چکیده در این مقاله با روشهای اندازه گیری ارتفاع در سیستمهای هوایی آشنا می شویم. سپس با مقایسه آنها با هم به بررسی ارتفاع سنج آنروئیدی می پردازیم. اساس کار این نوع ارتفاع سنج بر پایه کارکرد حسگر می باشد. دقت ارتفاع سنج کاملاً بستگی به عملکرد این حسگر می باشد. دقت ارتفاع سنج کاملاً بستگی به عملکرد در این گزارش به نحوه ساخت قطعات و مونتاژ آن پرداخته شده است. . و در پایان نحوه تست حسگر طبق استاندارد نظامی آورده شده است.
واژه های کلیدی : ارتفاع سنج – آنروئید – حسگر – دیافراگم
مقدمه
یک نوع از ارتفاع سنج هایی که روی سیستم های هوایی ایران بکار می رود ارتفاع سنج آنروئیدی است. البته در چند سال اخیر به دلیل خرابی بعضی از آنها، از ارتفاع سنج های جدیدتری استفاده شده است که نتوانسته جای ارتفاع سنج های آنروئیدی را بگیرد.
مهمترین قسمت این ارتفاع سنج ، حسگر آن می باشد که تولید، آن فن آوری خاصی را می طلبد و عملکرد ارتفاع سنج وابسته به این قسمت است.
بدلیل نیاز نیروی هوایی به این حسگر و مشکلات خرید آن از کشورهای خارجی اقدام به ساخت آن نمودیم و توانستیم نمونه هایی از آن تولید نمائیم و طبق استاندارد آن، چند تست روی آن انجام دهیم که نتایج قابل قبولی بدست آمد.
بدلیل اینکه فن آوری تولید حسگر قابل دسترسی نبود بنابراین طبق یک برنامه مشخص و با روشهای مختلف شروع به ساخت نمونه مهندسی و همزمان تهیه و تدوین فن آوری آن نمودیم.
در این گزارش شرح کاملی از این فن آوری، همچنین وسایل و تجهیزات مورد نیاز جهت تولید، مونتاژ و تست ذکر گردیده است.
2- تغییرات خواص فیزیکی اتمسفر در اثر تغییر ارتفاع
درجه حرارت، فشار و جرم مخصوص در اتمسفر با ارتفاع تغییر می کند. علاوه بر این خواص اتمسفر در روزها و فصلهای مختلف نیز یکسان نیست. بنابراین برای اینکه بتوانیم خواص عملکردی سیستم های هوایی را بر حسب ویژگیهای اتمسفر بیان کنیم لازم است یک سری شرایط استاندارد بعنوان مرجع تعریف کنیم.
2-1 اتمسفر استاندارد
در حال حاضر چندین استاندارد برای اتمسفر تعریف شده است که دو مورد متداول آن عبارتند از :
استاندارد مرکز تحقیق و توسعه آرنولد 1959
استاندارد آمریکایی 1962
استانداردهای فوق شرایط تقریبی اتمسفر را در عرض جغرافیایی بین 40 تا 45 درجه شمالی بیان می کند.
شرایط اتمسفر استاندارد که بطور رایج شرایط سطح دریا در نظر گرفته می شود عبارتند از :
R=287m2/See2.k
P=013/1´105N/m2
r=23/1 kg/m3
T = 15 C+273=288K
(تمامی فرمول ها و تصاویر در فایل اصلی قابل مشاهده میباشد)
2-2 نمودارهای تغییرات خواص فیزیکی اتمسفر
تغییرات درجه حرارت، فشار و جرم مخصوص تا ارتفاع km 20 بالای سطح دریا را در نمودار 1 نشان داده شده است و خواص در سطوح خیلی بالاتر در جدول 1 نشان داده شده است.
2-3 معادلات حاکم بر اتمسفر
معادلات 1و2 در اتمسفر جهت محاسبه فشار (p) و جرم مخصوص (r) حاکم می باشند که اثبات آنها در ضمیمه A آمده است.
(1) P(z)= P0(1-az/T0)g/Ra (2) r(Z)=r0(1-az/T0)-1+g/Ra
در این معادلات :
P0 و r0 و T0 به ترتیب فشار و جرم مخصوص و درجه حرارت در سطح دریا (Z=0) است.
a : نرخ انحراف درجه حرارت و مقدار آن در سطح دریا برابر C/km 5/6 است.
با رسم منحنی معادلات (1) و (2) و مقایسه آن با نمودار (1) می بینیم که مقادیر محاسبه شده با مقادیر اندازه گیری شده تا سطح km 20 مطابقت خوبی دارند.
3- تجهیزات مختلف اندازه گیری
در سیستمهای هوایی از انواع مکانیزم ها و روش های اندازه گیری ارتفاع استفاده می شود که عبارتند از :
ارتفاع سنج لیزری [1]
ارتفاع سنج رادیویی [2]
ارتفاع سنج فشاری 3[3]
3-1- ارتفاع سنج لیزری :
اساس کار این نوع ارتفاع سنج، تابش اشعه لیزر، اندازه گیری زمان بازتاب آن و در نهایت محاسبه ارتفاع است. این روش از دقت بالایی برخوردار می باشد.
3-2- ارتفاع سنج رادیویی :
روش کار این ارتفاع سنج مشابه نوع لیزری است، با این تفاوت که به جای اشعه لیزر، امواج رادیویی بکار می رود.
3-3 ارتفاع سنج فشاری :
در این ارتفاع سنج، اساس کار بر پایه اندازه گیری فشار اتمسفر در ارتفاعات مختلف و تبدیل آن به ارتفاع متناظر با آن استوار است.
4-اندازه گیری فشار اتمسفر
دو روش اصلی برای اندازه گیری فشار اتمسفر وجود دارد که عبارتند از :
تعادل فشار با وزن ستون سیال، مثل بارومتر جیوه ای (شکل1)
بزرگنمایی تغییر شکل یک عنصر حسگر الاستیک که ناشی از فشار وارده به آن است که در بارومتر خشک (آنروئید) از این روش استفاده می شود. (شکل 2)
بدلیل محدودیتهایی که در بارومتر جیوه ای وجود دارد، در اجسام پرنده و در کل اجسامی که بطور مداوم تکان می خورند، نمی توان از آن استفاده نمود. به همین منظور از بارومتر آنروئید که یک ابزار اندازه گیری متداول برای کاربردهای مختلف با دقت بالا است، استفاده می شود.