ES2320530T3 - Sensor para la medicion de por lo menos un parametro fisico sobre un flujo de fluido y en particular sensor desescarchado de temperatura total de aire. - Google Patents
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Abstract
Sensor de medición de parámetros físicos sobre un fluido que comprende una toma de aire (1) aplicada sobre un cuerpo perfilado (2), un conducto (3) dispuesto en dicho cuerpo perfilado para permitir el flujo del fluido y que comunica con dicha toma de aire, caracterizado porque dicha toma de aire es de sección interior por lo menos parcialmente redondeada y aplicada al cuerpo perfilado por medio de una superficie plana (1b).
Description
Sensor para la medición de por lo menos un
parámetro físico sobre un flujo de fluido y en particular sensor
desescarchado de temperatura total de aire.
La presente invención se refiere a un sensor
para la medición de parámetros físicos sobre un flujo de fluido y
en particular a un sensor desescarchado de temperatura total de
aire.
La invención encuentra ventajosamente aplicación
en el campo de la aeronáutica para la medición de temperatura total
de aire de entrada de motores y/o en el exterior de las
aeronaves.
Son conocidos ya numerosos sensores de
temperatura total de aire desescarchados.
Habitualmente, comprenden, como se ilustra en
las figuras 1 y 2, una toma de aire 1 aplicada sobre un cuerpo
perfilado 2 (que tiene un perfil de tipo ala de avión) en el cual
está practicado un conducto 3 que permite el flujo del fluido a
medir y que comunica con la toma de aire 1 por medio de una zona de
separación inercial 4. Esta zona permite separar del aire los
elementos de masa importante con respecto a éste (agua, escarcha,
arena,....) por centrifugación, siendo éstos evacuados del sensor
por una zona de expulsión 5 opuesta a la toma de aire. A fin de
evitar los fenómenos de despegado del fluido en la zona de
separación inercial 4, unos orificios 6 están practicados en la
pared de ésta, por el lado opuesto a la zona de expulsión 5 y
comunican con el exterior por medio de una cámara 7 que se extiende
transversalmente en el espesor del cuerpo del perfil 2. El
diferencial de presión existente entre el interior y el exterior del
sensor permite la aspiración de la capa límite por los orificios
6.
El conjunto de la toma de aire 1, del cuerpo
perfilado 2, del conducto 3, de la zona de separación inercial 4 y
de la expulsión 5 es desescarchado eléctricamente por unas
resistencias calefactoras posicionadas en unas ranuras 8
practicadas en las paredes.
Un elemento 9 que constituye una sonda de
medición se extiende en el interior de dicho conducto 3. Este
elemento 9 es por ejemplo un hilo de platino que constituye una
resistencia termométrica, aislado térmicamente del cuerpo perfilado
2.
El balance de error de medición asociado a la
resistencia termométrica protegida en un cuerpo desescarchado
comprende habitualmente el error de calentamiento (error inducido
por el sistema de desescarchado), el error de recuperación
(diferencia entre la medición y la cantidad medida cuando el sistema
de calentamiento no funciona), el error de autocalentamiento
(inducido por la alimentación de la resistencia termométrica), el
error de conducción, el error de radiación, el error de tiempo de
respuesta. El error de calentamiento es en particular un error que
depende de la geometría del sensor y de la potencia del sistema de
desescarchado.
Los diferentes hilos que forman la resistencia
termométrica o resistencia de calentamiento están conectados a una
base de conexión 10.
Habitualmente, como se ilustra en la figura 2,
la toma de aire 1 es de sección rectangular y es lo mismo, por lo
menos en una cierta porción, para el conducto 3 que se conecta a
dicha toma de aire.
Habitualmente también, el plano 11 que soporta
la cámara 7 y que une el cuerpo perfilado 2 a la toma de aire 1, es
paralelo a la dirección del flujo de aire, es decir perpendicular al
plano que soporta la toma de aire 1.
Los sensores del tipo de los ilustrados en las
figuras 1 y 2 deben, en particular cuando son utilizados en
aeronáutica para la medición de temperatura total de aire, poder
funcionar bajo unas condiciones escarchadoras particularmente
severas.
El objetivo de la invención es proponer una
estructura nueva de sensores que permita soportar unas condiciones
de escarchado aún más severas que los sensores conocidos hasta el
presente y esto sin aumento de la potencia eléctrica de
desescarchado utilizada, de manera que no falsee las mediciones del
elemento que constituye la sonda.
La solución propuesta por la invención es un
sensor de medición de parámetros físicos sobre un fluido según la
reivindicación 1.
En particular, el sensor propuesto comprende
ventajosamente un cuerpo perfilado, un conducto dispuesto a través
de dicho cuerpo perfilado para permitir el flujo del fluido, una
zona de separación inercial, una expulsión de las partículas, un
sistema de aspiración de capa límite compuesto por una cámara y unos
orificios que conectan el interior y el exterior del sensor, una
toma de aire que termina el cuerpo por un extremo de éste y que
desemboca en el conducto, caracterizado porque dicha toma de aire es
de sección interior por lo menos parcialmente redondeada.
El conducto del cuerpo perfilado es
ventajosamente también de sección redondeada.
El plano que soporta la cámara de aspiración de
capa límite y que conecta el cuerpo perfilado a la toma de aire
forma un ángulo no nulo con la dirección del flujo de fluido.
Otras características y ventajas de la invención
se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción
siguiente, la cual es puramente ilustrativa y no limitativa y debe
ser leída con respecto a las figuras anexas, en las que:
- la figura 1 es una representación esquemática
en sección de un sensor desescarchado de medición de temperatura
total de aire;
- la figura 2 es una representación esquemática
en vista en perspectiva de un sensor del tipo del de la figura 1,
de acuerdo con el estado de la técnica conocido;
- las figuras 3 y 4 son una representación
esquemática en perspectiva de un sensor de acuerdo con un modo de
realización posible de la invención;
- las figuras 5a a 5e son unas representaciones
en vista en sección según las líneas a-a,
b-b, c-c, d-d y
e-e de la figura 4.
Los sensores que están de acuerdo con unos modos
de realización posibles de la invención y que están representados
en las figuras 3 y 4 comprenden también una toma de aire 1 soportada
por un cuerpo perfilado 2 y que desemboca en un conducto 3 que se
extiende en dicho cuerpo 2, recibiendo este conducto un elemento que
constituye una sonda (no representado).
Según la invención, la toma de aire 1 es de
sección interior por lo menos parcialmente redondeada, en particular
de sección semicircular o semielíptica, en lugar de ser de sección
rectangular.
En particular, en el ejemplo ilustrado en las
figuras, la toma de aire 1 está definida por una porción 1a de
forma sensiblemente cilíndrica truncada por una superficie plana 1b
que se extiende entre el borde de abertura de la toma de aire 1 y
la zona de separación inercial 4.
La cámara 7 de separación de la capa límite está
definida entre, por una parte, una pared de la que una cara es la
superficie plana 1b y cuya otra cara delimita una parte de dicha
cámara 7 y por otra parte una superficie plana 11 que se extiende
hasta la pared que delimita la zona de separación inercial 4 y dicha
cámara 7.
Esta superficie 11 está inclinada según un
ángulo 11a no nulo con respecto a la dirección del flujo de
fluido.
En particular, la misma forma ventajosamente un
ángulo comprendido entre 5 y 45º con respecto a la dirección del
flujo de aire.
La altura de la toma de aire es como mínimo
igual al radio de dicho cilindro, siendo la parte 1a por lo menos
un semicilindro.
Así, a nivel de las intersecciones entre la
porción en forma de cilindro parcial 1a y el fondo 1b, el ángulo
entre la tangente entre dicha porción 1a y el fondo 1b es superior a
90º (figuras 5a y 5b).
En particular, la altura del cilindro
corresponde ventajosamente a una vez y media el radio del
cilindro.
En la entrada de la toma de aire 1, el radio
interior del cilindro 1a es por ejemplo de 1 cm.
El conducto 3 que se extiende en el cuerpo 2 y
la zona de expulsión 5 son también de sección redondeada, en
particular circular o elíptica (figuras 5c y 5d).
El ángulo 11a que une el cuerpo perfilado 2 a la
toma de aire 1 vale por ejemplo 15º (figura 4e).
La utilización de dicha forma para la toma de
aire 1, así como también en caso necesario para el conducto 3 en el
interior del cuerpo perfilado 2, permite reducir la superficie
interior del sensor sobre la cual la escarcha es susceptible de
depositarse, suprime las zonas de cambio de sección de paso del aire
a medir, elimina las zonas muertas generadas en los ángulos:
- -
- a igualdad de potencia de desescarchado, permite tener unas condiciones escarchantes más severas que los sensores clásicos y estar de acuerdo con las últimas evoluciones de las normas aeronáuticas;
- -
- en condiciones escarchantes idénticas, la potencia de desescarchado necesaria es menos importante de 10 a 20% que para los sensores de la técnica anterior;
- -
- a potencia de desescarchado idéntica, disminuye el error de medición debido al sistema de calentamiento,
- -
- la estabilidad de la medición está mejorada con respecto al porcentaje de turbulencia que es inferior al generado por la forma de toma de aire de los sensores clásicos;
- -
- disminuye la sensibilidad a una variación de incidencia del flujo de aire a medir.
La utilización de un ángulo 11a no nulo entre la
superficie plana 11 y la dirección del flujo de aire permite
optimizar el diferencial de presión entre la cámara 7 y el interior
del sensor:
- -
- aumenta la capacidad de aspiración de los orificios 6, en particular del agua salida del desescarchado del fondo plano 3b;
- -
- mejora el comportamiento del sensor en función de la velocidad del flujo de aire (la eficacia del sistema de aspiración se conserva sobre el conjunto del campo de vuelo).
En particular, el sensor que acaba de ser
descrito permite unas mediciones sobre el conjunto del campo de
vuelo de los aviones militares y comerciales, para unas
concentraciones de humedad o de escarcha hasta 5 g/m^{3}, con
unas potencias consumidas idénticas, incluso inferiores, a las
utilizadas habitualmente (del orden de 250 a 500 watios según la
dimensión de la aplicación).
Claims (9)
1. Sensor de medición de parámetros físicos
sobre un fluido que comprende una toma de aire (1) aplicada sobre
un cuerpo perfilado (2), un conducto (3) dispuesto en dicho cuerpo
perfilado para permitir el flujo del fluido y que comunica con
dicha toma de aire, caracterizado porque dicha toma de aire
es de sección interior por lo menos parcialmente redondeada y
aplicada al cuerpo perfilado por medio de una superficie plana
(1b).
2. Sensor según la reivindicación 1,
caracterizado porque la cabeza de la toma de aire es de
sección semicircular o semielíptica.
3. Sensor según la reivindicación 1,
caracterizado porque la toma de aire tiene una forma definida
por un fondo plano y un cilindro parcial truncado por el fondo
plano.
4. Sensor según la reivindicación 1,
caracterizado porque la toma de aire tiene una forma definida
por una parte de cilindro y un fondo plano, de manera que la altura
de la toma de aire sea como mínimo igual al radio de dicho
cilindro.
5. Sensor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el conducto del cuerpo
perfilado es de sección redondeada.
6. Sensor según la reivindicación 5,
caracterizado porque el conducto del cuerpo perfilado es de
sección circular o elíptica.
7. Sensor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque comprende una cámara de
separación de la capa límite definida entre, por una parte, una
pared de la que una superficie plana delimita la toma de aire y por
otra parte una superficie plana que se extiende hasta una pared que
delimita una zona de separación inercial, estando esta superficie
plana inclinada en un ángulo no nulo con respecto a la dirección del
flujo de fluido.
8. Sensor según la reivindicación 7,
caracterizado porque este ángulo está comprendido entre 5 y
45º con respecto a la dirección del flujo de aire.
9. Sensor según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque comprende por lo menos un
elemento que constituye una sonda de temperatura dispuesto en el
conducto.
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