mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2025.7.1095-1103mgssuvest-676Research ArticleГидравлика. Геотехника. Гидротехническое строительствоHydraulics. Geotechnique. Hydrotechnical constructionЭкспериментальная проверка динамических характеристик системы измерения пульсационного давленияExperimental verification of the dynamic characteristics of the pulsation pressure measurement systemhttps://orcid.org/0000-0002-6900-2704ОреховГ. В.OrekhovG. V.

Генрих Васильевич Орехов — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры гидравлики и гидротехнического строительства

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Genrikh V. Orekhov — Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Hydraulics and Hydraulic Engineering

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

orehov_genrih@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4188-268XСклядневМ. К.SklyadnevM. K.

Михаил Константинович Скляднев — преподаватель кафедры гидравлики и гидротехнического строительства

129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Mikhail K. Sklyadnev — lecturer of the Department of Hydraulics and Hydraulic Engineering

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337

m.kons20@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8041-5350ЗубковА. Ф.ZubkovA. F.

Александр Федорович Зубков — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

119192, г. Москва, Мичуринский пр-т, д. 1

РИНЦ AuthorID: 10906, Scopus: 55411829200

Alexander F. Zubkov — Candidate of Physical and Mathematical Sciences, senior research fellow

1 Michurinsky prospect, Moscow, 119192

RSCI AuthorID: 10906, Scopus: 55411829200

9392998@mail.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)РоссияMoscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)Russian FederationНаучно-исследовательский институт механики Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (НИИ механики МГУ)РоссияInstitute of Mechanics of Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation20253107202520710951103Copyright © Орехов Г.В., Скляднев М.К., Зубков А.Ф., 20252025Орехов Г.В., Скляднев М.К., Зубков А.Ф.Orekhov G.V., Sklyadnev M.K., Zubkov A.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/676Введение

Введение. Динамическое давление измеряется во многих сферах жизнедеятельности человека. Разместить датчик непосредственно в точке приемника давления часто не представляется возможным. Приходится использовать соединительные трубки. Рассматривается диагностика измерительной системы для получения динамических характеристик потока в модели водосбросного тракта гидротурбины. Цель исследования — определение оптимальной длины соединительной трассы и проверка передаточных характеристик используемой измерительной системы.

Материалы и методы

Материалы и методы. Для диагностики измерительной системы создан специальный стенд. Программное обеспечение для обработки сигналов реализовано в среде графического программирования LabVIEW. Алгоритмом преобразования сигналов датчиков из области времени в область частот являлось дискретное преобразование Фурье. В измерительной системе применялись датчики давления XGZP6857A. Использовался аналого-цифровой преобразователь NI USB 6225. Калибровка выполнялась стандартным методом путем проведения «эталонных» экспериментов в аэродинамической установке AeroLab. Эталонным прибором стал дифференциальный цифровой манометр ЭКО-ИНТЕХ ДМЦ-01М.

Результаты

Результаты. По итогам проведенных опытов получены значения пульсаций давления при шести различных длинах соединительных трубок. В экспериментах использовались соединительные трубки следующих длин: 20, 40, 70, 150, 400, 900 мм. Пульсации давления записывались в диапазоне от 0 до 70 Гц с шагом 10 Гц. При дальнейшем анализе сигналов были получены спектры пульсаций давления и зависимости амплитуды пульсаций давления от длины соединительной трубки.

Выводы

Выводы. Описанный стенд может применяться для динамической калибровки датчиков давления в диапазоне частот до 70 Гц при различной длине соединительных трубок. Измерительная система, рассмотренная в статье, может быть использована для получения динамических характеристик потока в модели водосбросного тракта гидротурбины при применении медных соединительных трубок до 400 мм длиной.

Introduction

Introduction. Dynamic pressure is measured in many areas of human activity. It is often not possible to place a sensor directly at the pressure receiver point. Connecting tubes have to be used. This paper discusses the diagnostics of a measuring system for obtaining dynamic flow characteristics in a model of a hydraulic turbine spillway. The purpose of this study is to determine the optimal length of the pressure connecting line and to check the transfer characteristics of the measuring system used.

Materials and methods

Materials and methods. A special stand was created for diagnostics of the measuring system. The software for signal processing is implemented in the LabVIEW graphical programming environment. The algorithm for converting sensor signals from the time domain to the frequency domain was the discrete Fourier transform (DFT). The measuring system used pressure sensors XGZP6857A. An analog-to-digital converter (ADC) NI USB 6225 was used. Calibration was performed using the standard method by conducting “reference” experiments in the AeroLab aerodynamic setup. The reference device is the differential digital pressure gauge ECO-INTECH DMC-01M.

Results

Results. As a result of the experiments, pressure pulsation values were obtained for 6 different lengths of connecting tubes. The following lengths of connecting tubes were used in the experiments: 20, 40, 70, 150, 400, 900 mm. Pressure pulsations were recorded in the range from 0 to 70 Hz with a step of 10 Hz. During further analysis of the signals, pressure pulsation spectra and the dependence of the pressure pulsation amplitude on the length of the connecting tube were obtained.

Conclusions

Conclusions. The setup described in the paper can be used for dynamic calibration of pressure sensors in the frequency range up to 70 Hz with different lengths of connecting tubes. The measuring system discussed in the paper can be used to obtain dynamic characteristics of flow in the model of the hydraulic turbine spillway when copper connecting tubes up to 400 mm long are used.

датчик давленияизмерение давлениястатическая и динамическая калибровкасоединительная трубкачастотный спектр сигналаизмерение пульсационного давлениястенд для динамической калибровкидлина трассыпульсации давленияpressure transducerpressure measurementstatic and dynamic calibrationconnecting tubesignal frequency spectrumpulsation pressure measurementdynamic calibration standroute lengthpressure pulsationsReferencesTey A.J.D., Vicarioli G.G., Rodríguez J.E.M. Development of a dynamic standard of pressure // 18th International Congress of Metrology. 2017. P. 14002. DOI: 10.1051/metrology/201714002Tey A.J.D., Vicarioli G.G., Rodríguez J.E.M. Development of a dynamic standard of pressure. 18th International Congress of Metrology. 2017; 14002. DOI: 10.1051/metrology/201714002Gaetani P., Persico G. Technology Development of Fast-Response Aerodynamic Pressure Probes // International Journal of Turbomachinery, Propulsion and Power. 2020. Vol. 5. Issue 2. P. 6. DOI: 10.3390/ijtpp5020006Gaetani P., Persico G. Technology Development of Fast-Response Aerodynamic Pressure Probes. International Journal of Turbomachinery, Propulsion and Power. 2020; 5(2):6. DOI: 10.3390/ijtpp5020006Amer E., Jönsson G., Arrhen F. Towards traceable dynamic pressure calibration using a shock tube with an optical probe for accurate phase determination // Metrologia. 2022. Vol. 59. Issue 3. P. 035001. DOI: 10.1088/1681-7575/ac5db5Amer E., Jönsson G., Arrhen F. Towards traceable dynamic pressure calibration using a shock tube with an optical probe for accurate phase determination. Metrologia. 2022; 59(3):035001. DOI: 10.1088/1681-7575/ac5db5Kutin J., Svete A. Connecting volume effects on dynamics of pneumatic pressure measurement systems // ACTA IMEKO. 2020. Vol. 9. Issue 5. P. 315. DOI: 10.21014/acta_imeko.v9i5.991Kutin J., Svete A. Connecting volume effects on dynamics of pneumatic pressure measurement systems. ACTA IMEKO. 2020; 9(5):315. DOI: 10.21014/acta_imeko.v9i5.991Svete A., Kutin J. Optimal dimensions of connecting tubes for dynamic measurements of pressure // Journal of Physics: Conference Series. 2018. Vol. 1065. P. 162006. DOI: 10.1088/1742-6596/1065/16/162006Svete A., Kutin J. Optimal dimensions of connecting tubes for dynamic measurements of pressure. Journal of Physics: Conference Series. 2018; 1065:162006. DOI: 10.1088/1742-6596/1065/16/162006Pereira J.D. Pressure Sensors: Working Principles of Static and Dynamic Calibration // Sensors. 2024. Vol. 24. Issue 2. P. 629. DOI: 10.3390/s24020629Pereira J.D. Pressure Sensors: Working Principles of Static and Dynamic Calibration. Sensors. 2024; 24(2):629. DOI: 10.3390/s24020629Bajsić I., Kutin J., Žagar T. Response time of a pressure measurement system with a connecting tube // Instrumentation Science & Technology. 2007. Vol. 35. Issue 4. Pp. 399–409. DOI: 10.1080/107391-40701436579Bajsić I., Kutin J., Žagar T. Response time of a pressure measurement system with a connecting tube. Instrumentation Science & Technology. 2007; 35(4):399-409. DOI: 10.1080/10739140701436579Dos Reis E., de Gaspari C.A. On measuring dynamic pressure in multiphase flows // 19th International Congress of Mechanical Engineering. 2007.Dos Reis E., de Gaspari C.A. On measuring dynamic pressure in multiphase flows. 19th International Congress of Mechanical Engineering. 2007.Venkatasubramanian V., Rengaswamy R., Yin K., Kavuri S.N. A review of process fault detection and diagnosis // Computers & Chemical Engineering. 2003. Vol. 27. Issue 3. Pp. 293–311. DOI: 10.1016/s0098-1354(02)00160-6Venkatasubramanian V., Rengaswamy R., Yin K., Kavuri S.N. A review of process fault detection and diagnosis. Computers & Chemical Engineering. 2003; 27(3):293-311. DOI: 10.1016/s0098-1354(02)00-160-6Elgeneidy K., Lohse N., Jackson M. Bending angle prediction and control of soft pneumatic actuators with embedded flex sensors — a data-driven approach // Mechatronics. 2017. Vol. 50. Pp. 234–247. DOI: 10.1016/j.mechatronics.2017.10.005Elgeneidy K., Lohse N., Jackson M. Bending angle prediction and control of soft pneumatic actuators with embedded flex sensors — a data-driven approach. Mechatronics. 2017; 50:234-247. DOI: 10.1016/j.mechatronics.2017.10.005Zeng W., Jacobi I., Beck D.J., Li S., Stone H.A. Characterization of syringe-pump-driven induced pressure fluctuations in elastic microchannels // Lab on a Chip. 2015. Vol. 15. Issue 4. Pp. 1110–1115. DOI: 10.1039/c4lc01347fZeng W., JacobiI., Beck D.J., Li S., Stone H.A. Characterization of syringe-pump-driven induced pressure fluctuations in elastic microchannels. Lab on a Chip. 2015; 15(4):1110-1115. DOI: 10.1039/c4lc01347fTheodoro F.R.F., da Costa Reis M.L.C., d’Andra-de Souto C., de Barros E. Dynamic calibration of pressure transducers employed in the aerospace sector : a literature survey // 22nd International Congress of Mechanical Engineering (COBEM 2013). 2013.Theodoro F.R.F., da Costa Reis M.L.C., d’Andra-de Souto C., de Barros E. Dynamic calibration of pressure transducers employed in the aerospace sector : a literature survey. 22nd International Congress of Mechanical Engineering (COBEM 2013). 2013.Svetea A., Štefea M., Mačeka A., Kutin J., Bajsić I. Dynamic pressure generator for dynamic calibrations at different average pressures based on a double-acting pneumatic actuator // Sensors and Actuators A: Physical. 2016. Vol. 247. Pp. 136–143. DOI: 10.1016/j.sna.2016.05.031Svetea A., Štefea M., Mačeka A., Kutin J., Bajsić I. Dynamic pressure generator for dynamic calibrations at different average pressures based on a double-acting pneumatic actuator. Sensors and Actuators A: Physical. 2016; 247:136-143. DOI: 10.1016/j.sna.2016.05.031Pieniążek J., Ciecinski P., Ficek D., Szumski M. Dynamic Response of the Pitot Tube with Pressure Sensor // Sensors. 2023. Vol. 23. Issue 5. P. 2843. DOI: 10.3390/s23052843Pieniążek J., Ciecinski P., Ficek D., Szumski M. Dynamic Response of the Pitot Tube with Pressure Sensor. Sensors. 2023; 23(5):2843. DOI: 10.3390/s23-052843Kutin J., Svete A. On the theory of the frequency response of gas and liquid pressure measurement systems with connecting tubes // Measurement Science and Technology. 2018. Vol. 29. Issue 12. P. 125108. DOI: 10.1088/1361-6501/aae884Kutin J., Svete A. On the theory of the frequency response of gas and liquid pressure measurement systems with connecting tubes. Measurement Science and Technology. 2018; 29(12):125108. DOI: 10.1088/1361-6501/aae884Li R., Lin S., Ge N., Gao L. Nonembedded measurement method based on amplitude correction for unsteady surface pressure estimation in a high-subsonic compressor cascade // Measurement. 2023. Vol. 222. P. 113685. DOI: 10.1016/j.measurement.2023.113685Li R., Lin S., Ge N., Gao L. Nonembedded measurement method based on amplitude correction for unsteady surface pressure estimation in a high-subsonic compressor cascade. Measurement. 2023; 222:113685. DOI: 10.1016/j.measurement.2023.113685Кузнецов С.А., Мясникова М.Г., Панов А.П., Цыпин Б.В. Выбор методов спектрального оценивания для системы контроля динамических характеристик датчиков давления // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2015. № 2 (12). С. 45–51. EDN UKSFCJ.Kuznetsov S.A., Myasnikova M.G., Panov A.P., Tsypin B.V. Choice of methods of spectral evaluation for checking of dynamic descriptions of pressductors. Measuring. Monitoring. Management. Control. 2015; 2(12):45-51. EDN UKSFCJ. (rus.).Бушуев О.Ю. Применение метода Прони для анализа выходных сигналов преобразователей давления // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2012. № 23 (282). С. 219–221. EDN PBBCTB.Bushuev O.Yu. Use of Prony’s method when analyzing the signal of a pressure transducer. Bulletin of the South Ural State University. Series Computer Technology, Automatic Control, Radio Electronics. 2012; 23(282):219-221. EDN PBBCTB. (rus.).Мясникова Н.В., Панов А.П., Цыпин Б.В. Система для исследования характеристик датчиков динамического давления // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2013. № 4 (6). С. 32–36. EDN RWVLJT.Myasnikova N.V., Panov A.P., Tsypin B.V. System for research of characteristics of sensors dynamic civil pressure. Measuring. Monitoring. Management. Control. 2013; 4(6):32-36. EDN RWVLJT. (rus.).Бушуев О.Ю., Семенов А.С., Шестаков А.Л. Экспериментальная оценка динамических характеристик тензопреобразователей давления // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Приборостроение. 2011. № 1 (82). С. 88–97. EDN NDXJPB.Bushuev O.Y., Semenov A.S., Shestakov A.L. Experimental evaluation of dynamic characteristics of pressure strain gauge transducers. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Instrument Engineering. 2011; 1(82):88-97. EDN NDXJPB. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.