Serbest düşen kütle yöntemi ile birincil seviye dinamik basınç standardı geliştirilmesi
Developing a primary level dynamic pressure standard using free falling mass method
Yazar: RECEP YILMAZ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN ARIKAN
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Dinamik basınç = Dynamic pressure ; Statik basınç = Static pressure ; Yüksek basınç = High pressure

Özet:
Otomotiv, savunma sanayi ve havacılık gibi sektörlerde sıklıkla dinamik basınç sensörleri kullanılmaktadır ve bu sensörlerle gerçekleştirilen ölçümlerdeki doğruluk önem arz etmektedir. Dinamik basınç, statik basınçtan farklı olup zamanla değişen ve çoğunlukla birkaç milisaniye içerisinde gerçekleşen bir basınç tipidir ve bu tür basınçları ölçen dinamik basınç sensörlerinin de yine bu küçük zaman dilimlerinde benzer etkiyi gösteren sistemlerle davranışının incelenmesi ve doğrulanması gerekmektedir. Tez çalışmasında gerçekleştirilen tasarım ve üretimlerle dinamik basınç ölçüm yöntemlerinden biri olan serbest düşen kütle yöntemi ile birincil seviye dinamik basınç standardı kullanılarak endüstriyel dinamik basınç sensörleri ile tamamen ilgili fizik yasalarına göre toplam kütle, piston-silindir ünitesi efektif alanı, lazer interferometreden elde edilen ivme değerleri ve yerel yer çekimi ivme değeri yardımıyla elde edilen referans dinamik basınç değerleri karşılaştırılmıştır. Referans basınç değerlerini hassas bir şekilde elde edebilmek için özellikle efektif alan ve ivme sinyalleri üzerine detaylı çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Efektif alan hesapları, piston ve silindirlere ait boyutsal ölçümler yardımıyla Dadson teorisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İvme sinyallerindeki kayıpları minimize edebilmek için sistemde üç adet lazer interferometre kullanılmıştır. Lazer interferometreler 120° açıyla konumlandırılmış ve bu interferometrelerden elde edilen ivme değerlerinin ortalaması kullanılarak kütle merkezinde meydana gelen ivme değişimine yakınsama sağlanmıştır. İvme sinyalleri üzerinde alçak geçiren filtre ve polinomsal eğri uydurma yöntemi ile form düzeltme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sistemde kullanılan bazı parametreler Taguchi metodu ile belirlenerek hem Taguchi deney tasarımında alınan ölçümler hem de parametreler belirlendikten sonra gerçekleştirilen ölçümler, kalibreli dinamik basınç sensörleri ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar incelendiğinde özellikle düşme sırasında kütlede meydana gelen eğilmelerin, sistemde oluşan mekanik titreşimlerin ve yine kütlenin düşme sırasındaki eksenel kaçıklığı sebebiyle piston silindir arasında oluşan sürtünmenin ivme sinyalleri üzerindeki olumsuz etkileri değerlendirilmiştir. (500-3000) bar aralığında dinamik basınç ölçümleri gerçekleştirilmiş ve sonuçlar paylaşılmıştır.

Abstract:
Dynamic pressure sensors are frequently used in sectors such as automotive, defense industry and aviation, and the accuracy of measurements made with these sensors is important. Dynamic pressure is a type of pressure that is different from static pressure and changes over time and mostly occurs within a few milliseconds, and the behavior of dynamic pressure sensors that measure such pressures must be examined and verified with systems that show similar effects in these small time periods. By using with the designs and productions carried out in the thesis study, the primary level dynamic pressure standard with free falling mass method, which is one of the dynamic pressure measurement methods, industrial dynamic pressure sensors compared with the reference dynamic pressure values obtained from completely according to the relevant physics laws via total mass, piston-cylinder unit effective area, acceleration values obtained from the laser interferometer and local gravity value. In order to obtain reference pressure values precisely, detailed studies have been carried out, especially on effective area and acceleration signals. Effective area calculations were carried out using Dadson theory with the help of dimensional measurements of pistons and cylinders. In order to minimize losses in acceleration signals, three laser interferometers were used in the system. Laser interferometers were positioned at an angle of 120° and the average of the acceleration values obtained from these interferometers was used to approximate the acceleration change occurring at the center of mass. Form correction studies were carried out on the acceleration signals using a low-pass filter and polynomial curve fitting method. Some parameters used in the system were determined by the Taguchi method, and both the measurements taken in the Taguchi experimental design and the measurements performed after the parameters were determined were compared with calibrated dynamic pressure sensors. When the results were examined, the negative effects of the bending of the mass during the fall, the mechanical vibrations in the system, and the friction between the piston and cylinder due to the axial misalignment of the mass during the fall, on the acceleration signals were evaluated. Dynamic pressure measurements were carried out in the range of (500-3000) bar and the results were shared.