sensor de presión de prueba y hacer las mejores selecciones para asegurarse de que su sensor esté literalmente hecho solo para su uso.

Picos de presión en los sistemas hidráulicos: un riesgo para los sensores y otros equipos

Picos de presión en los sistemas hidráulicos: un riesgo para los sensores y otros equipos

Los picos de presión ocurren en prácticamente todas las tuberías llenas de gas y líquido. Las presiones que surgen en unos pocos milisegundos pueden superar la presión de sobrecarga de los transductores de presión empleados y también destruirlos.

Los picos de presión, o presiones muy altas que existen en un período de tiempo corto, generalmente se notan solo cuando el daño ya está hecho. Son el resultado de picos de presión y también otros fenómenos físicos (cavitación, efecto micro-diesel) que ocurren dondequiera que se transporten líquidos o gases a través de tuberías. Sin embargo, los picos de presión son menos importantes entre los gases debido a su alta compresibilidad y, por lo tanto, rara vez representan un peligro. En el contexto de las tuberías de agua, a menudo se utiliza el término “golpe de ariete”. Con estos términos, se implica en última instancia un cambio dinámico de presión del líquido. Cuando, por ejemplo, una válvula se cierra rápidamente, el flujo de agua se detendrá instantáneamente. Esto desencadena una onda de presión, que fluye a través del medio en contra de la dirección del flujo a la velocidad del sonido y luego se refleja nuevamente. En milisegundos, hay un fuerte aumento de presión que puede causar daños a los sensores de presión y otros equipos (daños a los accesorios de tubería y abrazaderas de tubería, así como a las bombas y sus bases, etc.). En la primera línea, sin embargo, son los dispositivos de medición los que se ven afectados, en los que nos concentraremos a continuación. Estos daños pueden aparecer como una pequeña “ruptura” o una deformación (ver Figuras 1 y 2).

Figura 1: “Rotura” como resultado de un pico de presión

Figura 2: Deformaciones debidas a picos de presión

Si la presión que actúa sobre el transductor de presión supera la presión de sobrecarga , esto provocará daños permanentes. Hay dos escenarios posibles aquí: Por paradójico que pueda parecer, la destrucción completa del instrumento de medición debido al pico de presión es la consecuencia más leve. Los usuarios, después de todo, notan el daño inmediatamente aquí. Sin embargo, si el sensor simplemente se deforma como resultado de un pico de presión, continuará funcionando, pero solo proporcionará mediciones inexactas. Las consecuencias financieras aquí son desproporcionadamente más altas que con un sensor totalmente destruido.

Cómo prevenir daños causados ​​por picos de presión

El camino dorado para prevenir daños causados ​​por picos de presión radica en la integración de amortiguadores de pulsaciones o estranguladores de presión. Otros medios, como el uso de válvulas, no conducirían a resultados satisfactorios, porque son demasiado lentos para reaccionar a los picos de presión que realmente surgen en meros milisegundos.

El propósito de un estrangulador es amortiguar los picos de presión para que ya no excedan la presión de sobrecarga de los transductores de presión y luego los dañen. Para este propósito, el estrangulador se coloca en el canal de presión frente a la celda del sensor. Como resultado, los picos de presión ya no llegarán a la membrana directamente y sin control, ya que primero deben pasar a través del estrangulador:

Figura 3: Canal de presión con estrangulador de presión

Debido a su muy buena protección contra picos de presión, el uso de estranguladores de presión sigue siendo la mejor opción. Esta variante, sin embargo, tiene sus inconvenientes. Puede provocar un bloqueo del canal de presión debido a calcificaciones y depósitos, especialmente en medios con partículas sólidas y en suspensión. Esto da como resultado una ralentización de la señal de medición. Si se utilizan estranguladores en aplicaciones relevantes, aquí se debe realizar un mantenimiento regular.

Se puede lograr una protección adicional contra picos de presión con una mayor resistencia a la sobrepresión, en comparación con la estándar. Si esto es aconsejable depende de la aplicación particular: si se requieren lecturas de alta precisión, estas ya no se pueden lograr en ciertas circunstancias de muy alta resistencia a la sobrepresión en relación con el rango de medición.

Prevención de la corrosión causada por líquidos agresivos en la industria alimentaria

Prevención de la corrosión causada por líquidos agresivos en la industria alimentaria

Cuando se prueban reguladores de presión proporcional como parte del desarrollo de sistemas hidráulicos complejos, se requiere una alta capacidad de impulso y precisión de los sensores de medición de presión empleados.

El ácido carbónico y el alcohol pueden ejercer presión sobre el equipo de medición. Un fabricante de analizadores de líquidos automáticos en línea y de laboratorio se ha acercado a STS para encontrar un transmisor de presión duradero y preciso.

Cuando se exponen a fluidos agresivos como alcohol o ácido carbónico, los materiales estándar sufren corrosión. Por ejemplo, el ácido carbónico provoca un aumento en la concentración de hidrones (H +) y por lo tanto conduce a la corrosión del hidrógeno. Una vez que la corrosión atraviesa la membrana del sensor de presión, se vuelve inutilizable. Es por eso que el acero inoxidable normal no es suficiente para aplicaciones con altos niveles de ácido carbónico.

Además de ser altamente resistente a la corrosión, el sensor de presión para esta aplicación particular en una planta de embotellado debe ser capaz de soportar presiones extremadamente bajas cercanas al vacío. Como esta aplicación forma parte de la industria alimentaria, los estándares de higiene son muy altos. Las condiciones de casi vacío a las que se expone habitualmente el equipo forman parte del proceso de esterilización ( similar, aunque no tan extremo, a lo que ocurre en un autoclave ). Las presiones bajas por debajo de 0 bar pueden representar un peligro para la integridad de los sensores de presión. El vacío puede hacer que la membrana sea succionada de su posición en el sensor. La consecuencia son resultados de medición falsos o un sensor completamente roto.

Debido a estos requisitos, tuvimos que montar una solución a medida para este fabricante de analizadores automáticos de líquidos en línea y de laboratorio basados ​​en el transmisor de presión ATM.ECO . Como material, elegimos un acero Hastelloy extremadamente resistente a la corrosión. Para asegurar la estabilidad de la membrana en condiciones de baja presión, aplicamos un pegamento especial para fijar la membrana en su lugar.

Dado que el transmisor de presión funciona en condiciones de temperatura ambiente en esta aplicación, no fue necesaria una compensación de temperatura especial. La precisión del 0,25 por ciento de la escala total también es más que suficiente para esta aplicación en particular. La escala completa varía de 1 a 15.000 psi y, por lo tanto, es perfectamente adecuada para baja presión.

Monitorización de la red de distribución de gas mediante medición continua de la presión

Monitorización de la red de distribución de gas mediante medición continua de la presión

Los registradores de procesos autónomos de la firma AIRVALVE operan con sensores de presión de STS en la monitorización de puntos críticos de la red de gas propiedad de SWK Netze GmbH. El principio aplicado aquí permite una planificación fiable con un gasto comparativamente bajo en su implementación.

SWK Netze GmbH realiza extensas mediciones en su red de distribución de gas para la calibración de su programa de tuberías. Para ello, se realizarán medidas continuas de presión en quince puntos críticos como parte de su proyecto “Monitorización de la red de distribución de gas”. Además de las expectativas de los valores medidos más precisos, también fue crucial al realizar este proyecto que los instrumentos de medición funcionaran de manera confiable durante un período de tiempo más largo y, al mismo tiempo, tuvieran suficiente fuerza de señal para transmitir mediciones regularmente incluso cuando se montan bajo tierra. Para reducir el trabajo de instalación subterránea y de tuberías al mínimo absoluto, las presiones debían medirse en los accesorios de ventilación ya existentes. Para ello, el equipo de medición debía instalarse en tapones de calle tamaño 3.

Para cumplir con esta tarea, la selección fue a procesar registradores del tipo LS-42 producidos por AIRVALVE. Durante pruebas exhaustivas, se descubrió previamente que los productos de esta serie de registradores de proceso eran los únicos que disponían de una antena integrada de alto rendimiento, que podía proporcionar una transmisión de señal sin interrupciones incluso en trabajos de pozos subterráneos.

La estabilidad a largo plazo y la facilidad de uso son factores clave

Además, este instrumento de medida, gracias a su batería intercambiable de alto rendimiento, funciona sin conexiones eléctricas y telefónicas durante una duración de 10 años y más. Este registrador de procesos de fácil montaje, que también se puede configurar de forma remota, garantiza una transmisión segura de las lecturas medidas debido a tarjetas SIM de libre elección o redes múltiples con un túnel VPN privado (consulte la Fig.1 sobre el diseño del registrador de procesos). Por lo tanto, se adapta perfectamente a instalaciones remotas o de difícil acceso, que deben monitorearse durante un período de tiempo más largo sin requisitos de mantenimiento arduos.

Figura 1: Construcción del registrador de datos (Fuente: AIRVALVE)

Por supuesto, estos requisitos en términos de durabilidad y rendimiento operativo también se aplicaron a los sensores utilizados para medir la presión. AIRVALVE optó aquí por los transmisores de presión ATM.ECO/N de STS.   Estos sensores de 100 mbar se alimentan de la batería intercambiable del registrador de procesos, tienen una carcasa resistente de acero inoxidable y ofrecen resultados precisos con una precisión de ≤ ± 0,70% en un rango de temperatura de -5 a 50 ° C. En términos de estabilidad a largo plazo, el ATM.ECO/N registra <0,5%.

 

Montaje del sistema de medición en la red de distribución de gas

Todo el sistema de medición para monitorear la red de distribución de gas está alojado en tapas de calles (ver Fig. 2). Mediante el uso de accesorios de ventilación ya existentes, el trabajo necesario podría realizarse sin mayores gastos. Para implementar las mediciones de presión, se reemplazó el tapón del tubo ascendente de ventilación por un racor reductor (1). Usando una válvula de bola de acero inoxidable, la conexión de medición se puede cerrar (2). La calibración del sensor de presión se facilita mediante un acoplamiento Minimess (3). El sensor de presión (4) se conecta a través de una caja de conexiones de compensación de presión (5) al registrador de procesos AIRVALVE (6). A continuación, se fija a un ancla de suelo (7) mediante un cierre de clic.

Figura 2: Vista general del sistema de medición (Fuente: AIRVALVE)

Las mediciones se realizan cada 5 minutos. Este intervalo de medición se puede seleccionar fundamentalmente entre uno y sesenta minutos. Los valores medidos se transmiten varias veces al día al centro de control. La transmisión de las lecturas puede tener lugar a través de tarjetas de múltiples redes protegidas por VPN o tarjetas SIM de acuerdo básico. Las comunicaciones son posibles utilizando centros de control de Internet o también con sistemas SCADA. En esta aplicación de ejemplo, SWK Netze GmbH optó por el centro de control de Internet “Web-LS” para gestionar los datos obtenidos a través de servidores de alta seguridad.

Medición de densidad en caudalímetros de gas

Medición de densidad en caudalímetros de gas

El consumo de gas se calcula utilizando medidores de gas que miden el volumen de flujo. Dado que la densidad del gas, y por tanto también su volumen, depende tanto de la presión como de la temperatura, la cantidad medida puede desviarse debido a la presión o temperatura predominantes. El volumen de gas, dependiendo de la presión y la temperatura, se puede describir mediante la fórmula p · V / T = Constante (p: presión, V: volumen, T: temperatura).

Si bien la presión con la que fluye el gas a través de las tuberías se puede controlar y supervisar con relativa facilidad, este no es el caso de la temperatura. Las diferencias de densidad resultantes influyen en el caudal medido. Lo que aquí sigue siendo insignificante para el consumidor normal debido a un uso relativamente ligero se convierte en un factor de coste importante para esos grandes consumidores.

Con la Directiva sobre instrumentos de medición (MID) , se emitió una guía para toda la UE para instrumentos de medición a fin de establecer un procedimiento de aprobación uniforme para todos los estados de la UE y algunas otras naciones. Otros objetivos de la directiva incluyen una prueba única y unificada para la aprobación de instrumentos de medición, así como una reglamentación uniforme y transnacional para la calibración inicial. Con estas regulaciones transnacionales designadas, se lucha por lograr una calidad de producto aún mejor y se garantiza la igualdad de condiciones. Diez tipos de instrumentos de medición en el ámbito de la metrología legal están cubiertos por el MID, con los requisitos para medidores de gas y convertidores de volumen establecidos en el Anexo MI-002.

Se deben tener en cuenta la presión y la temperatura al calcular las cantidades exactas de gas. Y esto requiere sensores apropiados en los medidores de gas. En lugar del volumen, se debe indicar la masa del gas, ya que esta es la medida más precisa a la luz de la densidad fluctuante. Para determinar esto de manera confiable, es necesario medir tanto la presión como la temperatura y, por lo tanto, determinar la densidad.

Alta precisión mediante compensación computacional

Hay dos tipos de sensores de presión y temperatura para conectar a los medidores de gas. En la primera variante, el transmisor de presión se atornilla a la tubería de suministro de gas y se conecta al medidor de gas mediante un cable. Sin embargo, en la variante dos, el sensor se instala directamente en el dispositivo (el ejemplo específico a continuación describe la variante dos).

Los rangos de presión utilizados para la dosificación de gas se encuentran generalmente entre 0,8 y 3,5 bar (absoluto) y 2,5 a 10 bar (absoluto). Los requisitos en términos de precisión son enormes: se exige un 0,2% del valor medido a temperaturas de -20 ° C a 60 ° C. Sin embargo, esta cifra no se puede lograr con sensores de presión convencionales. Para mantener este nivel de precisión, se debe aplicar una compensación computacional. Por esta razón, STS suministra sus transmisores de presión y temperatura no solo con funcionalidad probada, sino también parametrizados (coeficientes de compensación polinomial).

Suscríbete a nuestro boletín

Suscribase a nuestra lista de correo para recibir las últimas noticias y actualizaciones de nuestro equipo.

¡Te has suscripto satisfactoriamente!