Les mesures de pression dans les compartiments moteur des avions

Les mesures de pression dans les compartiments moteur des avions

Comme de nombreux ingénieurs l’ont constaté, les mesures de pression effectuées dans les compartiments moteur des avions peuvent être une opération délicate et frustrante. La chaleur élevée, les vibrations, le manque d’espace, et une multitude d’autres facteurs rendent cette opération difficile. Obtenir des mesures cohérentes et précises dans ce type d’environnement est un réel challenge, qui nécessite souvent des heures, des jours, voire des mois de tests ! Dans l’aéronautique, nous avons besoin de capteurs qui résistent à des conditions changeantes et qui sont capables de fournir des résultats précis et reproductibles. En tant qu’ingénieurs, le caractère reproductible d’un résultat est une élément fondamental de notre spécialité. Heureusement pour nous, STS a relevé le défi en proposant une gamme complète de capteurs de pression qui répondent à nos exigences spécifiques : températures, dimensions, matériaux d’étanchéité et signaux de sortie. L’article suivant détaille notre utilisation des capteurs de pression STS et la manière dont ils répondent à nos impératifs et exigences.

Revenons avec notre exemple de compartiment moteur, et attardons-nous sur les mesures de pression d’huile. L’un des premiers éléments à considérer pour un capteur de pression destiné à mesurer la pression d’huile est sa résistance à la température. À proximité d’un moteur d’avion les températures sont particulièrement élevées, et cette caractéristique soulève certaines questions : Le capteur thermique peut-il être monté seul ou faut-il l’équiper d’un bouclier thermique ? Et plus important encore : Continuera-t-il de fonctionner correctement lorsque les composants commenceront à chauffer ? La dernière chose que les pilotes veulent voir sont des mesures de pression d’huile erratiques ! Heureusement, la gamme de capteurs de pression STS offre une excellente résistance à la température (jusqu’à 125 °C). Cette caractéristique répond à nos préoccupations initiales en matière de résistance aux températures élevées. Le capteur peut ainsi être monté à l’emplacement souhaité du compartiment moteur, sans risques d’interférences liées à la chaleur. En outre, cela nous permet de modifier, ajuster et affiner l’emplacement du capteur sans se soucier de la fiabilité des résultats en cas d’augmentation de la température. Cette solution offre une excellente flexibilité pour effectuer nos tests.

La compacité du capteur est également une caractéristique cruciale. Un capteur volumineux et disgracieux soulèverait sans doute quelques sourcils dans cet environnement de haute technologie. Dans l’aéronautique, l’espace est toujours une contrainte. Heureusement, STS a conçu un capteur de pression compact et sobre qui permet un montage pratique dans l’ensemble des zones de tests. Les dimensions des capteurs STS varient en fonction des usages, mais grâce aux options avancées de personnalisation (que nous détaillerons plus loin) ils sont généralement de dimensions inférieures ou égales à 50-60 mm. Leur petite taille permet un montage facile à l’aide de pinces Adel ou de tout autre collier de fixation standard. Cela évite de perdre du temps à concevoir un schéma de montage personnalisé, ou d’imaginer une nouvelle méthode de fixation compliquée à chaque fois que le capteur doit être déplacé pour optimiser les lectures de pression d’huile. Cette caractéristique offre un réel gain de temps et permet d’effectuer des séries de tests de manière rapide et efficace.  

Le dernier facteur essentiel pour nos tests de pression est la personnalisation. La plupart des capteurs de pression disponibles sur le marché pour ce genre de tests ont une portée de fonctionnement limitée. Ils sont configurés pour offrir des résultats optimaux dans une plage de pression spécifique, pour une fréquence de mesure spécifique, et avec une conception spécifique. Les capteurs de pression STS, quant à eux, offrent plusieurs options de personnalisation qui permettent de les adapter à des besoins spécifiques.  

Pour notre exemple, nous avons également besoin d’un matériau d’étanchéité qui ne contamine pas les huiles et qui ne se dégrade pas avec une exposition constante. STS propose plusieurs options de joints de capteurs, y compris des élastomères EPDM et Viton, pour assurer que les capteurs fonctionnent de manière optimale. Alternativement, nous pouvons opter pour des joints métalliques qui offrent également de très bons résultats. Nous avons aussi besoin d’une connexion à membrane frontale, un câble  polyuréthane, et un signal de sortie en 20 mA. STS peut fournir tout cela, ainsi que bon nombre d’autres combinaisons, pour garantir que le raccordement au processus, les signaux de sortie, le raccordement sous pression et les joints d’étanchéité, correspondent exactement à ce dont nous avons besoin. En somme, les capteurs sont conçus sur mesure pour nos tests et ne nécessitent aucune modification de nos procédures.

En résumé : Nous avons besoin de capteurs de pression pour effectuer des séries de tests de pressions d’huile, et de nombreux facteurs fluctuants sont à considérer : les températures, les méthodes de montage, les plages de pression, et un grand nombre d’autres facteurs. Il nous faut des capteurs de pression capables de répondre à ces impératifs et qui offrent des résultats précis. Les capteurs de pression STS permettent de résoudre ces problèmes. Leur capacité de résistance à des températures et à des pressions élevées, les solutions personnalisées de joints, de raccords pression, et de signaux de sortie, ainsi qu’une excellente conception globale, permettent d’intégrer ces capteurs de manière transparente dans tous types de tests, sans devoir modifier ou adapter nos procédures.

Les constructeurs ressentent la pression

Les constructeurs ressentent la pression

Les réglementations en matière d’émissions sont appelées à augmenter considérablement en Chine, en Europe et en Amérique du Nord, et les constructeurs automobiles sont contraints à optimiser chaque composant et fonctionnalité des moteurs pour satisfaire à ces nouvelles exigences de manière rentable.

Bien que les études de développement de nouveaux moteurs aient toujours été axées sur des exigences de qualité strictes en termes de matériaux, d’émissions et d’efficacité, les constructeurs se concentrent de plus en plus sur des développements spécifiques pour atteindre des niveaux de performances inégalés.

Pour ce faire, chaque fois qu’un moteur est testé sur un banc d’essai, toutes les variables qui influent sur les émissions et les performances sont surveillées et mesurées afin de comprendre leurs performances individuelles ainsi que leur fonctionnement en tant que partie intégrante du système.

Cela nécessite un équipement de mesure extrêmement fiable et précis, capable de fournir des lectures précises dans les conditions extrêmes rencontrées dans les moteurs. Des capteurs de cette qualité et de cette précision ne sont fabriqués que par une poignée de fabricants dans le monde, qui se distinguent par leur capacité à adapter les capteurs de pression aux exigences du client.

Les capteurs de pression sont essentiels pour éliminer les inefficiences

STS a mis au point des capteurs de pression qui répondent aux exigences des constructeurs de moteurs de premier plan et des concepteurs de moteurs spécialisés. À l’aide de ces capteurs, les constructeurs effectuent des tâches de développement principalement axées sur la réduction des émissions de gaz d’échappement, sur l’obtention d’une densité énergétique élevée, d’une faible consommation de carburant, d’une longue durée de vie et d’une fiabilité maximale.

Il est essentiel de caractériser avec précision les principales zones de pression d’un moteur, car son rendement dépend en grande partie du débit d’air et de la densité de charge dans la chambre de combustion, ainsi que de la manière dont les gaz d’échappement sont évacués ou utilisés pour améliorer le couple du moteur (au moyen d’un turbocompresseur). Ces pressions sont souvent de l’ordre du millibars, ce qui nécessite des mesures extrêmement précises et hautement dynamiques.

En outre, pour obtenir une analyse fiable de la répartition de la pression dans le collecteur d’admission, il est important que les mesures de la pression d’alimentation soient effectuées le plus près possible de chaque vanne d’entrée. Cela permet de s’adapter à la géométrie variable du collecteur, qui a souvent pour effet d’alimenter les cylindres avec des quantités d’air différentes et d’avoir un impact négatif sur les performances et les émissions.

Pour l’analyse des performances d’un système d’échappement, la mesure de la pression devient assez complexe. Non seulement les performances de l’échappement dépendent de la pression, mais également de l’interaction entre les impulsions de gaz d’échappement selon l’ordre de mise à feu du moteur. Les capteurs de pression de STS sont capables de mesurer ces processus avec une grande précision, à la fois à l’entrée et à la sortie.

Les capteurs doivent rester précis malgré des environnements hostiles

Pour les tests de moteurs, les capteurs doivent pouvoir résister aux huiles et aux produits chimiques utilisés dans les moteurs, et pouvoir mesurer avec précision dans des environnements à très hautes températures. De plus, les capteurs doivent pouvoir fonctionner de manière fiable sans être affectés par les vibrations et les fluctuations de tension.

La gamme de capteurs de STS permet également de prendre des mesures dans des systèmes spécifiques tels que les pompes à huile, à carburant et à eau, les lignes d’injection, les refroidisseurs et les échangeurs thermiques. Tous ces éléments sont essentiels pour optimiser l’efficacité d’un moteur.

Les demandes des clients et des législateurs pour des moteurs plus propres et plus performants sont en constante progression, mais les constructeurs et les équipementiers disposent des outils nécessaires pour atteindre et dépasser ces objectifs.

Les caractéristiques thermiques des capteurs de pression piézorésistifs

Les caractéristiques thermiques des capteurs de pression piézorésistifs

Les capteurs de pression piézorésistifs ont une sensibilité exceptionnelle, ce qui permet de mesurer les pressions les plus faibles. Les matériaux utilisés dans ces capteurs présentent toutefois une dépendance relativement élevée à la température, qu’il convient ensuite de compenser.

Le comportement d’un capteur de pression piézorésistif change en fonction de la température. Bien que le décalage d’origine lié à la température soit évident et puisse être facilement reconnu et vérifié par l’opérateur, les modifications de la sensibilité et de la linéarité liées à la température sont moins apparentes et donc souvent négligées.

Causes du décalage d’origine

Les raisons du décalage d’origine sont la somme d’effets les plus variés :

  • Des valeurs de résistance différentes sur le pont de mesure de la puce en silicium.
  • Des coefficients de température différents sur les résistances individuelles du pont de mesure.
  • Une membrane de silicium non homogène, recouverte d’une couche d’oxyde de silicium (coefficients de dilatation variables).
  • Des tensions mécaniques lors du montage des cellules de mesure sur le support (puce, verre, port de connexion).
  • Une dilatation de l’huile entrainée par la rigidité des membranes en acier (c’est pourquoi le volume d’huile est réduit à quelques µL dans l’élément de dilatation).

En fonction de la construction du capteur de pression et de la plage de pression elle-même, ces effets individuels ont une importance relativement grande. Sur le plan pratique, l’important n’est pas la source du décalage d’origine, mais bien la manière de le compenser. Ce qui est souhaitable, c’est une réponse aussi linéaire que possible sur une plage de température aussi large que possible.

De meilleurs résultats avec une compensation polynomiale

La linéarité change également avec la température. Lorsque de tels effets de température doivent être pris en compte et compensés, il est généralement nécessaire d’utiliser une modélisation mathématique de la réponse du capteur. Ce modèle mathématique décrit avec précision toutes les caractéristiques de pression et de température d’un capteur. Cependant, pour pouvoir appliquer ce modèle mathématique, un ordinateur ou des méthodes de compensation numériques sont nécessaires.

Chez STS, nos capteurs OCS utilisent une compensation polynomiale. Grâce à cette compensation, les capteurs de pression piézorésistifs de l’enregistreur de données DL.OCS/N/RS485 (surveillance de la qualité de l’eau) atteignent une précision de 0,03 % PE, ainsi qu’une précision de 0,05 % PE sur une plage de température de -5 à 50 °C.

La plupart des capteurs de pression de STS sont optimisés en standard pour des températures de fonctionnement de 0 à 70 °C – une excellente plage de mesure pour obtenir des résultats précis dans la plupart des applications. Dans certains cas, cependant, il est avantageux que les capteurs soient livrés pré-optimisés aux conditions de température d’une application spécifique. STS est spécialisé dans le développement de capteurs de pression spécifiquement optimisés, dans les délais les plus brefs.

Abonnez-vous à notre newsletter

Abonnez-vous à notre liste de diffusion pour recevoir les dernière nouvelles et mises à jour de notre équipe.

Vous vous êtes enregistré avec succès!