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Aug 28, 2023

Medição da massa

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 3273 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As características da taxa de fluxo de massa das servoválvulas pneumáticas de alta pressão (HPSVs) têm um efeito importante no desempenho dinâmico dos servossistemas de alta pressão. No entanto, essas características são difíceis de obter por cálculos teóricos e medições de medidores de vazão devido à compressibilidade do gás de alta pressão. Neste artigo, um novo método de medição dos parâmetros de caracterização de vazão mássica de HPSVs é proposto com base no princípio da descarga sônica de conexão em série de orifícios de válvulas. A área da seção transversal efetiva e a taxa de pressão crítica dos orifícios da válvula servo podem ser determinadas com precisão e eficiência conectando dois orifícios de válvula em série e trocando a sequência de fluxo dos dois orifícios de válvula. As duas hipóteses incluindo a descarga sônica e adiabática do método de medição proposto foram verificadas. Uma comparação entre os dados de teste e simulação mostrou que a precisão da área de seção transversal efetiva medida e a razão de pressão crítica do HPSV eram altas. A razão de pressão crítica medida variou de 0,46 a 0,50, e o coeficiente de fluxo representado pela variação efetiva da área da seção transversal diminuiu com o aumento da abertura da válvula. Essas descobertas têm implicações gerais para o projeto, análise e controle precisos de sistemas servo pneumáticos de alta pressão.

Uma alta taxa de potência e expansibilidade instantânea de gases de alta pressão podem efetivamente melhorar as características dinâmicas, aumentar a frequência inerente e melhorar a velocidade de resposta dos sistemas pneumáticos. Ao mesmo tempo, a alta pressão pode permitir a miniaturização dos componentes, economizando espaço e custos de instalação. Portanto, a alta pressão é aplicada em áreas especializadas, como aviação, aeroespacial, equipamentos militares e plataformas de perfuração1,2,3.

O desempenho das servoválvulas pneumáticas de alta pressão (HPSVs) é crítico para o projeto do sistema, controle do sistema e avaliação e otimização do desempenho do sistema4,5. As válvulas servo geralmente têm uma estrutura de válvula deslizante e suas características de fluxo são a base para as de todo o sistema servo pneumático de alta pressão6,7,8,9. Muitos especialistas e pesquisadores têm investigado a medição das características de fluxo de componentes pneumáticos por muitos anos e desenvolveram vários medidores de vazão e métodos de medição.

As características de fluxo da válvula servo são medidas usando diferentes medidores de vazão, dependendo da magnitude da taxa de fluxo. Um motor hidráulico de precisão ou medidor de vórtice é usado para testar em altas taxas de fluxo, enquanto um cilindro hidráulico é usado para testar quando a taxa de fluxo não é alta10. Nesse método, a densidade e a viscosidade do fluido afetam muito os resultados da medição e, portanto, esse método é mais adequado para meios líquidos ou gases de baixa pressão que exibem pouca alteração na densidade. O método de teste ISO 6358 usando condutância sônica e caracterização da taxa de pressão crítica da taxa de fluxo de massa também pode alcançar a medição das características de fluxo11. No entanto, este método tem muitas provisões, requisitos rigorosos para a precisão do dispositivo de teste e instrumentação de medição e alto consumo e custo de gás de teste12,13. Kuroshita e Oneyama14 propuseram um método híbrido para medir características de fluxo com base na ISO 635811 e JIS B 839015 que pode medir peças com grandes aberturas usando pequenos dispositivos. No entanto, para componentes com razões de pressão crítica relativamente pequenas, os erros na condutância sônica medida são grandes e esse método não pode descrever completamente as taxas de fluxo de massa dos componentes pneumáticos. Kawashima e colaboradores16,17 propuseram um método para medir as características do fluxo usando uma câmara isotérmica. No entanto, o método é influenciado pela densidade do preenchedor, a câmara isotérmica é difícil e cara de fabricar e o desempenho isotérmico da câmara é difícil de avaliar 18,19. Imamura et ai. 20 propuseram um método gravimétrico chamado SRoGS que pode ser usado para medir a vazão mássica de gás dentro da faixa de 0,012–0,062 g/min em uma câmara de vácuo, mas o erro de medição é grande em altas vazões de gás, e esse método requer um ambiente de teste rigoroso. Kashan et ai. 21 propuseram um novo elemento sensor de vazão mássica que é particularmente adequado para medição de vazão baixa em sistemas de processamento a vácuo. Esses métodos de medição sofrem de altos requisitos de dispositivos de medição e dificuldade de medição e são aplicáveis ​​apenas a componentes pneumáticos de baixa pressão. As medições pneumáticas de alta pressão requerem um método de medição simples e eficiente devido à alta pressão diferencial, alta variação na densidade do gás e alta vazão.