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Jul 13, 2023

Medição da massa

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 3273 (2022) Citar este artigo 1463 Acessos 2 Citações Detalhes das métricas As características de vazão mássica de servoválvulas pneumáticas de alta pressão (HPSVs)

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 3273 (2022) Citar este artigo

1463 Acessos

2 citações

Detalhes das métricas

As características de vazão mássica 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 vazão devido à compressibilidade do gás de alta pressão. Neste artigo, um novo método de medição dos parâmetros de caracterização da vazão mássica de HPSVs é proposto com base no princípio da conexão em série da descarga sônica dos orifícios das válvulas. A área de seção transversal efetiva e a razão de pressão crítica dos orifícios da servoválvula 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 suposições, 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 transversal efetiva medida e da razão de pressão crítica do HPSV foi alta. A razão de pressão crítica medida variou de 0,46 a 0,50, e o coeficiente de fluxo representado pela variação efetiva da área transversal diminuiu com o aumento da abertura da válvula. Essas descobertas têm implicações gerais para o projeto, análise e controle precisos de servossistemas pneumáticos de alta pressão.

Uma alta relação 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 fundamental para o projeto do sistema, controle do sistema e avaliação e otimização do desempenho do sistema4,5. As servoválvulas geralmente possuem uma estrutura de válvula deslizante e suas características de fluxo são a base de todo o servosistema pneumático de alta pressão6,7,8,9. Muitos especialistas e pesquisadores têm investigado a medição das características de fluxo de componentes pneumáticos há muitos anos e desenvolveram vários medidores de vazão e métodos de medição.

As características de fluxo da servoválvula são medidas usando diferentes medidores de vazão, dependendo da magnitude da vazão. Um motor hidráulico de precisão ou medidor de vórtice é usado para testar em altas vazões, enquanto um cilindro hidráulico é usado para testar quando a vazão não é alta10. Neste método, a densidade e a viscosidade do fluido afetam grandemente os resultados da medição e, portanto, este método é mais adequado para meios líquidos ou gases de baixa pressão que apresentam pouca alteração na densidade. O método de teste ISO 6358 usando condutância sônica e caracterização da razão de pressão crítica da vazão mássica também pode alcançar a medição das características do fluxo11. No entanto, este método tem muitas disposições, requisitos rigorosos para a precisão do dispositivo de teste e da instrumentação de medição, além de alto consumo e custo do gás de teste12,13. Kuroshita e Oneyama14 propuseram um método híbrido para medir características de fluxo baseado 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 sonora medida são grandes e este 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 utilizando uma câmara isotérmica. No entanto, o método é influenciado pela densidade do enchimento, a câmara isotérmica é difícil e cara de fabricar e o desempenho isotérmico da câmara é difícil de avaliar 18,19. Imamura et al. 20 propuseram um método gravimétrico chamado SRoGS que pode ser usado para medir a vazão mássica de gás na 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 al. 21 propuseram um novo elemento sensor de vazão mássica que é particularmente adequado para medição de baixa vazão em sistemas de processamento de vácuo. Esses métodos de medição apresentam altos requisitos de dispositivos de medição e dificuldade de medição, e são aplicáveis ​​apenas a componentes pneumáticos de baixa pressão. 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.