Investigation and development of a dynamic pressure measurement standard

Abstract

Dinamik basınç bir çok önemli alanda yapılan ölçümlerde karşımıza çıkmaktadır. Bu ölçümlerin yapıldığı alanlara örnek olarak; yanma analizi, otomobil endüstirisi, turbo makineler, aerodinamik, akışkan basıncı ve kontrolü, üretim prosesleri ve tıp verilebilir. Karşılaşılan basınç ölçüm aralıkları birkaç Pa'dan başlayıp, birkaç GPa değerlerine kadar değişim göstermekte ve aynı zamanda ölçülen frekans aralıkları da 1 Hz değerinin altından başlayarak 1 MHz değerlerine kadar olan aralıkta değişebilmektedir. Yüksek frekanslı sensörlerin gelişmesiyle birlikte, dinamik basınç kalibrasyonlarına da ihtiyaç duyulmaya başlandı. Dinamik kalibratörlerin yakın zamanlara kadar ticari olarak satışlarının mevcut olmaması sebebiyle, bir çok laboratuvar özel ihtiyaçlarını karşılamak için, bu ihtiyaçlarına cevap verebilecek kendi kalibrasyon cihazlarını geliştirdiler. Bu cihazlar çeşitli hidrolik ve pinomatik şok, darbe ve sinüs dalga basınç jeneratörlerini içeriyordu. Pistonlu basınç standartları da (piston manometresi), zaman zaman basınç tahliye modunda, değeri bilinen negatif basınç üreteçleri olarak kullanıldılar. Bu araştırmanın amacı, dinamik basınç ölçümleri alanında, kaydedilen ilerleme ve gelişmelere katkıda bulunarak bu alanda yapılan araştırmaları bir adım ileri taşımaktır. Bu çalışmada, bir dinamik basınç ölçüm standardı araştırmak ve geliştirmek için bir sistem tasarlandı ve üretildi. Bu amaçla, düşen ağırlık sistemi ve darbe testi makine sistemi modifiye edildi ve otomatik hale getirildi. Düşen kütlenin maksimum ivmesi ve hızı ölçüldü. Enerjinin korunumu yasası yardımıyla basınç değeri hesaplandı. Bir model fonksiyonu tanımlandı. Basınç iletim ortamları için, basıncın iletilebilmesi ve sıkıştırılabilmesi açısından farklı yağlar kullanılarak ölçümler yapıldı. Ölçümler 500 MPa basınca kadar %1 doğruluk hedeflenerek yapıldı.

Dynamic pressure is measured in many important fields such as combustion analysis, automotive industry, turbomachinery, aerodynamics, fluid power and control, production processes and within medicine. The encountered amplitudes range from a few Pa to several GPa and frequencies range from below one Hz to about one MHz. Along with the development of higher frequency sensors came the need for dynamic pressure calibration. Since dynamic calibrators were not commercially available until relatively recently, many laboratories developed unique calibration devices to suit specific needs. These included a variety of hydraulic and pneumatic shock, pulse, and sine wave pressure generators. The dead weight tester was sometimes used in a pressure release mode to generate a known, negative pressure pulse. This investigation aims to make step change improvements in pressure in for dynamic measurements. To investigate and develop a dynamic pressure measurement standard, a system was designed and manufactured. A drop weight system and impact test machine system were modified and it was automatized. Maksimum acceleration and velocity of dropping mass were masured and thanks to energy conservation laws, pressure value was calculated. A model function was defined. For the pressure transmission media, different oils was investigated in terms of pressure transmission and compressibility. As a pressure range, 500 MPa was tried to exceed at the 1% accuracy.