Solution pour le contrôle précis de la pression du vide

Les composites de fibres à base de résine sont utilisés comme matériaux d'isolation thermique haute performance dans des applications telles que les fours industriels, la protection contre l'incendie, les matériaux de rembourrage et les boucliers thermiques pour les engins spatiaux à grande vitesse. Ces matériaux à haute porosité protègent efficacement la structure sous-jacente des sources de chaleur environnantes en créant une couche tampon de gaz à haute température, tandis que leur faible densité minimise la masse utile des engins spatiaux à grande vitesse.

Du fait de la porosité élevée des composites à base de fibres et de résine, les gaz peuvent facilement circuler à travers le matériau ablatif. Par exemple, les gaz de pyrolyse issus de la décomposition des résines phénoliques traversent la structure carbonisée avant de quitter le matériau et peuvent réagir avec les fibres. De même, les réactifs provenant de la couche limite peuvent pénétrer dans la microstructure du matériau et circuler dans les pores. Ce transport de gaz influence significativement le comportement global du matériau.

Le comportement de l'écoulement à travers les structures poreuses est souvent caractérisé par la perméabilité, paramètre clé de la performance des matériaux lors de la simulation d'écoulements en milieux poreux, car elle contrôle le transfert de quantité de mouvement au sein du milieu. La mesure de la perméabilité des matériaux, notamment à haute température, repose généralement sur la méthode en régime permanent : une différence de pression stable est appliquée entre l'amont et l'aval de l'échantillon, et la perméabilité est calculée selon la loi de Darcy en mesurant le débit du gaz traversant l'échantillon.

La méthode en régime permanent pour mesurer la perméabilité à haute température des matériaux composites à fibres a été décrite, et un schéma de la structure du système de test a été fourni, mais aucune explication n'a été donnée sur la manière de former une différence de pression stable et de haute précision, qui est pourtant la clé du test de perméabilité en régime permanent.

Afin de mettre véritablement en œuvre la méthode de test de perméabilité à haute température en régime permanent, et notamment de simuler l'environnement interstellaire pour établir une différence de pression sous vide réglable sur une large plage et stable avec précision de part et d'autre de l'échantillon testé, cet article propose la solution de contrôle de pression sous vide suivante.

Pour le contrôle du vide des chambres tampons amont et aval, deux systèmes de contrôle de vide identiques sont installés. Chaque système se compose principalement de deux manomètres à vide à condensateur à couche mince, de deux vannes à pointeau électriques et d'un régulateur de pression de vide à deux canaux. Les modèles et indicateurs spécifiques sont les suivants :

(1) Jauge à vide à condensateur à couche mince : plage 1 Torr et 1000 Torr, précision de mesure ±0,25 % de la lecture.

(2) Vanne à aiguille de commande électrique : modèle NCNV-20 et -120, linéarité 0,1~2%, répétabilité 1%, temps de réponse 1 seconde.

(3) Contrôleur de pression de vide à double canal : deux canaux indépendants, AD 24 bits, DA 16 bits et pourcentage de puissance de sortie minimum de 0,01 %, interface de communication RS485 avec auto-intégration des paramètres PID et protocole standard MODBUS, et équipé d'un logiciel informatique.

 

Lors du processus de contrôle du vide de chaque chambre tampon, les étapes de fonctionnement spécifiques doivent être attentives aux points suivants :

(1) Pour le contrôle dans la plage de vide faible de 10 à 1000 Torr, le mode de réglage d'échappement est adopté, c'est-à-dire que le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu responsable de la régulation du débit d'admission d'air est contrôlé à une ouverture fixe pour rendre le débit d'admission d'air constant, puis la vanne à aiguille de commande électrique responsable de la régulation du débit d'échappement est contrôlée automatiquement.

(2) Pour le contrôle dans la plage de vide élevé de 0,1~10 Torr, le mode de réglage de l'admission d'air est adopté, c'est-à-dire que le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu responsable de la régulation du débit d'échappement est contrôlé à une ouverture fixe de 100 % pour évacuer à pleine vitesse, puis la vanne à aiguille de commande électrique responsable de la régulation du débit d'admission d'air est contrôlée automatiquement.

(3) Le contrôleur de pression de vide à double canal possède deux canaux de contrôle automatique PID indépendants, dans lesquels un manomètre à vide de gamme 10 Torr est connecté au premier canal d'entrée, un manomètre à vide de gamme 1000 Torr est connecté au deuxième canal d'entrée, le premier canal de sortie est connecté à la vanne à aiguille de contrôle électrique responsable de l'admission d'air, et le deuxième canal de sortie est connecté au régulateur de pression proportionnel Kao Lu responsable de l'échappement.

Le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu présente les avantages et caractéristiques suivants :

(1) Le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu est plus pratique et permet un contrôle constant des pressions en amont et en aval de l'échantillon. La différence de pression entre les deux extrémités de l'échantillon peut être réglée et ajustée à volonté, ce qui correspond mieux au modèle de test de perméabilité en régime permanent.

(2) Le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu présente une grande polyvalence et une excellente adaptabilité. Par exemple, en modifiant les paramètres des composants concernés, il peut être utilisé pour des pressions de vide dans différentes plages et permettre un contrôle précis des différences de pression et des tests de perméabilité correspondants.

(3) Le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu peut atteindre la mesure de la perméabilité sous différents gaz de travail en changeant la source de gaz haute pression, et peut également effectuer un contrôle de la différence de pression sous vide et des tests de performance d'oxydation après mélange de plusieurs gaz, ce qui lui confère une grande flexibilité.

(4) Plus important encore, le régulateur de pression proportionnel de Kao Lu laisse un canal d'interface pour l'échantillonnage et l'analyse ultérieurs des gaz résiduels, qui peut être facilement connecté au spectromètre de masse et à la vanne de fuite variable à micro-débit, afin que le spectromètre de masse puisse analyser le gaz circulant à travers l'échantillon testé.

(5) Le système de contrôle de la pression sous vide de la solution est fourni avec un logiciel permettant de déboguer et de piloter l'ensemble du système directement via son interface. Les courbes d'évolution des différents paramètres du procédé sont enregistrées automatiquement. Ainsi, aucun développement logiciel n'est nécessaire et le système de contrôle peut être mis en place rapidement, ce qui simplifie considérablement la construction du dispositif expérimental et la réalisation des tests.