IT8322457A1

IT8322457A1 - PRESSURE SENSOR

Info

Publication number: IT8322457A1
Application number: IT1983A22457A
Authority: IT
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1982-08-19
Filing date: 1983-08-05
Publication date: 1985-02-05
Also published as: IT1167569B; DE3328536A1; GB8317260D0; FR2532048A1; JPS5963540A; GB2125556A; IT8322457A0

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

dell'invenzione industriale dal titolo : of the industrial invention entitled:

"SENSORE DI PRESSIONE" "PRESSURE SENSOR"

RIASSUNTO SUMMARY

Viene descritto un sensore di pressione dove del fluido in pressione viene scaricato da una cella contro una sonda e la pressione del fluido della cella viene dedotta dal cambiamento delle caratteristiche di dissipazione della sonda. A pressure sensor is described where pressurized fluid is discharged from a cell against a probe and the cell fluid pressure is inferred from the change in the dissipation characteristics of the probe.

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

L'invenzione riguarda sensori di pressione e, pi? particolarmente, sensori che determinano la pressione misurando il grado di dissipazione del calore di una sonda. The invention relates to pressure sensors and, more? particularly, sensors that determine pressure by measuring the degree of heat dissipation of a probe.

PREMESSE RELATIVE ALL'INVENZIONE PREMISES RELATING TO THE INVENTION

Nell'ispezione automatica di oggetti aventi cavit? o celle cave ? frequentemente desiderabile misurare la pressione di un fluido o gas contenuto nelle celle. Per esempio viene misurata la pressione di un gas contenuto in una cella e sfuggente attraverso le perforazioni di una paletta perforata di turbomotore a gas per determinare l'esistenza di qualsiasi bloccaggio o intasa mento delle perforazioni. L'utilizzazione di sonde di pressione che vengono in serite.nelle celle ? in tal caso costosa e lunga. In the automatic inspection of objects with cavities? or hollow cells? it is frequently desirable to measure the pressure of a fluid or gas contained in the cells. For example, the pressure of a gas contained in a cell and escaping through the perforations of a perforated blade of a gas turbine engine is measured to determine the existence of any blocking or clogging of the perforations. The use of pressure probes which are installed in the cells? in this case expensive and time-consuming.

SCOPI DELL'INVENZIONE AIMS OF THE INVENTION

Uno scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un originale e perfezionato sensore di pressione. A purpose of the present invention? that of realizing an original and improved pressure sensor.

Uno scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un originale e perfezionato sensore di pressione, il quale misura la pressione di un fluido contenuto in una cella senza che lo stesso sia introdotto o entri a contatto con la cella. A purpose of the present invention? that of realizing an original and improved pressure sensor, which measures the pressure of a fluid contained in a cell without it being introduced or coming into contact with the cell.

DESCRIZIONE SOMMARIA DELL?INVENZIONE SUMMARY DESCRIPTION OF THE INVENTION

Una forma della presente invenzione misura la pressione di un fluido contenuto in una cella scaricando una porzione del fluido attraverso delle per forazioni della parete della cella, ponendo una sonda sul percorso del fluido e misurando le propriet? di dissipazione del calore della sonda. One form of the present invention measures the pressure of a fluid contained in a cell by discharging a portion of the fluid through perforations in the cell wall, placing a probe in the fluid path, and measuring properties. heat dissipation of the probe.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La FIGURA 1 illustra una realizzazione della presente invenzione; la FIGURA 2 ? un diagramma di una forma di uno "standard" di calibrazio ne da usare nella presente invenzione. FIGURE 1 illustrates an embodiment of the present invention; FIGURE 2? a diagram of one form of a calibration "standard" for use in the present invention.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

In Figura 1, una paletta 3 di turbomotore a gas contiene una cella 6 che ? riempita con un fluido in pressione, quale gas o aria compressa fornita da una sorgente (non mostrata). La cella 6 pu? comunicare con un'altra cella 9 per mezzo di un canale 12. Il gas esce dalla cella 6 attraverso fori o perfora zioni 15 ed urta contro una sonda 18. Il gas uscente ? illustrato dalle frecce 20. In una realizzazione la sonda 18 viene riscaldata facendovi passare una corrente elettrica per mezzo di conduttori 21 e 23 collegati ad una sorgente 25 di potenza elettrica costante . Uno strumento 28, interconnesso sul condutto re 21 , d? una misura della quantit? di potenza elettrica fornita alla sonda 18 Il gas uscente 20, urtando contro la sonda 18, trasmetter? calore alla sonda 18 o assorbir? calore dalla sonda 18 in parte in funzione della temperatura del gas uscente 20 in confronto a quella della sonda 18 ed anche in funzione della pressione del gas contenuto nella cella 6. Comunque , ? preferibile che il gas uscente 20 sia pi? freddo della sonda 18. Una ragione ? che si pu? quindi considerare il calore assorbito dal gas uscente 20 uguale alla potenza fornita a regime dalla sorgente d ' alimentazione 25. Indipendentemente dal -fatto che il calore sia trasmesso o assorbito dalla sonda 18, essa raggiunger? una temperatura di regime che corrisponde alla particolare pressione del gas della cella 6. Questi principi vengono utilizzati ,come detto nel seguito , per determinare la pressione in una cella 6 di una paletta sottoposta a prova. La po tenza fornita alla sonda 18, secondo quanto indicato dallo strumento 28, viene mantenuta costante. Viene generato uno standard di calibrazione dove le temperature della sonda a regime vengono registrate per differenti pressioni della cella. Ci? fornisce una serie di coppie di dati temperatura della sonda/pressione della cella. Dopo di ci? del gas a pressione ignota, contenuto in una cella 6 come precedentemente , viene scaricato attraverso perforazioni 15 verso la sonda 18 fino a che essa raggiunge lo stato di regime. Viene nuovamente misurata la temperatura della sonda 18. Le coppie di dati dello standard di calibrazione vengono quindi esaminate per trovare la coppia avente una temperatura della sonda pi? vicina a quella misurata per la cella 6 in prova. La pressione associata alla temperatura pi? vicina pu? essere assunta come quella della cella 6 in prova. In alternativa si pu? usare una interpolazione fra le due pressioni associate con le due temperature pi? vicine a cavallo della temperatura rilevata. In Figure 1, a gas turbine engine blade 3 contains a cell 6 which? filled with a pressurized fluid, such as gas or compressed air supplied by a source (not shown). Cell 6 can communicate with another cell 9 by means of a channel 12. The gas exits the cell 6 through holes or perforations 15 and collides with a probe 18. The gas exiting? illustrated by the arrows 20. In one embodiment, the probe 18 is heated by passing an electric current through it by means of conductors 21 and 23 connected to a source 25 of constant electric power. An instrument 28, interconnected on the conductor 21, d? a measure of the quantity? of electrical power supplied to the probe 18 The outgoing gas 20, hitting the probe 18, will transmit? heat to the probe 18 or absorb? heat from the probe 18 partly as a function of the temperature of the outgoing gas 20 compared to that of the probe 18 and also as a function of the pressure of the gas contained in the cell 6. However,? it is preferable that the outgoing gas 20 is pi? cold probe 18. A reason? what can you? then consider the heat absorbed by the outgoing gas 20 equal to the power supplied in steady state by the power source 25. Regardless of whether the heat is transmitted or absorbed by the probe 18, it will reach? a steady state temperature which corresponds to the particular gas pressure of the cell 6. These principles are used, as stated below, to determine the pressure in a cell 6 of a vane under test. The power supplied to the probe 18, as indicated by the instrument 28, is kept constant. A calibration standard is generated where the temperature of the steady-state probe is recorded for different cell pressures. There? provides a series of probe temperature / cabinet pressure data pairs. After that? some gas at unknown pressure, contained in a cell 6 as previously, is discharged through perforations 15 towards the probe 18 until it reaches the steady state. Probe 18 temperature is again measured. The data pairs of the calibration standard are then examined to find the pair having a higher probe temperature. close to that measured for cell 6 under test. The pressure associated with the temperature pi? close can? be assumed as that of cell 6 under test. Alternatively, you can? use an interpolation between the two pressures associated with the two temperatures pi? close around the measured temperature.

In una realizzazione alternativa, la sonda 18 viene portata ad una predeterminata temperatura, sia riscaldandola come detto sopra o in altro modo. La sonda 18 viene posta sul percorso del gas uscente 20 ed il transitorio tempo/temperatura della sonda 18 viene registrato. Una tale registrazione viene ripetuta per differenti pressioni di gas onde generare un altro standard di ca librazione. Quando deve essere misurata una pressione ignota di una cella in prova, viene ugualmente registrato un transitorio temperatura/tempo per la cel_ la in prova. Il confronto di quest'ultimo transitorio di prova con quelli dello standard di calibrazione consente di arrivare alla conclusione che la pressione ignota del gas della,cella in prova ? quella associata allo standard di calibrazione col transitorio pi? strettamente assomigliante al transitorio di prova. In an alternative embodiment, the probe 18 is brought to a predetermined temperature, either by heating it as mentioned above or in another way. The probe 18 is placed on the path of the outgoing gas 20 and the time / temperature transient of the probe 18 is recorded. Such a recording is repeated for different gas pressures to generate another calibration standard. When an unknown pressure of a cell under test is to be measured, a temperature / time transient is also recorded for the cell under test. The comparison of this last test transient with those of the calibration standard allows to arrive at the conclusion that the unknown gas pressure of the cell under test? that associated with the calibration standard with the transient pi? closely resembling the transient test.

Si deve notare che uno dei principi operativi che hanno a che fare con la presente invenzione ? il cambiamento della dissipazione di calore della son da 18 quando essa ? esposta al gas scaricato dalla cella 6. Il cambiamento pu? manifestarsi come cambiamento di temperatura della sonda 18 e pu? essere come tale misurato. In alternativa esso pu? essere misurato indirettamente facendo per esempio aumentare la potenza fornita dalla sorgente 25 alla sonda 18 fino a che si raggiunge una predeterminata temperatura. In un tal caso il calore disipato ? indicato dalla energia addizionale fornita alla sonda 18. It should be noted that one of the operational principles having to do with the present invention? the change in the heat dissipation of the son from 18 when it? exposed to the gas discharged from the cell 6. The change can? manifest as a change in temperature of the probe 18 and can? be measured as such. Alternatively it can? be measured indirectly by for example increasing the power supplied by the source 25 to the probe 18 until a predetermined temperature is reached. In such a case the heat dissipated? indicated by the additional energy supplied to probe 18.

Si deve anche notare che per certi scopi pu? non essere necessario un e steso standard di calibrazione. Si pu? desiderare di determinare semplicemente se la pressione della cella ? al di sopra o al di sotto di una soglia, nel qua le caso la dissipazione di calore della sonda viene esaminata per determinare se essa ? al di sopra o al di sotto di un corrispondente valore di dissipazione. It should also be noted that for certain purposes it can? no need for an extended calibration standard. Can you? want to simply determine if the cell pressure? above or below a threshold, in which case the heat dissipation of the probe is examined to determine if it? above or below a corresponding dissipation value.

Si deve anche notare che nelle celle 6 e 9 ed anche nelle perforazioni 15 esisteranno differenti pressioni in differenti punti quali i punti 29, 30, 31 e 32. Ci? ? parzialmente dovuto al fatto che le pressioni in un fluido scor rente mostrano una configurazione a gradiente. Conseguentemente ed in un senso stretto, la pressione effettivamente misurata nel generare lo standard di cali brazione dovrebbe essere quella in un punto fisso, quale per esempio il punto 30. La pressione che quindi si deduce esistere nella cella in prova sar? pure la pressione in tale punto. Naturalmente i gradienti di pressione possono esse re sufficientemente piccoli cosi che la pressione in tutta la cella ed anche nelle perforazioni (come per esempio nella posizione 31) possa essere trattata come costante e uniforme. Conseguentemente, il termine "pressione" ? qui usato in un senso generale come riferentesi alla pressione nel prescelto punto fisso o ad una pressione approssimata della cella che indica una media generale. It should also be noted that in the cells 6 and 9 and also in the perforations 15 there will be different pressures at different points such as points 29, 30, 31 and 32. ? partially due to the fact that pressures in a flowing fluid exhibit a gradient pattern. Consequently and in a strict sense, the pressure actually measured in generating the calibration standard should be that in a fixed point, such as point 30. The pressure that is therefore deduced to exist in the cell under test will be? pressure at that point as well. Of course the pressure gradients may be small enough so that the pressure throughout the cell and also in the perforations (such as at position 31) can be treated as constant and uniform. Consequently, the term "pressure"? used herein in a general sense as referring to the pressure at the selected fixed point or to an approximate cell pressure indicating an overall average.

Si deve anche notare che la temperatura della sonda 18, sia essa riscal data o non riscaldata, aumenter? o diminuir? a seconda della sua temperatura i niziale relativa in confronto alla temperatura del gas uscente 20. Di conseguen za, il termine "dissipazione" ? inteso come avente tanto senso negativo quanto senso positivo. Cio?, una dissipazione di calore positiva implica una cessione di calore mentre una dissipazione di calore negativa implica l'assorbimento di calore. It should also be noted that the temperature of probe 18, whether heated or unheated, will increase? or decrease? depending on its initial relative temperature compared to the temperature of the outgoing gas 20. Consequently, the term "dissipation"? understood as having both a negative and a positive sense. That is, positive heat dissipation implies heat transfer while negative heat dissipation implies heat absorption.

Si deve anche notare che il confronto del calore misurato, dissipato nel caso della cella in prova, con lo standard di calibrazione, pu? essere effettuato mediante mezzi di interpolazione quali un calcolatore. It should also be noted that the comparison of the measured heat, dissipated in the case of the cell under test, with the calibration standard, can? be carried out by interpolation means such as a computer.

Si deve anche notare che la sonda 18 deve occupare sostanzialmente la stessa posizione rispetto alla paletta 3 durante tutte le misure, di modo che, durante queste misure, si verifichi sostanzialmente la stessa relazione di scam bio di calore. Inoltre, le forme delle celle e delle perforazioni dovrebbero essere simili. Come esempio ? stata effettuata la seguente realizzazione di una forma dell'invenzione. Tutti i dati numerici che seguono sono approssimati. Una sonda piatta di rame 18A, mostrata con contorno a tratti in Figura 1 e misurante 44,45 mm (1,75") di lunghezza x 6,35 mm (0,25") di larghezza x 1 , 59 mm (1/16") di spessore venne posizionata sul percorso del gas che esce attraverso fori (in questo caso comunemente chiamati "gill holes") mostrati come circoli 15A a tratti. I fori 15A sono su una paletta presa dal rotore alta pressione di un turbomotore a gas. La sonda 18A era posizionata in modo tale che la distanza fra la sonda 18A ed i fori era di 1,78 mm (0,07"). It should also be noted that the probe 18 must occupy substantially the same position with respect to the vane 3 during all the measurements, so that, during these measurements, substantially the same heat exchange relationship occurs. Also, the shapes of the cells and perforations should be similar. As an example ? The following embodiment of an embodiment of the invention was carried out. All numerical data that follow are approximate. An 18A copper flat probe, shown in dotted outline in Figure 1 and measuring 44.45mm (1.75 ") long x 6.35mm (0.25") wide x 1.59mm (1 / 16 ") thick was positioned on the path of the gas exiting through holes (in this case commonly called" gill holes ") shown as circles 15A in dotted lines. The holes 15A are on a vane taken from the high pressure rotor of a gas turbine engine The probe 18A was positioned so that the distance between the probe 18A and the holes was 1.78 mm (0.07 ").

Venne fornita alla sonda 18A energia elettrica con una potenza di 45 W. Venne applicata una pressione di gas alla cella 6 connettendo la cella 9 ad una camera (non mostrata) avente una pressione controllata. Ci? fece s? che il gas, che aveva una temperatura di 21,7?C (71?F), entrasse nella cella 6 attraverso dei passaggi quali il canale 12, uscisse attraverso i fori 15A ed urtasse contro la sonda 18A. La temperatura della sonda 18A venne misurata quando fu raggiunto uno stato di regime. A questo punto venne misurata la pressione del gas in tre posizioni nella cella 6, precisamente vicino al fondo ("root"), vicino alla met? ("pitch") e vicino alla sommit? ("tip"). Venne misurata la pressione asportando la sonda 18A per avere accesso ai fori 15A ed inserendo quindi un sensore di pressione attraverso prescelti fori 15A posti vicino a queste tre posizioni. Un ago ipodermico connesso ad un manometro fungeva da sensore di pressione. Questo procedimento venne ripetuto per differenti pressioni di gas onde ottenere una serie di dati per la paletta 3. Mediante procedimenti simili vennero ottenute tre altre serie di dati per tre diverse palette di tre differenti forme e alcuni dei dati sono elencati nella Tabella 1. Electric power was supplied to the probe 18A with a power of 45 W. A gas pressure was applied to the cell 6 by connecting the cell 9 to a chamber (not shown) having a controlled pressure. There? did s? that the gas, which had a temperature of 21.7 ° C (71 ° F), enters the cell 6 through passages such as the channel 12, exits through the holes 15A and collides with the probe 18A. The temperature of the probe 18A was measured when a steady state was reached. At this point the gas pressure was measured in three positions in cell 6, precisely near the bottom ("root"), near the middle. ("pitch") and near the top? ("tip"). The pressure was measured by removing the probe 18A to gain access to the holes 15A and then inserting a pressure sensor through selected holes 15A placed near these three positions. A hypodermic needle connected to a manometer served as a pressure sensor. This process was repeated for different gas pressures to obtain one dataset for vane 3. By similar procedures three other datasets were obtained for three different vane of three different shapes and some of the data are listed in Table 1.

TABELLA 1 TABLE 1

* In tutti i casi la potenza fornita alla sonda era di 45 W. * In all cases the power supplied to the probe was 45 W.

La temperatura a regime della sonda, secondo i dati della Tabella 1, ? messa in diagramma nella Figura 2 in funzione della minima fra le tre pressioni della cella (radice, met? e sommit?) ad essa associata. Il simbolo per la paletta N? 1 ? un circolo, per la paletta N? 2 una croce, per la paletta N? 3 un quadrato e per la paletta N? 4 un triangolo, sono state tracciate delle cur ve di interpolazione 60A, 60B, 60C e 60D per ottenere un tipo di standard di calibrazione. The operating temperature of the probe, according to the data in Table 1,? plotted in Figure 2 as a function of the minimum of the three cell pressures (root, middle and top) associated with it. The symbol for the N vane? 1? a circle, for the N paddle? 2 a cross, for the N paddle? 3 a square and for the pallet N? 4 a triangle, interpolation curves 60A, 60B, 60C and 60D were plotted to obtain a type of calibration standard.

Lo standard di calibrazione pu? essere usato come indicato nel seguito, per esempio con riferimento ad una paletta 3 in.prova, identica per forma e po sizione dei fori 15A alla paletta N? 1. The calibration standard can? be used as indicated below, for example with reference to a vane 3 in test, identical in shape and position of the holes 15A to the vane N? 1.

Viene ripetuto il procedimento di posizionare e riscaldare la sonda 18A, applicare la pressione di gas alla cella 3 e misurare la temperatura a regime della sonda, come nel caso della paletta N? 1. Comunque la pressione della cella viene determinata facendo riferimento allo standard di calibrazione; supponendo che la temperatura misurata a regime della sonda sia di 199?C (390?F) la pressione della cella che si ritiene associata a tale temperatura, come determinato mediante la curva di interpolazione 60A, ?,per la paletta N? 1, 129,5 mm.Hg (5,1 pollici di mercurio). Ci? ? mostrato mediante linee a tratti 65A e 65B. Una deviazione di questa pressione da una predeterminata pressione pu? in dicare l'assenza o il bloccaggio di alcuni dei fori 15A o qualche altra anomalia della paletta. The procedure of positioning and heating the probe 18A is repeated, applying the gas pressure to the cell 3 and measuring the temperature of the probe at steady state, as in the case of the N? 1. However the cell pressure is determined with reference to the calibration standard; supposing that the temperature measured at full speed of the probe is 199 ° C (390 ° F), the pressure of the cell which is believed to be associated with this temperature, as determined by the interpolation curve 60A,?, for the blade N? 1,129.5 mm. Hg (5.1 inches of mercury). There? ? shown by dashed lines 65A and 65B. A deviation of this pressure from a predetermined pressure can? indicate the absence or blockage of some of the holes 15A or some other anomaly of the vane.

E' stato descritto un sensore di pressione che sente la pressione di un fluido in una cella indirettamente sentendo la dissipazione di calore di una sonda presente sul percorso del fluido uscente dalla cella. La dissipazione viene confrontata con precedenti coppie di dati di dissipazione di calore/pres A pressure sensor has been described which senses the pressure of a fluid in a cell indirectly by sensing the heat dissipation of a probe present in the path of the fluid exiting the cell. The dissipation is compared to previous heat dissipation / pres data pairs

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I

1. Method for measuring the pressure of a fluid in a cell, comprising the steps of:

discharge a portion of the fluid through at least one hole in the cell, induce a change in the degree of heat dissipation of a probe with the discharged fluid,

measure the degree of dissipation.

The method according to claim 1 and further comprising the step of comparing the measured grade with a calibration standard.

3. Method according to claim 1, where the probe? heated by an external source.

4. Method for measuring the pressure of a fluid contained in a perforated cell of defined shape, comprising the steps of:

(a) create a calibration standard by performing at least the following steps:

(i) discharging fluid contained in such a cell at known pressure through some of the perforations,

(ii) induce a change in the degree of heat dissipation of a probe with the discharged fluid,

(iii) measure the degree of dissipation,

(iv) repeating steps (i), (ii) and (iii) above for a preselected number of times using different known cell fluid pressures;

(b) measuring an unknown fluid pressure in that cell by performing at least the following steps:

(i) discharge fluid through some of the cell holes, (ii) induce a change in the degree of heat dissipation of the probe with the discharged fluid,

(iii) measure the degree of dissipation,

(iv) compare the degree measured in (b) (iii) with the previously measured degrees for the calibration standard.

5. Apparatus for measuring the pressure of a fluid exiting through holes in a cell, comprising:

a probe placed in a predetermined position on the path of the outgoing fluid to create a heat exchange relationship therein;

measuring means coupled to the probe for measuring the heat dissipated by the probe;

interpolation means coupled to the measuring means for deducing the pressure from the measurement of the dissipated heat.

6. Apparatus according to claim 5, wherein the interpolation means utilizes pairs of heat / pressure dissipation data obtained from previous tests on the cells.

7. Apparatus according to claim 5, wherein the interpolation means generates a signal when the inferred pressure of the cell reaches a predetermined value.

8. Method for measuring the pressure of a gas contained in a perforated cell of a turbine engine compressor blade, comprising the steps of:

(a) Establish a calibration standard by performing at least the following steps:

(i) discharging contained gas at a known pressure into the cell of a reference vane through some of the holes, (ii) placing a probe in a predetermined position on the path of the discharged gas to establish a heat exchange relationship therein,

(ili) measure the heat dissipated by the probe,

(iv) repeating steps (i), (ii) and (iii) above for a preselected number of times using different known gas pressures in the cell;

(b) measuring an unknown fluid pressure in the perforated cell of a vane substantially identical to the reference vane by performing at least the following steps:

(i) venting gas through some of the holes,

(ii) create substantially the same heat exchange relationship as in step (a) (ii) between the probe and the discharged gas, (iii) measure the heat dissipated by the probe,

(iv) comparing the currently measured heat of exchange of step (b) (iii) with the measured values of the calibration standard.