Drucksensoren gehören zu den gebräuchlichsten Sensoren und werden hauptsächlich zur Messung des Drucks von Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt. Bei bestimmten Anwendungen-wie Explosionsüberwachung oder hydraulischen Systemen-ist es entscheidend, dass Drucksensoren schnell auf Änderungen des Mediumdrucks reagieren. Wenn die Reaktionsfrequenz (d. h. die Bandbreite) eines Drucksensors nicht ausreicht, kann es sein, dass er den gesamten Druckschwankungsprozess nicht genau erfasst, was die Messgenauigkeit und die wissenschaftliche Forschung beeinträchtigt.
Aufgrund von Einschränkungen in der Technologie und den experimentellen Bedingungen führen Wissenschaftler und Ingenieure vor der Verwendung normalerweise nur eine statische Kalibrierung an Drucksensoren durch. In realen-Anwendungen ist die dynamische Leistung jedoch oft weitaus wichtiger als die statische Leistung. Um genauere Testergebnisse zu erhalten, sind daher dynamische Tests und Kalibrierungen von Drucksensoren unerlässlich.
Unter allen Geräten zur dynamischen Druckkalibrierung istdas Stoßrohrgilt derzeit als das Beste. Historisch gesehen wurde das Stoßwellenrohr hauptsächlich mit der Messung der Eigenfrequenz von Drucksensoren in Verbindung gebracht. Ihre vielen anderen praktischen Anwendungen bei der Kalibrierung und Prüfung von dynamischen Drucksensoren waren weniger bekannt. In diesem Artikel werden die Prinzipien und Kalibrierungsmethoden von Stoßwellenrohren ausführlich erläutert und Wissenschaftlern und Ingenieuren dabei geholfen, grundlegende Konzepte und praktische Techniken zu verstehen.
Das Stoßrohr ist ein wirksames Mittel zum Testen wichtiger dynamischer Eigenschaften von Drucksensoren. Es erzeugt bei Membranbruch ein Stufenstoßsignal und ermöglicht so die Messung des Sensorsultimative ReaktionsgeschwindigkeitUndResonanzfrequenz. Diese beiden Parameter sind entscheidend für die Bestimmung der grundlegenden dynamischen Leistung des Sensors.
Die mechanische Struktur des Stoßwellenrohrs besteht aus zwei Hauptabschnitten:ein HochdrucksegmentUndein Nieder-drucksegment. Diese werden durch eine Membran aus geglühtem Aluminium oder Spezialpapier getrennt (für unterschiedliche Berstdrücke werden unterschiedliche Materialien und Dicken verwendet). Die Hochdruckgasquelle für die Kalibrierung stammt normalerweise von einem Luftkompressor oder einer Hochdruckgasflasche.
Die Schnittstelle umfasst die Überwachung relevanter Parameter, die automatische Analyse der erfassten Daten hinsichtlich der entsprechenden Zeit und Resonanzfrequenz sowie die Bereitstellung von Ergebnissen. Die Daten können auch für die weitere Analyse effektiv verarbeitet werden. Unten ist ein physikalisches Diagramm eines typischen Stoßwellenrohrs dargestellt.
Die Standardkonfiguration des kalibrierten Stoßrohrs besteht aus einem Hochdruckabschnitt von 2 m und einem Niederdruckabschnitt von 4 m. Die Membran wird an der Verbindungsstelle zwischen diesen beiden Segmenten installiert. Die Hoch- und Niederdruckabschnitte bestehen aus einer Struktur mit mehreren Abschnitten, sodass Längenanpassungen möglich sind, um das Druckprofil zu ändern und die Dauer der Stoßdruckplattform zu verlängern. Für Absolutdruckmessungen kann der Niederdruckabschnitt auf ein geeignetes Vakuumniveau evakuiert werden, was eine dynamische Charakteristikkalibrierung für Absolutdrucksensoren mittlerer und kleiner Messbereiche ermöglicht.
Vereinfacht lässt sich der Prozess der Dynamikmessung mit einem Stoßwellenrohr wie folgt beschreiben: Das Stoßwellenrohr enthält eine Vakuumkammer und eine Druckkammer, die durch eine Aluminiummembran getrennt sind. Die Dicke der Membran korreliert mit dem Druckbereich des Sensors-Ein höherer Bereich erfordert eine dickere Membran.Der Sensor ist an der Stirnseite des Stoßwellenrohrs montiert. Die Druckkammer wird allmählich unter Druck gesetzt, bis die Membran reißt. Durch den Riss des Aluminiumfilms entsteht durch den Druck der Druckkammer schnell eine Stoßwelle im gesamten Rohr. Die Stoßwelle oszilliert und schwächt sich im Stoßrohr immer wieder ab. Dabei beobachten wir den Ausgangszustand des Drucksensors und können über den Algorithmus den Frequenzgang des Drucksensors ermitteln.
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