Sensori di pressione come dispositivi di collaudo – misurazione della pressione nel vano motore degli aerei

Sensori di pressione come dispositivi di collaudo – misurazione della pressione nel vano motore degli aerei

Come molti ingegneri hanno scoperto con loro dispiacere, avere a che fare con la misurazione della pressione nel vano motore di un aereo può essere un’esperienza delicata e frustrante. Entrano in gioco il caldo, le vibrazioni, l’orientamento e una moltitudine di altri fattori. Allora come è possibile sperare di sviluppare un metodo per ottenere letture consistenti e accurate? Beh, naturalmente ci vogliono ancora ore, giorni e molto più probabilmente mesi di test! Tuttavia, abbiamo pur sempre bisogno di un sensore di prova che possa essere all’altezza della situazione, funzionare per tutte queste condizioni variabili e produrre in modo continuativo risultati corretti e ripetibili. Dopo tutto siamo ingegneri e i risultati ripetibili sono una necessità del nostro lavoro. Fortunatamente per noi, la STS si è fatta avanti e ha realizzato una serie completa di sensori di pressione per soddisfare tutte le nostre esigenze di test. Dove queste esigenze possono variare da specifici requisiti di temperatura, vincoli di dimensione, materiali di tenuta e segnali di uscita elettrici. Tutti questi requisiti verranno coperti nell’articolo che segue dedicato all’utilizzo di trasmettitori di pressione della STS per le nostre esigenze di test.

Continuiamo con il nostro esempio sul vano motore e concentriamoci sulla pressione dell’olio. Una delle prime preoccupazioni quando si sceglie un sensore di pressione per questo test è la resistenza alla temperatura. Ovviamente c’è molto calore vicino ad un motore di un aereo, per cui dobbiamo chiederci: può il sensore essere installato da solo o ha bisogno di una protezione contro il calore? Ma ancora più importante, il sensore funzionerà correttamente quando i suoi componenti inizieranno a surriscaldarsi? Letture inconsistenti della pressione dell’olio sono l’ultimo dei desideri di un pilota! Si tratta quindi entrambe di valide domande, ma non preoccupatevi troppo. La linea di sensori di pressione della STS comprende un’eccellente resistenza alla temperatura, fino a 125° C. Questo, nella maggior parte dei casi, scioglie le nostre perplessità iniziali e permette di installare il sensore nel vano motore nella posizione più logica senza doversi preoccupare dell’interazione della temperatura. Inoltre, possiamo occuparci della posizione del sensore di prova e fare vari tentativi perfezionandola senza dover stare costantemente sull’attenti per capire se l’aumento della temperatura manipolerà i nostri risultati. Cosa che ci dà un bel po’ di flessibilità nell’ideare il nostro piano di prova.

Insieme alla posizione di montaggio, anche le dimensioni del sensore sono cruciali. Cercare di incastrare una rozza scatola vicino a un bel motore per effettuare una serie di test sulla pressione dell’olio farebbe senza dubbio sollevare qualche sopracciglio tra i presenti. Per di più, lo spazio in questa area è sempre esiguo. Ad ogni modo, è una questione che non si pone visto che la STS ha realizzato un sensore di pressione molto compatto e dal basso profilo che rende l’installazione comoda in tutta l’area coinvolta dalle operazioni. Grazie alle avanzate opzioni di personalizzazione di cui parleremo dopo, le dimensioni esatte variano da sensore a sensore. Tendono comunque a rientrare in un range di 50-60 mm. Tali dimensioni così contenute, permettono un serraggio facile utilizzando delle semplici fascette ammortizzate o qualsiasi altra squadretta senza dover impiegare il tempo a realizzare uno schema di montaggio comune o senza cercare di inventarsi un nuovo metodo di serraggio ultra complicato ogni volta che il sensore deve essere riposizionato per trovare la posizione ottimale per le letture della pressione dell’olio. Tutto considerato, è certamente un risparmio di tempo mentre noi siamo concentrati su una serie di test puntuali ed efficaci.

L’ultimo fattore che menzioneremo e che può essere preziosissimo per i test sulla pressione è la personalizzazione. Il più delle volte, i sensori di pressione facilmente disponibili sul mercato per eseguire questo genere di test hanno un ambito ben definito di funzionamento. Un’unica configurazione che funziona al meglio in “questo” range di pressione, per “questa” frequenza di raccolta, e il sensore è presente solo in “questo” design. Invece i sensori di pressione della STS offrono diverse opzioni e personalizzazioni che ci danno la libertà di non limitare il nostro test sulla base delle capacità individuali del sensore utilizzato.

Per il nostro esempio, dobbiamo naturalmente disporre di un materiale di tenuta che non contamini gli oli, né che si degradi con un’esposizione costante. Ebbene abbiamo diverse opzioni per le guarnizioni dei sensori in grado di fare proprio questo, inclusi EPDM e Viton per essere sicuri che il sensore operi al massimo delle prestazioni per l’intero svolgimento del test. O, diversamente, possiamo optare per una guarnizione metallica per assicurarci risulti corretti. Non solo, forse abbiamo bisogno di una connessione a membrana frontale, con un cavo in PUR, oltre che a un segnale di uscita di 4-20 mA. La STS è in grado di fornire esattamente tutto questo, insieme a qualsiasi numero di altre combinazioni per garantire che la connessione al processo, i segnali elettrici e di uscita, la presa di pressione e le guarnizioni siano esattamente quello di cui abbiamo bisogno. In sostanza, il sensore è scelto apposta per il nostro test e noi dobbiamo semplicemente far incastrare alcuni componenti nella pianificazione del test.

Per ricapitolare, ci è stato richiesto di progettare una serie di test sulla pressione dell’olio; e, come per la maggior parte dei test, molti dei fattori saranno manipolati. Il calore, il metodo di installazione, l’intervallo della pressione e un numero noiosamente grande di altri elementi cambieranno costantemente durante il corso del test. Per dirla tutta, abbiamo bisogno di un trasmettitore di pressione di prova che possa fare al caso nostro e produca risultati accurati in modo consistente. Ebbene, possiamo almeno stroncare subito questo problema sul nascere inserendo un sensore di pressione STS nel nostro regime di test. Gli intervalli di alte temperature e di pressione, in combinazione con le guarnizioni su misura, le connessioni al processo, i segnali elettrici e di uscita, e il design complessivo garantiscono che sia un sensore che può essere preconfigurato per calzare perfettamente nel proprio apparato di prove e non richiede che sia il tuo intero sistema ad essere riconfigurato per adattarsi al sensore.

Come selezionare un sensore di pressione: una guida pratica per gli ingegneri aerospaziali

Come selezionare un sensore di pressione: una guida pratica per gli ingegneri aerospaziali

Progettare e realizzare un aereo è un compito arduo e un’impresa non da poco senza i giusti mezzi. Calcoli infiniti, progettazioni, simulazioni e riprogettazioni sembrano essere un processo senza fine; eppure, alla fine, si arrivererà alla tappa fondamentale dei test intensivi! Si tratta di un processo molto emozionante: tutti i pezzi in 3D da te disegnati, i sistemi assemblati e tutti i componenti sono ora proprio davanti a noi. È il momento di dimostrare che ogni cosa funzionerà alla perfezione, ma bisogna non correre troppo! Per farlo abbiamo bisogno di strumenti di registrazione dei dati di alto livello per poter verificare le prestazioni del nostro sistema. E c’è di più: abbiamo bisogno di sensori di prova che possano funzionare nelle condizioni più estreme, sia all’interno che all’esterno del velivolo. Ebbene, questo è il motivo per cui la STS entra in gioco: fornisce trasmettitori di misura della pressione affidabili per garantire che le nostre serie di test sulla pressione si svolgano senza intoppi, esattamente come il sistema da noi progettato. Nel resto dell’articolo presenteremo una guida passo per passo per informare in modo esaustivo della gamma completa di opzioni che la STS offre e su come integrare questi dispositivi nel proprio sistema.

Precisione

Come primo passo abbiamo bisogno di esaminare con attenzione il sistema aereo che stiamo collaudando e stabilire la precisione richiesta per la nostra raccolta dati. Ad esempio, il sistema idraulico che controlla i freni di un aereo spesso funziona entro uno specifico range di pressione e tale range è abbastanza ampio da non richiedere una precisione straordinaria quando si sceglie un sensore di prova. Quindi l’opzione della STS di ± 0.25% FS sarebbe una soluzione adeguata. D’altra parte, la pressione dell’olio, paragonata all’impianto idraulico dei freni, deve essere monitorata in maniera molto più scrupolosa. Alla luce di questo, possiamo scegliere l’opzione della STS di un trasmettitore di pressione ad alta precisione che ha il maggior livello di precisione possibile, vale a dire ± 0.05% FS, per garantire che la pressione dell’olio resti al suo livello massimo in tutto il sistema motore.

Temperatura

Ora che abbiamo stabilito la precisione richiesta in base al nostro impiego, passiamo all’integrazione del sensore di pressione nel nostro sistema aereo di prova. Naturalmente, i sistemi a pressione orientata in un aereo differiscono enormemente tra loro in termini di dimensioni, temperatura di funzionamento e mezzo di pressione; di conseguenza, abbiamo la libertà di scegliere appositamente ognuna di queste caratteristiche per il nostro sensore.

Nel prossimo passo del processo di selezione, volgiamo la nostra attenzione alla temperatura di funzionamento. In un velivolo, il sensore di pressione di prova potenzialmente potrebbe registrare dati all’interno degli spazi soffocanti del vano motore. Al contrario, potrebbe essere posizionato all’esterno misurando la pressione Pitot o magari la pressione del fluido anti-ghiaccio, e in tal caso la temperatura di funzionamento sarà drasticamente inferiore a quella nel vano motore. Niente paura, la STS offre una vastissima gamma di temperature di funzionamento da -25 a 125 ° C. Questa gamma di base coprirà in linea di massima la maggior parte dei nostri bisogni legati alla pressione aerospaziale. Ancora più accattivante è il fatto che tutti i sensori STS sono realizzati per includere un campo di temperatura compensato, vale a dire che l’errore di misura intrinseco è drasticamente inferiore ai limiti specificati prima. Si tratta di una caratteristica particolarmente utile al momento di terminarei test intensivi sui nostri sistemi di pressione!

Il range di temperatura sopramenzionato non è affatto definitivo. In caso di necessità, si può optare per un sensore dotato di alette di raffreddamento per spingere la temperatura massima a 150 ° C.Tale esigenza potrebbe sorgere se il sensore dove essere situato vicino al sistema di scarico del motore, che può irradiare una quantità di calore notevole. Inoltre, si può scegliere che la temperatura minima del nostro sensore sia abbassata a -40 ° C se il sensore deve essere esposto ad una quota particolarmente elevata.Questo copre il processo di selezione per quanto riguarda la resistenza del sensore alla temperatura; bisogna sempre teenere presente il proprio ambiente operativo!

Collegamento di processo 

Come precedentemente accennato, le dimensioni e i calibri dei diversi sistemi di pressione all’interno di un aereo sono tutt’altro che costanti. Quindi, il prossimo passo nel nostro processo di selezione è determinare il posizionamento ideale per il sensore e selezionare un connettore che faccia in modo che il sensore sia giusto per quel particolare posto. Prendiamo ad esempio un sistema frenante di un aereo. Il sistema idraulico sarà composto da varie misure di tubi e componenti, ma una volta selezionato il posizionamento ideale del sensore è possibile scegliere il collegamento di processo. La STS offre una gamma di misure e diaframmi, inclusi il G ¼ M e il G ½ M, con la scelta aggiuntiva, tra le altre opzioni,del diaframma in Hastelloy e di diaframmi frontali.Questa vasta gamma di scelte possibili ci assicura di poter ordinare un sensore che si inserisca nel nostro sistema di prova alla perfezione, senza aver bisogno di speciali retrofitting per procedere all’installazione, cosa che diminuisce il nostro carico di lavoro!

Guarnizioni 

Gli ultimi importanti componenti del nostro sensore di prova di cui ci occuperemo sono i materiali di tenuta a nostra disposizione. Così come per il connettore di processo, la scelta del materiale per sigillare il tuo sensore dipende fortemente dal fluido che compone il sistema di pressione. Per fortuna per noi nel campo aerospaziale, raramente i nostri sistemi di pressione saranno composti da sostanze corrosive, acidi o altri fluidi sgradevoli. Tuttavia, serve comunque qualche riflessione sulle guarnizioni. In caso di sistema idraulico per il carrello di atterraggio, la scelta standard come guarnizione è la gomma nitrile (NBR). Questo materiale gommoso è ideale per quest’uso,oltre ad essere resistente agli olii e ad altri materiali lubrificanti. Se però prevediamo alte temperature o altre condizioni rigide che sono presenti in un vano motore, allora il Viton sarebbe una scelta molto più adatta data la sua migliore resistenza alla temperatura e durabilità. Ultima ma non per importanza, la gomma EPDM ha una comprovata storia di successi quando si ha a che fare con liquidi per freni. Questi sono solo tre delle tante opzioni di tenuta che la STS offre, con la questione principale che non tutte le guarnizioni sono intercambiabili. Studia il tuo sistema, le opzioni disponibili, e fai la scelta migliore per garantire risultati ottimali del sensore!

A questo punto si è ben preparati per iniziare il processo di selezione del sensore di pressione per i propri test aerospaziali! Abbiamo esaminato il livello di precisione richiesto per il proprio sensore che dipende dal sistema esatto in cui il sensore è posizionato. Siamo poi passati a determinare il corretto livello di resistenza alla temperatura richiesto per le nostre singole applicazioni. A seguire, il collegamento di processo per cui possiamo selezionare varie dimensioni e diaframmi in modo da assicurarci che il sensore sia sempre adattato alle nostre esigenze. Il nostro ultimo punto è stato quello di spiegare le differenze principali tra le varie opzioni di tenuta disponibili e l’applicazione ideale di ognuna di loro. Con queste informazioni è possibile esaminare i componenti principali del tuo sensore di pressione di prova e decidere al meglio per essere sicuro che il sensore scelto sia quasi letteralmente fatto su misura per i propri scopi!

Prevenire la corrosione causata dai liquidi aggressivi

Prevenire la corrosione causata dai liquidi aggressivi

L’acido carbonico e l’alcool possono danneggiare gli strumenti di misura. Un produttore di analizzatori automatici di liquidi in linea e di laboratorio ha chiesto alla STS di sviluppare un trasmettitore di pressione all’altezza delle esigenze difficili.

In caso di materiali standard, quando i trasmettitori di pressione sono esposti a liquidi aggressivi contenenti alcool e acido carbonico, si verifica il fenomeno della corrosione. L’acido carbonico, ad esempio, causa un aumento della concentrazione di ioni [H +], dando luogo alla corrosione da idrogeno. Non appena la corrosione si estende attraverso la membrana del sensore di pressione, questa diventa inutilizzabile. Per questo motivo l’acciaio inossidabile comune non è adatto per le applicazioni in cui si verifica un contatto con liquidi ad alto contenuto di acido carbonico. 

In applicazioni speciali quali in un impianto di imbottigliamento il sensore di pressione deve essere ampiamente resistente alla corrosione e contemporaneamente in grado di reggere a pressioni estremamente basse, simili al vuoto. Poiché si tratta di un’applicazione nell’industria alimentare, gli standard di igiene sono per sua stessa natura elevati. Le condizioni di pressione simili al vuoto a cui, di tanto in tanto, lo strumento di misura deve reggere, sono parte di un processo di sterilizzazione che viene periodicamente svolto (le condizioni sono paragonabili a quelle presenti nelle autoclavi, seppur non così estreme). Pressioni basse inferiori a 0 bar possono compromettere l’integrità dei sensori di pressione. Il vuoto può far sì che la membrana venga aspirata via dalla sua posizione nel sensore. Le conseguenze sono misurazioni falsate o un sensore completamente guasto. 

Per via di tutte queste esigenze abbiamo dovuto sviluppare per il produttore di analizzatori automatici di liquidi in linea e di laboratorio una soluzione personalizzata per il cliente a partire dal trasmettitore di pressione ATM.ECO. Per garantire la resistenza alla corrosione necessaria abbiamo scelto come materiale un acciaio Hastelloy e, per fissare la membrana, abbiamo utilizzato una colla speciale al fine di garantirne la stabilità a basse pressioni.  

Poiché in questa applicazione il trasmettitore di pressione funziona in condizioni di temperatura ambiente, nessuna speciale compensazione della temperatura è stata necessaria. Inoltre, l’accuratezza dello 0,25 percento del fondo scala, risulta più che sufficiente per questa particolare applicazione. Il campo di lavoro complessivo va da 1 a 15.000 psi ed è, pertanto, perfettamente adatto per le basse pressioni.

Collaudo dei regolatori di pressione proporzionale negli impianti idraulici

Collaudo dei regolatori di pressione proporzionale negli impianti idraulici

Nell’ambito dello sviluppo di complessi sistemi idraulici, durante il collaudo dei regolatori di pressione proporzionale è richiesta un’elevata capacità di impulso e precisione da parte dei sensori di misura della pressione utilizzati.

Quando si sviluppano nuovi sistemi idraulici, come ad esempio nella costruzione dei veicoli, un gran numero di componenti deve interagire alla perfezione. Accanto ai dati tratti dall’esperienza e ai modelli, i test ripetitivi svolgono un ruolo importante al banco di prova. I componenti provenienti dai fornitori corrispondono alle specifiche? Ci sono già risultati ottimali nell’intero sistema? 

Nei sistemi oleoidraulici, come ad esempio le frizioni dei veicoli, le valvole di pressione utilizzate sono di grande importanza. Trattandosi di componenti meccanici, queste devono essere accuratamente qualificate per ridurre al minimo gli effetti negativi come le sovraelongazioni o gli effetti di flusso avversi. Una valvola che non funziona in modo ottimale si ripercuote negativamente sull’intero sistema. Quali picchi di pressione si prevedono e quali effetti hanno sul sistema? Come deve essere costruita la valvola in modo tale da permettere degli accoppiamenti il più possibile delicati e senza vibrazioni? Per chiarire queste domande un ruolo chiave è svolto dal rilevamento preciso della pressione. Sono necessari numerosi test, fino a quando non c’è un sistema globale armonioso e si possono in gran parte escludere questi effetti negativi. Poiché, tuttavia, i test non sono eseguiti in modo isolato sulla valvola della pressione, bensì nell’intero sistema, i requisiti dei sensori utilizzati sono di conseguenza elevati. 

Misurazione della pressione nei sistemi idraulici: sono richieste le massime prestazioni 

In qualità di partner esperto per le applicazioni di misura della pressione nel campo Test & Measurement, la STS ha già potuto supportare un gran numero di progetti per il collaudo dei regolatori di pressione proporzionale negli impianti idraulici. Per questo conosciamo perfettamente quali sono gli elevati requisiti per le valvole della pressione dei sistemi oleoidraulici quando si misura la pressione. 

A causa dei compiti sempre più complessi nella qualificazione dei sistemi idraulici, lo spazio è diventato un criterio decisivo. Poiché, infatti, oggi nei sistemi si trovano molti sensori, più il sensore è piccolo, meglio è. Per soddisfare le esigenze in termini di miniaturizzazione dei sensori, l’anno scorso la STS ha introdotto con l’ATM.mini un trasmettitore di pressione di precisione che misura solo 17,5 x 49 millimetri, impiegato, nel frattempo, in numerosi banchi di prova. Per quanto riguarda l’installazione è richiesta anche flessibilità, dal momento in cui non deve essere adatto solo dal punto di vista dello spazio. Anche per quanto riguarda i collegamenti di processo ci sono sempre altri requisiti da soddisfare. Infine, nello sviluppo di un’applicazione al banco di prova, possiamo dire per esperienza che la scelta e l’installazione dei sensori spesso si trovano all’ultimo posto e devono potersi adattare ai fatti. Per questo motivo la STS segue un principio costruttivo modulare in modo da poter adattare i prodotti completi alle specifiche individuali. Ciò vale naturalmente anche per l’ATM.mini.

Oltre alle dimensioni, i “dati interni” sono determinanti. Continuiamo con il sistema idraulico nella costruzione dei veicoli: nelle misurazioni continue durante il test una capacità di impulso molto buona è una condizione imprescindibile. Le pressioni devono poter essere rilevate dinamicamente nello spazio di millisecondi. Inoltre, il tutto deve svolgersi in modo molto preciso in un intervallo di temperatura relativamente ampio compreso tra -30 e 140°C. Spesso la non-linearità può essere al massimo dello 0,1 percento del valore di fondo scala (qui puoi leggere maggiori informazioni sul tema dell’accuratezza). Da ultimo questo significa anche che il trasmettitore di pressione è ampiamente insensibile alle vibrazioni. Un ulteriore importante fattore è che durante il collaudo dei componenti in un sistema idraulico possono sempre verificarsi dei picchi di pressione la cui estensione non può essere determinata con precisione in anticipo. Per le applicazioni di questo tipo è dunque richiesto un trasmettitore di pressione con una capacità di sovraccarico che sia un multiplo del campo di misura.

 

L’ATM.mini da noi prodotto soddisfa tutti questi requisiti. Ecco i vantaggi in breve:

  • campo di misura della pressione da 0…1 bar a 0…100 bar
  • eccellente accuratezza dello 0,5% del fondo scala
  • design compatto con dimensioni esterne di 17,5 x 49 millimetri
  • massima precisione per l’intero intervallo di temperatura
  • campo di temperatura compensato da – 40 a 125°C
  • nessuna incompatibilità con le sostanze grazie al connettore di pressione saldato
  • soluzione adattabile caso per caso grazie alla struttura modulare
Misura della densità nei misuratori di portata di gas

Misura della densità nei misuratori di portata di gas

Il consumo di gas viene calcolato sul volume di flusso mediante misuratori di portata di gas. Poiché la densità del gas e quindi anche il suo volume dipendono dalla pressione e della temperatura, la quantità misurata può variare a seconda della pressione o della temperatura che si verificano. È possibile descrivere la relazione tra il volume del gas, la pressione e la temperatura con la formula p · V/T=costante,  in cui p sta per pressione, V per volume e T per temperatura.

Se è relativamente facile regolare e monitorare la pressione alla quale il gas scorre attraverso i tubi, ciò non vale per la temperatura. Le differenze di densità che ne derivano influiscono sulla portata misurata. Ciò che può essere trascurabile per i normali consumatori date le quantità in comparazione ridotte, costituisce invece un importante fattore di costi per la grande utenza. 

Con la Measurement Instruments Directive (MID) è stata emanata una direttiva relativa agli strumenti di misura valida per l’Unione Europea allo scopo di stabilire una procedura di approvazione uniforme per tutti gli stati UE e qualche altro stato. Altri scopi della direttiva includono un unico test una tantum per l’approvazione dei dispositivi di misura, nonché un unico regolamento transnazionale per la verifica. Attraverso questo regolamento transnazionale stabilito si ricerca una qualità dei prodotti ancora maggiore e si assicurano pari condizioni di concorrenza. Il MID riguarda 10 tipologie di strumenti di misura nell’ambito della metrologia legale. I requisiti riguardanti i contatori di gas e i convertitori di volumi sono ripartiti nell’allegato MI-002. 

Per calcolare l’esatto volume di gas occorre tener conto della pressione e della temperatura e per farlo i contatori del gas devono essere dotati di appositi sensori. Al posto del volume va indicata la massa del gas, in quanto, considerando la densità variabile, è questo il dato più preciso. Per poterlo rilevare in modo corretto è necessario misurare la pressione e la temperatura e determinare così la densità. 

Elevata accuratezza grazie alla compensazione matematica 

Esistono due modi per collegare i sensori di pressione e di temperatura ai contatori di gas. Nella prima variante il sensore di pressione viene avvitato sul tubo che trasporta il gas e viene collegato al contatore tramite un cavo. Nella seconda variante il sensore viene installato direttamente nell’apparecchio (l’esempio specifico che segue descrive quest’ultima variante). 

I campi di pressione impiegati per il calcolo della quantità di gas sono solitamente compresi tra 0,8 e 3,5 bar (assoluto) o tra 2,5 fino a 10 bar (assoluto). Le esigenze di accuratezza sono elevatissime: è richiesto lo 0,2 percento del valore misurato a temperature che vanno da -20°C a 60°C. Con i sensori di pressione comuni, però, non è possibile raggiungere tale risultato. Per riuscirci bisogna ricorrere alla compensazione matematica. Per questo motivo la STS fornisce sensori di pressione e di temperatura non solo certificati, ma anche parametrizzati (coefficienti per la compensazione polinomiale).