飞机发动机舱中的压力测量

飞机发动机舱中的压力测量

许多工程师认为给航天器的发动机舱做测量工作是一个既美妙但也沮丧的过程。热量,震动,定向和其他多种因素都需要考虑充分。

所以我们该如何开发一个能够持续并准确的读取数据的方法呢?常规的做法是我们会花费长达几个月的时间去做测试,但是,我们仍然需要一个能够挺身而出的测试传感器,在多变的环境下发挥作用,不断产生正确的和可重复的结果。毕竟我们是工程师,追求可重复的结果是职业的必要性。值得庆幸的是,STS提供了完整的压力传感器系列,以满足我们所有的测试需求。其中,测试需求范围包括特定的温度要求,大小限制,密封材料,以及电气输出信号。所有这些需求将在下面的文章中,通过STS压力变送器在测试需求中的表现一起介绍给各位。

我们继续以机舱发动机为例,首先我们调零规整油压。为这次测试选择压力传感器的时候,第一个问题往往是耐热性。在飞机的发动机边上它会变得越来越热;因此,我们必须问自己,传感器可以被单独安装还是需要一个隔热罩?更重要的是,当其他组件的温度越来越高,传感器还能够正常运行起来吗?油压指标的高稳定性是飞行员非常希望看到的!因此,这两点都是非常重要;但不要担心太多。STS压力传感器全系列都有着优异的耐温性,最高可达125℃。这种方案可以最大程度的消除我们的初始的时候对温度的担忧,同时允许传感器安装在发动机室内最合乎逻辑的位置,而且不需要去担心温度的干扰。此外,我们可以任意的摆弄和微调测试传感器的位置,并且不用去担心温度的增加是否会影响我们的测试结果。这为我们构建测试计划提供了非常灵活的支持。

继续在安装位置这个主题上,传感器的尺寸也至关重要。我们试图在圆滑的发动机边上楔入一个笨拙的盒子,来进行了一系列的机油压力测试,这无疑会导致我们对所有测试方面都皱起眉毛。

此外,这个空间位置是寸土寸金。然而,这是一座没有必要去横跨的桥梁,因为STS已经生产出了一个非常紧凑,薄型的压力传感器,而这个传感器使得试验区的安装变得非常方便。由于采用了先进的自定义选项,所以每一个传感器的尺寸都截然不同。然而,他们的尺寸范围一般在50-60mm(2.0-2.4“)之内。这种小尺寸可轻松采用通用的阿德尔夹具固定或其他任何现成的支架,无需花费时间去设计一个自定义安装方式,或者梦想着试图让每个传感器通过极端复杂的设计,都能够找到最佳的位置去读取油压力数据。总而言之,这肯定是我们寻求高效的测试系列时,一个及时和有效的方法。

我们将讨论的最后一个对压力测试极其宝贵的因素是定制化。很多时候,针对这类测试,压力传感器在市场上会有一个明确的经营范围。例如,这个传感器在“这个”压力范围内,在’那个’频率配置下效果最好,并且这一切都只为“特定”的产品做设计。然而,STS压力传感器提供了多个自定义选项,这种定制化让传感器拥有自己专属的能力,让我们不再受到测试的局限。

在我们的例子中,我们当然必须要有既不污染机油,也不会因为不断曝光而降低的密封材料。我们有很多种方案都可以让传感器的密封性达到这种标准,包括使用EPDM和氟橡胶以确保传感器在整个测试过程中以最佳性能运行。或者相反,我们可以选择金属密封方案,以确保正确的测试结果。更重要的是,也许我们需要一个正面膜片连接,用PUR电缆和带20 mA的输出信号一起。STS可以提供准确的组合,以确保连接过程中,电气和输出信号,压力连接和密封件都是我们所需要的。从本质上说,传感器是测试过程中极其重要的环节,绝对不是简简单单的某个测试设置中的一个组件。  

总括来说,我们需要设计出一系列的油压试验;然而在大多数的测试中,许多因素都会被操纵。加热,固定方式,压力范围和其它大量的问题都会在测试的过程中不断地变化。为了解决这一切,我们需要一个能够把这些问题都能涵盖到到测试压力变送器,并且持续不断的收集准确的结果。嗯,我们至少可以为测试方案配备一个STS压力变送器,扼杀这些还处于萌芽状态的问题。

从高温度和压力范围,定制化密封件,工艺接头,电气和信号输出整体设计并考虑这些方面所带来的影响,来确保这是一个可以预配置并且无缝链接您的测试装置的传感器,不再需要通过整个系统重新配置去适配于传感器。 

精确的压力测量是开发电动气油泵的关键

精确的压力测量是开发电动气油泵的关键

在全球排放目标不断升级的推动下,OEM厂商越来越多地转向电气化,以减少燃料消耗和温室气体排放。基于此由较小引擎驱动的混合动力汽车受到大众欢迎。

这些小型发动机的问题在于,动力消耗的辅助系统严重削弱了驾驶能力和性能。幸运的是,通过用电力驱动组件替换传统的机械部件,这些附加损失可以大大减少。正因为如此,电驱动泵正迅速地进入到一系列的生产中;尤其是驾驶驱动石油和水泵。

Image 1: 电动油泵示例 (图片来源: Rheinmetall Automotive)

但是,尽管这些好处显而易见,但在技术上很复杂,尤其是油泵:工程师不仅希望在特定的流量和压力下使石油流通,而且还希望能将之与发动机需求相匹配。

为了优化性能,很重要的一点是,通过小心地控制油流到不同的油循环分支来减少摩擦和泵气损失,并确保始终正常供压。

仿真依赖于精确的试验台油压和流量信息

一个电动油泵由三个子系统构成-泵、电机和电子控制器。因此,任何新应用开发的主要挑战是这些模块的高效集成,从而减少体积和重量以及组件的数量,同时优化性能。

油泵的主要功能是在最理想的压力下输送特定的油量。出于这个原因,他的设计是个迭代过程始于“泵齿轮”。对于大多数应用来说,泵的压力超过1到2巴,通常高达10巴。

正如在大多数引擎开发中一样,模拟和真实世界测试的结合可以加快设计的步伐。

回路设计开始于容积效率的初步评估并基于类似泵应用试验结果的收集。这些包含:泵速,油温,压力和流量。

用于评估的信息是准确的这一点很重要,因此数据收集必须使用高度可靠的精确测量设备能够在极端条件下在发动机内外提供精准读数。

为了确保精确性和可重复性,在测量压力时只采用最高质的传感器这点很重要。这些压力传感器不仅能在较大压力和温度跨度范围内提供可靠的数据,

并且他们还必须能够承受振动。

多年来,STS研发的压力传感器在发动机发展历程中能够满足OEM、一级供应商和专业发动机设计人员的需求。

开发一种比机械装置性能更出色的电动油泵

根据液压要求在不同流量、输出压力和油温所收集的信息,齿轮的初步设计最终确定。使用Matlab的模拟软件,关于物理系统行为的信息可以被合理地转化为一维代码。

在这一阶段,重要的是要注意,在特定压力下产生所需的流量,应该选择转速以促进电机和泵的最佳组合,而不会产生空穴或噪音问题:因此,标准的连续操作的速度范围通常在1500到3500转/分钟之间

接下来,使用LMS仿真软件生成几种设计 。这种仿真软件可以完善设计参数-在同时满足所有压力,流量和温度边界条件下的齿数和离心率。

在计算水力学的几何特性和过渡设计的最终确定后,在关键工作点驱动泵的总扭矩可以计算如下:

Mtot = MH + MCL + Mμ

一旦设计完成,工程样机就会在发动机测试台上进行评估。

油压、流量和温度再次在不同的发动机和泵速下进行测量,以验证通过模拟得到的结果。如果结果符合规格开发项目会最终确定,项目进入产业化阶段。

为了达到最佳的性能和耐久性,很明显所有的测量都是被精确记录的,但是压力传感器所产生的信息的重要性可能超过其他所有的数据——任何点上的压力不足都能导致灾难性故障。而超压浪费能源,并可能导致油封产生问题。

液压系统中比例调压阀的测试

液压系统中比例调压阀的测试

作为复杂液压系统开发的一部分,在测试比例调压阀时,所使用的压力传感器需要具有较高的脉冲能力和精度。

 在新的液压系统的开发中,以汽车工程为例,大量的部件需要完美地结合在一起。除了已获得的经验和所使用的模型之外,试验台上的试验回路在这里也起着重要的作用。供应商提供的零部件是否符合规格?在整个系统中是否已经实现了最佳结果

在油压系统中,如车辆离合器,所使用的施压阀是非常重要的。作为机械部件,它们需要完全符合规格,以尽量减少诸如过冲等负面影响。一个不合适的阀门会影响到整个系统的性能。可以预期到的压力峰值是多少,它们会如何影响系统?

需要如何设计阀门能够使耦合作用尽可能平滑和无振动?精确的压力测量在阐述这些问题中起着关键的作用。在完善一个整体系统之前,需要进行大量的测试,这些负面影响可以在很大程度上消除。然而,由于这些测试并不仅仅局限于压力阀,而是在整个系统中进行,因此对传感器的要求也相对较高。

液压系统中的压力测量:需要超高精度

STS作为测试和测量部门压力测量任务的经验丰富的合作伙伴,已经支持了大量与液压系统比例压力调节器测试相关的项目。因此,我们非常熟悉油压系统压力阀的压力测量要求。

由于液压系统越来越复杂的资质要求,尺寸已成为一个决定性的标准。这些系统现在配备了大量的传感器,因此尺寸越小越好。为了满足传感器尺寸小型化的技术要求,STS推出了一款高精度的压力传感器ATM.mini, 外部尺寸只有17.5×49毫米,目前正在许多试验台上使用。在安装方面也需要灵活性,因为传感器不只是要适应空间要求,还需要适合 压力接口, th最终,从我们的经验上看,传感器技术的选择和安装往往是在测试台上应用的开发之后进行的,并且必须能够符合所需要求。因此,STS遵循模块化设计原则,针对客户所需要求进行 定制. T当然这些也适用于ATM.MINI。

除了尺寸之外,“内在数据”也是至关重要的。如果我们现在回到汽车工程中的液压系统的案例上,在测试中,精准的响应时间对于连续测量是必不可少的。必须能够在几毫秒内记录动态压力。此外,也必须在相对广泛的温度范围-30到140°C保持高精度。非线性通常只能达到满量程测量值的0.1% (阅读更多关于精度的内容 ). 这也意味着压力压力传感器很大程度上对振动不敏感。液压系统中部件测试的另一个重要因素是总是会出现压力峰值 , 而事先又不能提前预估范围。针对这种类型的应用,需要一种过载能力是测量范围的许多倍的压力传感器。

STS生产的ATM.MINI能够满足所有这些要求。

产品优势:

  • 压力量程从 0…1 bar 到 0…100 bar
  • 高精度:0.1% FS
  • 外部尺寸17.5 x 49mm的紧凑设计
  • 横跨所有温度范围保持超高精度
  • 温度补偿范围从 -40 到125 °C
  • 焊接压力孔不会造成介质不相容
  • 通过模块化结构实现个性化解决方案
燃料压力测量 – 材质的选择至关重要

燃料压力测量 – 材质的选择至关重要

腐蚀性液体和气体对生产工艺中使用的压力传感器有着更加严格的要求 。STS产品 ATM.1ST 系列可应用于化工行业的众多领域和有爆炸危险的区域,无论怎样的操作环境,我们的产品都能操作自如。

STS压力变送器显著特点之一:模块化设计结构,可根据不同应用需求,提供多种机械和电气元件组合。

  1. 多种选择,提供最佳匹配方案
  2. 确保测量装置的快速响应

Figure 1: O型圈测量单元组装的压力传感器

图示传感器采用高精度测量芯体O型圈密封 。这种构造支持产品的多样化组合。取决于不同的压力测量介质,可选用多种材质O型圈(氟橡胶,三元乙丙橡胶或全氟醚橡胶),以满足不同应用需求。

Figure 2: 金属底座压力测量单元件

然而像燃料(柴油,汽油等)这类具有腐蚀性介质或高压下的应用中,就不在适用O型圈密封。 在这样的应用中,测量芯体需要焊接在压力端口。 出于这种原因的考虑,STS研发了ATM.1ST系列产品。

这种金属密封可提供多样化的机械设计。在0…20bar 甚至高达0…100 bar 的压力 ,4-20mA输出的情况下,精度可以达到0.05% FS。

而在常规压力0 … 20 bar至0 …700 bar, 4-20 mA或0 – 5/10 V 输出的情况下,常规精度为0.1% 。

模拟量传感器会在两个温度范围内校准:-25… 125°C(标准)或-40 …125°C(可选)。在此范围内,可以保证总误差绝对可以保证总误差<0.4%FS。

 我们的产品以简洁的样式,坚固的外壳和非常高的灵活性为特征,ATM.1ST系列产品有着简洁的外观,坚固的课题和高灵活性特征,可根据客户不同应用需求进行定制化服务。我们的产品非常适用于测试台架 和机械工程等各个领域。

起落架液压测试

起落架液压测试

想象一下,你正在驾驶者自己的飞机,巡航在美好的一天当中。

此时你正接近机场跑道并打开起落架的液压装置开关,进行着陆准备。突然,出现一个低压警报,起落架将无法正常打开。此时此刻你危在旦夕!在你急促的呼吸下的可能会对设计该液压系统对工程师颇有微词。其实,我们就是被抱怨的工程师,那位想象出来的飞行员是我们的客户。他们应该有一个可靠和完美的着陆,不是吗?因此,这极其考验我们所设计的液压系统,但该如何设计呢?我们需要全面的从细节,配件和设计做详细的计划。然而,至少有一点可以通过我们的努力而保证,那就是液压试验!我们将测试所有的细节,然后尝试损坏系统,并再次测试!所以很自然的,我们需要一个压力传感器在微调所有细节后,能够持续准确地记录液压系统中的情况。有一个传感器可以准确的做到这些要求,本文的其余部分,我们将一起探索STS高精度压力变送器ATM.1ST。

当我们开始开发液压压力测量方案,首先必须确定要收集的确切数据。大家都知道,在液压系统中“压力”是一个很宽泛的术语,并且自身而言几乎没有什么实际性质的意义。这里是指蓄能器压力,泵输出压力,调节器压力或者安全压力吗?这取决于你怎么理解,但幸运的是STS已经开发出一系列压力变送器,可在任何形式的子组件中收集数据。STS高精度压力变送器 ATM.1ST按照模块化和适应性的方法而设计。作为工程师,可以择优挑选传感器每个子组件的特性和功能,以确保每个部件都是完美适合应用环境,同时可以解决迎刃而解测试过程中遇到的问题。

现在让我们一起来拆解这些传感器模块。首先,我们可以为传感器选择几乎每一个部分的材料,以保证传感器的强度和耐久性。例如,基于爆破压力和一些对其他因素的承受力,可以选择由不锈钢或钛构成的壳体和换能器,并且也可以根据液压设置的特点来确定选择方案。

然而,我们的材料选择不限定于所述的壳体,也可以为传感器挑选密封材料。在这个模块中,可以选择的内容包括氟橡胶,三元乙丙橡胶,全氟醚橡胶和丁腈橡胶。自然而言,液压流体将贯穿整个起落架系统;因此,一旦我们确定密封材料,就可以保证与贯穿整个系统功能的流体之间有最佳的交互。另一个在测试设置中需要保持一致的因素是压力传感器的总体精度。幸运的是,STS的 ATM.1ST产品线的高精度传感器充分体现了产品在这方面的特点。并且通过0.25%,0.1%和0.05%FS充分确保数据收集在整个测试过程中是既准确又相一致。

最后两个模块的选择是有关起落架测试过程中的电气工艺连接。在电气的世界,我们可以选择FEP,PUR和PE线,以及各种不同的连接器。针对连接的过程,我们谨慎并且周到的提供了各种类型的隔膜,DIN等。虽然不同组合的绝对数量似乎远远的超过其表面价值,但是它们所组装出的压力传感器保证了测试环境可以在一个正常的情况下完成。

现在,让我们回到起落架测试中。当开发和测试液压系统时候,实现完美的起落架操作将需要系统内的几个不同位置的数据参数。如上所述,我们有一个累加器,可以充当各种各样的阻尼装置来平滑系统中的压力变量。当然,我们的工程师需要明确的知道这些变量属性。因此,这似乎是一个测试传感器的最佳位置!

在维持压力方面,校准器正好属于这个范畴之内。由于存在阀门的打开和关闭或系统中的任何不规则性所导致的压力波动,校准器可以确保系统压力保持在规定范围之内。再强调一次,这是另一个起落架开发过程中,值得关注的重要组件,我们现在有足够的资源为起落系统选择一个完全定制的压力传感器,这个目标通过精确的测量和安装便捷的电气连接器来实现。

做一下总结,我们的任务是通过严格的测试课程,以建立一个可靠的起落架系统。然而,这种原理的液压系统中组件和传感器的潜在位置是极其多样化的。值得庆幸的是,STS已经研发出了 ATM.1ST 压力传感器,可以让我们对传感器几乎所有的方面,有着近乎绝对的控制;包括材料,准确性,密封,和电气连接器。长话短说女士们,先生们,这种高精度的传感器,使我们能够设计一个精简和可靠的测试过程,其中我们的测试传感器是配合安装,而并不是去控制安装。