Библиографическое описание:

Цветков А. И., Щепанюк Б. А. Аэродинамическая труба АТ-11 СПбГУ: измерение дифференциальных стационарных давлений // Молодой ученый. — 2016. — №8. — С. 336-340.



В статье речь идёт о выборе приборов (манометров и интеллектуальных преобразователей) для измерения стационарного дифференциального давления в дозвуковых потоках. Выбор в дальнейшем будет подтвержден внедрением приборов в измерительные технологии на дозвуковой аэродинамической трубе АТ-11: в компьютерную технологию измерения параметров потока в открытой рабочей части и в технологию метрологического обеспечения измерения стационарного давления.

Ключевые слова: дозвуковая аэродинамическая труба, манометр дифференциального давления, интеллектуальный преобразователь дифференциального давления.

На рис. 1 показано уравнение Бернулли для несжимаемой жидкости в логарифмических координатах. Рисунок иллюстрирует динамический диапазон изменения скоростного напора от десятка Па до 3000Па.

Рис. 1. Динамический диапазон изменения скоростного напора

Традиционно скоростной напор в дозвуковых аэродинамических трубах измерялся и измеряется с помощью жидкостного дифференциального микроманометра и специального зонда (трубки Пито-Прандля) с приемными отверстиями, соединённого с микроманометром посредством резиновых шлангов. Зонд вносится в поток, и разница между полным и статическим давлениями измеряется по перепаду высот жидкости в микроманометре. Погрешности измерения скоростного напора высоки при малых скоростях потока (до 12 м/с), так как трудно точно измерить перепад высот по жидкостному спиртовому или водяному микроманометрам, см. рис. 1. На рис.1 показана справа по вертикали шкала спиртового столба микроманометра.

Наряду с измерением скоростного напора в аэродинамическом эксперименте проводятся измерения давлений на поверхностях аэродинамических моделей. Здесь также идёт речь об измерении дифференциального давления по отношению к статическому давлению вне аэродинамического потока, или к давлению в точке торможения потока на поверхности модели. Динамический диапазон измеряемых давлений на поверхности моделей — величина такого же порядка, как и для скоростного напора.

Измерительные манометры. В настоящее время на рынке приборов предлагается фирмами и посредниками широкий выбор дифференциальных сенсорных и интеллектуальных манометров, интеллектуальных преобразователей давления, предназначенных для измерений давлений в рассматриваемом динамическом диапазоне.

Выбранные манометры для измерения давлений на дозвуковой аэродинамической трубе АТ-11представлены в таблице 1. Манометры занесены в реестр средств измерений РФ. В электрической схеме манометров заложена функция по расчету скорости потока несжимаемой жидкости на основе уравнения Бернулли.

Таблица 1

Измерительные погрешности дифференциальных манометров

п/п

Измерительный диапазон, Па

Относит. погрешность, %

ВПИ

Погрешность, Па

Testo 512/2

0 … 200

0.5

200

1

Testo 512/20

0 … 2000

0.5

2000

10

Testo 435–4

0 … 3000

0.5

3000

15

М200-LS

0 … 7000

0.02

7000

1.4

Приборы Testo и комбинированный прибор Testo 435–4 имеют встроенный сенсорный дифференциальный манометр [3]. Многофункциональный портативный прибор типа Testo 435–4 поставляется с большим выбором зондов, в т. ч. с трубкой Пито-Прандля.

Аэродинамическая труба АТ-11 оснащена приборами Testо 435–4 в комплектации со следующими зондами:

 зонд с обогреваемой струной, работающий в диапазоне до 20 м/с;

 зонд-крыльчатка, уверенно работающий в диапазоне от 10 до 40 м/с;

 трубка Пито-Прандтля.

Манометр серии М2, модель М200-LS — пример интеллектуального дифференциального манометра [5]. В Россию поставляется локализованная модель M200R-LS [1]. Один из диапазонов измерений стационарного дифференциального давления от 0 до 7 кПа у манометра М200-LS соответствует диапазону изменения полного давления в дозвуковых аэродинамических трубах при скоростях потока до 70 м/с. Данный портативный цифровой манометр нашёл применение на аэродинамической трубе АТ-11 как образцовый для поверки, калибровки и технического обслуживания манометров Testo.

Интеллектуальные измерительные преобразователи. Из всего многообразия интеллектуальных измерительных преобразователей для измерения малых дифференциальных давлений на аэродинамической трубе АТ-11 выбор был сделан в пользу аппаратуры фирмы APLISENS, специализирующейся на производстве измерительного оборудования для газовой промышленности [2]. В частности, в пользу интеллектуального измерительного преобразователя дифференциального давления газов APR-2000G типа PCV. Необходимая информация о параметрах измерительного преобразователя APR-2000G типа PCV приведена в табл. 2 и табл. 3.

Таблица 2

Диапазоны измерений

Основной диапазон

Минимальная установочная ширина измерительного диапазона

Возможность перемещения начала диапазона

Допустимая перегрузка

Допустимое статическое давление

0 … 2500 Па

100 Па

0 … 2400 Па

35 кПа

35 кПа

-250 … 250 Па

20 Па

-250 … 230 Па

35 кПа

35 кПа

-700 … 700 Па

100 Па

-700 … 600 Па

35 кПа

35 кПа

-2500 … 2500 Па

500 Па

-2500 … 2000 Па

100 кПа

100 кПа

-10 … 10 кПа

2 кПа

-10 … 8 кПа

100 кПа

100 кПа

Технические характеристики преобразователя:

 Предел дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры: 0,1 % (осн. диап.)/10°; max ±0,4 % (осн. диап.) в полном диапазоне термокомпенсации.

 Диапазон термокомпенсации: -10 … 70.

 Время фиксирования выходного сигнала: 0,5 с.

Таблица 3

Метрологические параметры

Основной диапазон

1

2

3

4

5

Основная погрешность

±0.075 %

±0.16 %

±0.1 %

±0.1 %

±0.075 %

Установленный диапазон

0 … 250 Па

-50 … 50 Па

-50 … 50 Па

-250 … 250 Па

-10 … 10 Па

Основная погрешность

±0.4 %

±1 %

±1.6 %

±0.4 %

±0.4 %

На рис. 2 приведен внешний вид одного из конструктивных исполнений интеллектуального преобразователя APR-2000G типа PCV.

Рис. 2. Внешний вид преобразователя APR-2000G типа PCV

Преобразователи APR-2000G подключены к персональному компьютеру через HART-мультиплексор Метран 670. Блок-схема подключения аппаратуры дана на рис. 3. Мультиплексор обеспечивает преобразование информационного сигнала HART в цифровой сигнал интерфейса RS485 или RS232, при этом аналоговый сигнал (4…20 мА) токовой петли может использоваться внешней системой регистрации и управления. Вместе с мультиплексором поставляется специальное программное обеспечение — HART OPC Сервер. Мультиплексор предназначен для предоставления доступа любым ОРС клиентам к данным, поступающим с подключенных к мультиплексору устройств, в данном случае с преобразователей дифференциального давления APR-2000G.

Рис. 3. Блок-схема подключения преобразователей

HART OPC Сервер предоставляет доступ к следующим данным подключенных устройств:

 переменным процесса;

 выходному току;

 верхнему и нижнему диапазону измерения устройства;

 времени демпфирования (усреднения);

 единицам измерения переменных процесса;

 верхнему и нижнему пределам измерения сенсора;

 сообщениям.

Все эти данные доступны ОРС клиенту в виде определенного набора так называемых тэгов, например: PV — первичная переменная (основной измерительный параметр прибора); Device_LR — нижний предел измерения датчика, Sensor_HL — верхний предел измерения сенсора. Совокупность активных устройств и выбранных для них тэгов называется конфигурацией ОРС Сервера. Она создается при помощи специальной программы-конфигуратора, поставляемой в комплекте. ОРС Сервер постоянно опрашивает устройства в сети в зависимости от активных тэгов, выбранных клиентом, и обновляет их содержимое. Опрос одного тэга занимает приблизительно 0.8–1.5 секунды. В связи с этим, в конфигурации ОРС Сервера, которая используется для измерений параметров в аэродинамической трубе АТ-11, для каждого преобразователя выбран лишь один тэг — PV, который и содержит текущее давление. В качестве конечного пользовательского приложения выступает специально написанная программа Sensors Data Viewer для математического пакета Matlab. Возможности программы:

 отображение текущего значения преобразователя;

 отображение усредненного значения преобразователя (вычисляется по последним пяти измерениям);

 выборочное отключение и включение необходимых в данный момент преобразователей;

 выборочный вывод графика изменения значений преобразователя;

 автоматическая запись значений всех активных преобразователей в файл (для каждого преобразователя свой) для последующего анализа;

 ручная запись текущих значений преобразователей и дополнительной информации об условиях проведенного измерения в файл протокола измерений.

Внешний вид окна программы опроса преобразователей показан на рис. 4.

Рис. 4. Внешний вид окна программы опроса преобразователей

В таблице 4 приведены сравнительные метрологические параметры выбранных для аэродинамической трубы АТ-11 дифференциальных манометров и интеллектуального преобразователя. Сравнительный анализ абсолютных погрешностей позволяет рекомендовать интеллектуальный манометр М 2 серии модель М 200-LS в качестве образцового при проведении тарировки интеллектуальных преобразователей APR-2000G, а также для поверки, калибровки и технического обслуживания портативных манометров Testo.

Таблица 4

Погрешности измерительных приборов

Наименование измерительного прибора

Измерительный диапазон, Па

Относительная погрешность,%

ВПИ

Погрешность, Па

Testo 512/2

0 … 200

0.5

200

1

Testo 512/20

0 … 2000

0.5

2000

10

Testo 435–4

0 … 3000

0.5

3000

15

M200-LS

0 … 7000

0.02

7000

1.4

APR-2000G

0 … 2500

0.075

2500

1.875

Тарировка манометров и измерительных преобразователей давления производится на специально разработанном пневмогидравлическом прессе, [4].

Литература:

  1. Каталог продукции ЗАО «ТЕККНОУ» [Электронный ресурс]. URL: http://www.tek-know.ru/si-of-general-application/si-pressure/manometrs/2series-review.html (дата обращения: 11.11.2015).
  2. Каталог продукции ООО «АПЛИСЕНС» [Электронный ресурс]. URL: http://www.aplisens.ru/catalog/preobrazovateli_raznosti_davleniy/izmeritelniy_preobrazovatel_raznosti_davleniy_intellektyalniy_APR_2000 (дата обращения: 11.11.2015).
  3. Каталог продукции Testo AG [Электронный ресурс]. URL: https://www.testo.ru/ru/home/products/air_flow/pribory/gigrometry_vlagomery.jsp (дата обращения: 11.11.2015).
  4. Устройство для тарировки измерительных приборов дифференциального давления // Патент на изобретение № 2504747. 2014. Бюл. № 2 // Леонов Г. А., Цветков А. И., Щепанюк Б. А.
  5. Meriam Process Technologies [Электронныйресурс]. URL: http://www.meriam.com/product/m200ls-lab-standard-smart-manometer/ (дата обращения: 11.11.2015).
Основные термины (генерируются автоматически): дифференциального давления, аэродинамической трубе АТ-11, скоростного напора, стационарного дифференциального давления, интеллектуальных преобразователей, дозвуковой аэродинамической трубе, манометр дифференциального давления, преобразователей дифференциального давления, измерения давлений, изменения скоростного напора, измерения стационарного дифференциального, манометров testo, диапазон изменения скоростного, дозвуковых аэродинамических трубах, преобразователя дифференциального давления, преобразователь дифференциального давления, Аэродинамическая труба АТ-11, интеллектуальных преобразователей давления, программы опроса преобразователей, измерении дифференциального давления.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос