Napredni sistem udarne cevi za visokofrekvenčno primarno dinamično tlačno umerjanje

Povečana potreba po točnem merjenju hitro spreminjajočih tlakov v različnih industrijskih in znanstvenih aplikacijah zahteva uporabo merilnikov tlaka z ustreznimi dinamičnimi lastnostmi. Trenutno je zagotavljanje primerljivih in kakovostnih dinamičnih merjenj tlaka oteženo zaradi njihove pomanjkljive meroslovne sledljivosti do Mednarodnega sistema merskih enot (SI). Z namenom vzpostavitve meroslovne sledljivosti meritev časovno spreminjajočega tlaka se razvijajo primarni dinamični etaloni, ki bi merjeno veličino pri kalibraciji realizirali preko drugih osnovnih fizikalnih veličin. Cilj tega projekta je razviti napreden sistem za visokofrekvenčno tlačno dinamično umerjanje, ki bi imel takšno kalibracijsko in merilno zmogljivostjo, da bi deloval kot primarni etalon za dinamično tlačno umerjanje. Predlagan koncept temelji na brezmembranski udarni cevi, ki namesto membrane uporablja hitro odpirajoči ventil. Na podlagi celovite analize različnih vplivov na porazdelitev nadzvočne hitrosti udarnih valov bomo določili splošno funkcijsko odvisnost hitrosti udarnega vala vzdolž cevi od različnih termodinamičnih in transportnih lastnosti uporabljenega plina ter geometrijskih parametrov udarne cevi. S pomočjo pridobljenih ugotovitev bomo razvili izboljšan merilni model, ki bo zmanjšal prispevek negotovosti, ki zajema nepopolnost trenutnega merilnega modela udarne cevi, ter ocenili in izbrali optimalne obratovalne pogoje in geometrijske parametre za povečanje tlačnega in frekvenčnega območja umerjanja udarne cevi. Na podlagi opredeljenih optimalnih delovnih pogojev in geometrijskih parametrov bomo razvili udarno cev, ki bo omogočala generiranje dobro opredeljenih skočnih sprememb tlaka do 10 MPa. To bo vodilo k njenemu močno razširjenemu kalibracijskemu tlačnemu območju v primerjavi s konvencionalnimi udarnimi cevmi, ki so omejene na območje amplitud tlakov do nekaj MPa. Poleg tega bo udarna cev zasnovana tako, da bo zagotavljala daljšo periodo časa, tekom katere ostane tlak po udaru konstanten, ter s tem zagotavljala tudi povečano frekvenčno območje v primerjavi s konvencionalnimi udarnimi cevmi. Razviti merilni sistem bo prilagojen tudi tako, da bo omogočal dinamična umerjanja merilnikov tlaka z uporabo kapljevine, kar bo prva potrditev načela delovanja kapljevinskega dinamičnega kalibratorja, v katerem se časovno spreminjajoč tlak generira z uporabo udarnih valov. Naš predlagani koncept sistema kapljevinske udarne cevi temelji na dvostransko delujočem aktuatorju, v katerem bo vpadni udarni val generiran v plinskem delu udarne cevi vzbudil bat, ki ločuje plinski del udarne cevi in valj napolnjen s kapljevino, v katerem je vgrajen merilnik tlaka, ki se ga umerja. Predlagana konfiguracija kalibratorja bo tako združevala prednosti obeh generatorjev neperiodičnih dinamičnih tlačnih sprememb, udarne cevi kot vioskofrekvenčnega tlačnega generatorja in sistema s padajočo utežjo kot visokoamplitudnega kapljevinskega tlačnega generatorja. Razvit sistem z udarno cevjo bo uporabljen za dinamična umerjanja komercialnih visokofrekvenčnih merilnih sistemov za tlak (MST) in inovativnih tlačnih zaznaval za avtomobilsko industrijo, ki jih razvija in proizvaja slovensko podjetje Hidria. Z uporabo optimalnih algoritmov za določanje kompleksne diskretne frekvenčne odzivne funkcije iz časovnega odziva visokofrekvenčnega MST na skočno spremembo tlaka v udarni cevi, bomo za preskušane MST določili amplitudne in fazne frekvenčne značilnice z negotovostjo 1 % oziroma 5° v območju nekaj 10 kHz.