Směrová kalibrace pětiotvorové kuželové sondy

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Směrová kalibrace pětiotvorové kuželové sondy"

Eliška Doležalová
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Směrová kalibrace ětiotvorové kuželové sondy Matějka Milan Ing., Ústav mechaniky tekutin a energetiky, Fakulta strojní, ČVUT v Praze, Technická 4, Praha 6, milan.matejka@fs.cvut.cz Abstrakt: The aer deals with method of calibration cone robe with five holes under the methodology of British Standards. The effect of the robe configuration to the rogress of coefficients with resect to the robe orientation to the free stream is discussed. Klíčová slova: kuželová sonda, kalibrace, Úvod Celkový a statický tlak i směr roudu tekutiny lze měřit oužitím víceotvorových sond. Víceotvorových sond existuje několik tyů a nejčastěji oužívané jsou kuželová či kulová sonda ětiotvorová. Existují dva řístuy určení směru roudu tekutiny víceotvorovou sondou. Prvním možností je natáčení sondy do směru roudu tak, aby na rotilehlých bočních odběrech došlo k vyrovnání tlaků a odečtením úhlu na úhloměru sondy. Druhý zůsob sočívá v rovedení směrové kalibrace neohyblivé sondy, z níž lze směr roudu tekutiny doočítat. Nejjednodušším a zároveň velmi častým řešením je oužití kombinace obou řístuů, kdy v jednom směru je sonda natáčena do směru roudu tekutiny a v druhém směru je úhel doočten ze směrové kalibrace sondy. Ty a tvar sondy má zásadní vliv na její směrovou citlivost i růběh kalibračních charakteristik. Při vhodném výběru sondy lze ři její směrové kalibraci získat lineární růběh kalibračních charakteristik (kalibrační charakteristika je lineárně závislá ouze na změně úhlu v jedné rovině). Obdržíme-li lineární růběh kalibračních charakteristik, je možné analyticky řešit vztahy ro výočet úhlů natočení sondy a hodnot celkového a statického tlaku v místě sondy. Směrová kalibrace sondy je tak výrazně usnadněna, rotože není nutné rovést kalibraci v jednotlivých bodech celého rozsahu úhlů (vytvoření sítě ro jednotlivé kalibrační konstanty v závislosti na úhlech roudu tekutiny vůči sondě).

2 Exerimentální vybavení Kalibrace byla rovedena na ětiotvorové kuželové sondě dle obr. 1. Pro určení statického s a celkového c tlaku byla oužita Prandtlova sonda (tj. etalonová sonda). Kalibrace ětiotvorové kuželové sondy byla rovedena na aerodynamické trati v laboratořích Ústavu mechaniky tekutin a termodynamiky Fakulty strojní, ČVUT. Aerodynamická trať byla ro kalibraci ětiotvorové kuželové sondy uravena a vybavena držákem umožňujícím natáčení sondy (obr. ) ve dvou osách. Kalibrace byla rovedena ři rychlosti 40 m/s. Pro kalibraci byla oužita sada tlakových snímačů Statham (kalibrovaný rozsah ± 1500 Pa) a Rosemount (kalibrovaný rozsah ± 500 Pa). Dále měřicí karta National Instruments PCI 651 a rogramy ro automatizovaný sběr a vyhodnocení dat vytvořené v rostředí LabView 8.0. Obr. 1 Schéma ětiotvorové sondy Obr. Uchycení sond ři kalibraci

3 Směrová kalibrace sondy Kalibrace sondy byla rovedena dle metodiky British standards, nař. Nožička & Hatschbach (1989), vycházejících z následujících arametrů : ss = λ, (1) c s c 0 =, () ss 3 1 =, (3) ss 5 4 =, (4) ss kde tlaky 1, 3, 4, 5 jsou boční odběry a tlak je odběr celkového tlaku ětiotvorové sondy (viz obr. 1). Tlak ss = ( )/4 je střední tlak na bočních odběrech 1, 3, 4 a 5 ětiotvorové sondy a c je celkový a s je statický tlak v místě sondy odle údajů etalonové sondy. Takto byla získána charakteristika ětiotvorové sondy s rozsahem úhlů a ± 15, kde úhel je na sondě orientován mezi tlakovými odběry 4 a 5 a úhel mezi tlakovými odběry 1 a 3. Díky vhodnému usořádání sondy a držáku bylo možné osat získané kalibrační konstanty ro jednotlivá natočení rovnicemi, z nichž lze doočítat všechny body v daném rozsahu úhlů a (obr. 3). Z naměřených hodnot získaných ři kalibraci, byly nejdříve vyjádřeny vztahy ro a v závislosti na a. Z grafu je atrná lineární závislost na a, a na a. Proto lze odvodit vztahy ro úhly a : ( ) = ( ) + q( ),, (5) ( ) = u ( ) + v( ),, (6) kde a q, u a v jsou roměnné závislé na res. na. Lze je oět vyjádřit buďto lineární závislostí (v říadě q a v), nebo lée kvadratickou závislostí (v říadě a u). Dosazením získáme rovnici ro a v závislosti na roměnných a : ( A + B + C) + ( D + E) = ( F + G + H ) + ( I + J ) =, (7). (8) Získali jsme dvě rovnice ro dvě neznámé, z nichž lze vyjádřit vztah ro a ve tvaru:

( ) =,, (9) ( ) =,. (10) Tímto jsme získali hodnoty úhlů a z hodnot tlakových odběrů ětiotvorové sondy 1,, 3, 4 a 5. Obr. 3 Získaná závislost arametrů natočení a vzhledem k úhlům a.

4 ( ) =,, (9) ( ) =,. (10) Tímto jsme získali hodnoty úhlů a z hodnot tlakových odběrů ětiotvorové sondy 1,, 3, 4 a 5. Obr. 3 Získaná závislost arametrů natočení a vzhledem k úhlům a. Obdobným ostuem lze odvodit také vztahy ro c a d v závislosti na úhlu a. Zde není závislost c na úhlech a lineární, ale síše kvadratická tj. získáme rovnici ve tvaru: ( ) = r( ) + s( ) t( ), (11) c + kde konstanty r, s jsou kvadraticky a t kubicky závislé ouze na. Pro d odvodíme vztah ve tvaru: ( ) = m + n l, (1) d + kde jsou m, n a l jsou konstanty.

5 Těmito vztahy je vytvořena funkční závislost celkového a statického tlaku na naměřených hodnotách tlaků 1,, 3, 4 a 5 ětiotvorové sondy. Z naměřených tlaků nejdříve vyjádříme arametry a, omocí nichž a vztahů (3) a (4) doočítáme úhly a roudu tekutiny vůči oloze sondy. Získané úhly dosadíme do rovnic ro c a d a sočteme jejich hodnoty. Dosazením do rovnic (13) a (14) vyjádřených ze vztahů (1) a () získáme hodnotu c a s v místě ětiotvorové sondy. ( ss ) c 0 + = (13) s = c ( ) ss λ (14) Závěr Byla rovedena směrová kalibrace ětiotvorové kuželové sondy. Byly vyjádřeny kalibrační charakteristiky a odvozeny analytické vztahy ro určení úhlu natočení sondy a hodnot celkového a statického tlaku v závislosti na tlakových odběrech sondy. Vzhledem k rozsahu a řesnosti oužitých tlakových snímačů bylo dosaženo absolutní chyby měření úhlů a cca 1. Poděkování Tato ráce vznikla za odory grantového rojektu GA ČR 101/05/537 a výzkumného centra MŠMT 1M Literatura [1] Nožička J., Hatschbach P.: Kalibrace kuželové ětiotvorové sondy, Technická zráva KVZ 16/89, ČKD [] Gorlin, C. M., Slezinger, I. I.: Aeromechaničeskie izmerenia, metody i rigorenia. Moskva 1964

Podobné dokumenty

Cejchování kuželové pětiotvorové sondy pro vysokorychlostní aerodynamická měření

Cejchování kuželové pětiotvorové sondy pro vysokorychlostní aerodynamická měření Martin Kožíšek Vedoucí práce: Prof. Ing. Pavel Šafařík, CSc., Ing. Martin Luxa, Ph.D., Ing. David Šimurda Abstrakt Příspěvek