Diseño, Modelado y Validación Experimental de un Cántilever de Sensor de Masa en U de Vidrio para la Medición de Emisiones Directas de Partículas en Línea
Autores: Nicklin, Daniel; Gohari Darabkhani, Hamidreza
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Monitor
Procesos industriales
Técnicas innovadoras
Sensores de masa resonantes
Selección de geometría
Mejora de sensibilidad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 7
Citaciones: Sin citaciones
El requisito de monitorear y controlar los procesos industriales ha aumentado en los últimos años, por lo tanto, se requieren técnicas innovadoras para satisfacer la demanda de métodos alternativos de medición de partículas. Los sensores de masa resonantes son ahora fuertes candidatos para la medición precisa de masa y se utilizan con frecuencia en muchos campos diversos de la ciencia y la ingeniería. Este documento presenta el diseño, modelado y selección de geometría óptima para mejorar la sensibilidad de un tubo de vidrio en forma de U como un vástago de sensor de masa resonante con el objetivo de convertirse en un componente del equipo de medición de partículas. Se utilizó el Análisis de Elementos Finitos (FEA) para desarrollar el sistema, que fue validado experimentalmente utilizando un modelo físico. Este documento se centra tanto en la prueba de concepto como en la selección de la geometría del sensor mediante el análisis de la sensibilidad del sistema para la mejor selección. Se realizaron análisis modal y armónico en una gama de tamaños de tubos de vidrio comercialmente disponibles de 6 mm a 10 mm de diámetro, para determinar la selección de geometría óptima, validada con datos experimentales prácticos. Los resultados muestran una diferencia consistente del 3-5% entre los resultados de simulación y experimentales, mostrando una fuerte correlación. Esta investigación proporciona una metodología sobre el desarrollo del uso de un tubo de vidrio en forma de U para la medición precisa de masa con el objetivo de explorar el diseño como un componente del equipo de emisiones de partículas. Los resultados experimentales y de simulación confirman que la mayor sensibilidad se logra cuando se reducen las dimensiones de la geometría y, por lo tanto, la masa vacía del tubo. El tubo de 6 mm de diámetro con el radio de curvatura más pequeño fue el diseño más adecuado para cumplir con los criterios de diseño. Se trazó la curva de calibración para permitir calcular una masa desconocida, lo que dio un valor R de 0.9984. Todo el trabajo experimental se repitió tres veces, con resultados que dieron un promedio del 0.44% entre el mínimo y el máximo, mostrando una fuerte linealidad y sugiriendo el potencial para la implementación de la metodología en su aplicación prevista. El diseño proporciona posibles soluciones a algunos de los problemas que actualmente se observan con la medición de partículas de fuentes estacionarias.
Descripción
El requisito de monitorear y controlar los procesos industriales ha aumentado en los últimos años, por lo tanto, se requieren técnicas innovadoras para satisfacer la demanda de métodos alternativos de medición de partículas. Los sensores de masa resonantes son ahora fuertes candidatos para la medición precisa de masa y se utilizan con frecuencia en muchos campos diversos de la ciencia y la ingeniería. Este documento presenta el diseño, modelado y selección de geometría óptima para mejorar la sensibilidad de un tubo de vidrio en forma de U como un vástago de sensor de masa resonante con el objetivo de convertirse en un componente del equipo de medición de partículas. Se utilizó el Análisis de Elementos Finitos (FEA) para desarrollar el sistema, que fue validado experimentalmente utilizando un modelo físico. Este documento se centra tanto en la prueba de concepto como en la selección de la geometría del sensor mediante el análisis de la sensibilidad del sistema para la mejor selección. Se realizaron análisis modal y armónico en una gama de tamaños de tubos de vidrio comercialmente disponibles de 6 mm a 10 mm de diámetro, para determinar la selección de geometría óptima, validada con datos experimentales prácticos. Los resultados muestran una diferencia consistente del 3-5% entre los resultados de simulación y experimentales, mostrando una fuerte correlación. Esta investigación proporciona una metodología sobre el desarrollo del uso de un tubo de vidrio en forma de U para la medición precisa de masa con el objetivo de explorar el diseño como un componente del equipo de emisiones de partículas. Los resultados experimentales y de simulación confirman que la mayor sensibilidad se logra cuando se reducen las dimensiones de la geometría y, por lo tanto, la masa vacía del tubo. El tubo de 6 mm de diámetro con el radio de curvatura más pequeño fue el diseño más adecuado para cumplir con los criterios de diseño. Se trazó la curva de calibración para permitir calcular una masa desconocida, lo que dio un valor R de 0.9984. Todo el trabajo experimental se repitió tres veces, con resultados que dieron un promedio del 0.44% entre el mínimo y el máximo, mostrando una fuerte linealidad y sugiriendo el potencial para la implementación de la metodología en su aplicación prevista. El diseño proporciona posibles soluciones a algunos de los problemas que actualmente se observan con la medición de partículas de fuentes estacionarias.