I sensori di pressione sono uno dei sensori più comuni, utilizzati principalmente per misurare la pressione di liquidi e gas. In alcune applicazioni-come il monitoraggio delle esplosioni o i sistemi idraulici-è fondamentale che i sensori di pressione rispondano rapidamente ai cambiamenti della pressione media. Se la frequenza di risposta (ovvero la larghezza di banda) di un sensore di pressione è insufficiente, potrebbe non riuscire a catturare con precisione l'intero processo di variazione della pressione, compromettendo l'accuratezza della misurazione e la ricerca scientifica.
A causa delle limitazioni tecnologiche e delle condizioni sperimentali, scienziati e ingegneri in genere eseguono solo la calibrazione statica sui sensori di pressione prima dell'uso. Tuttavia, nelle applicazioni del mondo reale-, le prestazioni dinamiche sono spesso molto più importanti delle prestazioni statiche. Pertanto, per ottenere risultati di test più accurati, sono essenziali i test dinamici e la calibrazione dei sensori di pressione.
Tra tutti i dispositivi di calibrazione della pressione dinamica,il tubo dell'ammortizzatoreattualmente è considerato il migliore. Storicamente, il tubo d'urto è stato principalmente associato alla misurazione della frequenza naturale dei sensori di pressione. Le loro numerose altre applicazioni pratiche nella calibrazione e nei test dei sensori di pressione dinamica erano meno conosciute. Questo articolo fornirà una spiegazione dettagliata dei principi e dei metodi di calibrazione dei tubi d'urto, aiutando scienziati e ingegneri a comprendere concetti fondamentali e tecniche pratiche.
Il tubo d'urto è un mezzo efficace per testare le principali caratteristiche dinamiche dei sensori di pressione. Genera un segnale d'urto a gradino attraverso la rottura del diaframma, consentendo la misurazione del sensoremassima velocità di rispostaEfrequenza di risonanza. Questi due parametri sono fondamentali per determinare le prestazioni dinamiche di base del sensore.
La struttura meccanica del tubo ammortizzatore è composta da due sezioni principali:un segmento ad alta-pressioneEun segmento di bassa-pressione. Questi sono separati da un diaframma in alluminio ricotto o carta speciale (per diverse pressioni di rottura vengono utilizzati materiali e spessori diversi). La fonte di gas ad alta-pressione per la calibrazione proviene generalmente da un compressore d'aria o da una bombola di gas ad alta-pressione.
L'interfaccia include il monitoraggio dei parametri rilevanti, l'analisi automatica dei dati acquisiti per il tempo e la frequenza di risonanza corrispondenti e la fornitura dei risultati. I dati possono anche essere elaborati in modo efficace per ulteriori analisi. Di seguito è mostrato un diagramma fisico di un tipico tubo dell'ammortizzatore.
La configurazione standard del tubo dell'ammortizzatore calibrato è una sezione ad alta-pressione di 2 m e una sezione a bassa-pressione di 4 m. Il diaframma è installato alla giunzione tra questi due segmenti. Le sezioni di alta e bassa-pressione sono composte da una struttura multi-sezione, che consente regolazioni della lunghezza per modificare il profilo di pressione ed estendere la durata della piattaforma di pressione d'urto. Per le misurazioni della pressione assoluta, la sezione di bassa-pressione può essere evacuata fino a un livello di vuoto adeguato, consentendo la calibrazione delle caratteristiche dinamiche per sensori di pressione assoluta a medio- e piccolo-intervallo.
In termini semplici, il processo di misurazione della risposta dinamica utilizzando un tubo ammortizzatore può essere descritto come segue: il tubo ammortizzatore contiene una camera a vuoto e una camera a pressione, separate da un diaframma in alluminio. Lo spessore del diaframma è correlato all'intervallo di pressione del sensore-una gamma più alta richiede un diaframma più spesso.Il sensore è montato sull'estremità del tubo dell'ammortizzatore. La camera di pressione viene gradualmente pressurizzata fino alla rottura della membrana. A causa della rottura della pellicola di alluminio, la pressione della camera di pressione forma rapidamente un'onda d'urto nell'intero tubo. L'onda d'urto oscilla e si attenua ripetutamente nel tubo d'urto. In questo processo, osserviamo lo stato di uscita del sensore di pressione e possiamo ottenere la risposta in frequenza del sensore di pressione attraverso l'algoritmo.
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