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Jul 13, 2023

Mesure de la masse

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 3273 (2022) Citer cet article 1463 Accès à 2 citations Détails des métriques Les caractéristiques de débit massique des servovalves pneumatiques haute pression (HPSV)

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 3273 (2022) Citer cet article

1463 Accès

2 citations

Détails des métriques

Les caractéristiques de débit massique des servovalves pneumatiques haute pression (HPSV) ont un effet important sur les performances dynamiques des systèmes servo haute pression. Cependant, ces caractéristiques sont difficiles à obtenir par des calculs théoriques et des mesures au débitmètre en raison de la compressibilité du gaz à haute pression. Dans cet article, une nouvelle méthode de mesure des paramètres de caractérisation du débit massique des HPSV est proposée, basée sur le principe de la décharge sonique en série des orifices des vannes. La surface transversale efficace et le rapport de pression critique des orifices de la servovalve peuvent être déterminés avec précision et efficacité en connectant deux orifices de vanne en série et en échangeant la séquence d'écoulement des deux orifices de vanne. Les deux hypothèses incluant la décharge sonique et adiabatique de la méthode de mesure proposée ont été vérifiées. Une comparaison entre les données de test et de simulation a montré que la précision de la surface transversale effective mesurée et du rapport de pression critique du HPSV était élevée. Le rapport de pression critique mesuré variait de 0,46 à 0,50, et le coefficient de débit représenté par la variation de la surface transversale effective diminuait avec l'augmentation de l'ouverture de la vanne. Ces résultats ont des implications générales pour la conception, l’analyse et le contrôle précis des systèmes d’asservissement pneumatiques haute pression.

Un rapport de puissance élevé et une expansibilité instantanée des gaz à haute pression peuvent améliorer efficacement les caractéristiques dynamiques, augmenter la fréquence inhérente et améliorer la vitesse de réponse des systèmes pneumatiques. Dans le même temps, la haute pression peut permettre la miniaturisation des composants, économisant ainsi de l'espace et des coûts d'installation. Par conséquent, la haute pression est appliquée dans des domaines spécialisés, tels que l’aviation, l’aérospatiale, les équipements militaires et les plates-formes de forage1,2,3.

Les performances des servovalves pneumatiques haute pression (HPSV) sont essentielles à la conception du système, au contrôle du système, ainsi qu'à l'évaluation et à l'optimisation des performances du système4,5. Les servovalves ont généralement une structure de tiroir et leurs caractéristiques de débit constituent la base de celles de l'ensemble du système d'asservissement pneumatique haute pression6,7,8,9. De nombreux experts et chercheurs étudient depuis de nombreuses années la mesure des caractéristiques de débit des composants pneumatiques et ont développé de nombreux débitmètres et méthodes de mesure.

Les caractéristiques de débit de la servovalve sont mesurées à l'aide de différents débitmètres en fonction de l'ampleur du débit. Un moteur hydraulique de précision ou un compteur vortex est utilisé pour tester à des débits élevés, tandis qu'un vérin hydraulique est utilisé pour tester lorsque le débit n'est pas élevé10. Dans cette méthode, la densité et la viscosité du fluide affectent grandement les résultats de mesure et, par conséquent, cette méthode est plus adaptée aux milieux liquides ou aux gaz à basse pression qui présentent peu de changement de densité. La méthode d'essai ISO 6358 utilisant la caractérisation de la conductance sonique et du rapport de pression critique du débit massique peut également permettre de mesurer les caractéristiques du débit11. Cependant, cette méthode comporte de nombreuses dispositions, des exigences strictes en matière de précision du dispositif de test et des instruments de mesure, ainsi qu'une consommation et un coût élevés de gaz de test12,13. Kuroshita et Oneyama14 ont proposé une méthode hybride de mesure des caractéristiques d'écoulement basée sur les normes ISO 635811 et JIS B 839015, qui permet de mesurer des pièces dotées de grandes ouvertures à l'aide de petits appareils. Cependant, pour les composants présentant des rapports de pression critiques relativement faibles, les erreurs dans la conductance sonique mesurée sont importantes et cette méthode ne peut pas décrire complètement les débits massiques des composants pneumatiques. Kawashima et ses collègues16,17 ont proposé une méthode pour mesurer les caractéristiques d'écoulement à l'aide d'une chambre isotherme. Cependant, la méthode est influencée par la densité de la charge, la chambre isotherme est difficile et coûteuse à fabriquer, et les performances isothermes de la chambre sont difficiles à évaluer 18,19. Imamura et coll. 20 ont proposé une méthode gravimétrique appelée SRoGS qui peut être utilisée pour mesurer le débit massique de gaz dans la plage de 0,012 à 0,062 g/min dans une chambre à vide, mais l'erreur de mesure est importante à des débits de gaz élevés, et cette méthode nécessite un environnement de test strict. Kashan et coll. 21 a proposé un nouvel élément de détection du débit massique particulièrement adapté à la mesure de faibles débits dans les systèmes de traitement sous vide. Ces méthodes de mesure souffrent d'exigences élevées en matière d'appareils de mesure et de difficultés de mesure, et elles ne sont applicables qu'aux composants pneumatiques basse pression. Les mesures pneumatiques à haute pression nécessitent une méthode de mesure simple et efficace en raison de la pression différentielle élevée, de la forte variation de la densité du gaz et du débit élevé.