23 熱音響システムにおける圧力測定の低コスト化 Cost reduction of pressure measurements in thermoacoustic system 学籍番号：11104889 氏名：新保尚敬 指導教員：小林泰秀 准教授 Student ID：11104889 Name: Naotaka Shinbo Supervisor:Yasuhide Kobayashi Abstract The phenomenon involving sound and heat exchange is called the thermoacoustic phenomenon. A stack with heat exchangers, makes the self-oscillation by a temperature gradient . Recently in the laboratory , a standing-wave thermoacoustic engine is investigated with pressure sensors to characterize conditions on the critical temperature ratio at which thermoacoustic self-oscillation is occurred . Pressure sensor that we currently we has a sufficient performance for our experimental . However , expensive. In this study , we examine a inexpensive pressure sensor , to show a possibility if the similar results , obtained before by the expensive sensors are recovered or not. 実験装置 背景 熱音響現象：熱を音波に、音波を熱に相互変換する現象 ○熱音響自励発振が開始する臨界温度比の把握 システムの評価、改善設計を行う上で重要 Fig.3 スタック ○発振の状態を計測するために圧力センサを設置 現状の圧力センサは高価 Fig.4 圧力センサ Table.1 各装置の性能 目的 安価な圧力センサの選定を行い、今まで使用していた圧力 センサと比較、評価を行う。 Fig.1 定在波型 Fig.2 実験装置 熱音響エンジン 選定条件 スタック CPI600, l=50mm, φ=47mm 圧力センサ PCB 106B51 スピーカ Toptone, S32U10-1 サニタリー管 SUS, φ＝47.8mm 選定した圧力センサ Table.2 圧力センサの性能差 複数の制御目標値の圧力を設定 スピーカを用いて圧力振幅を一定 に維持 温度勾配を変化させた時のスピー カの消費電力に基づき、自励発振 の特徴付けを行う。 [櫻井ほか 2014] 安価な圧力センサでこの実験の再 現を行い、同等の結果を得られる ように選定条件を決める。 Fig.5 106B51 SSCDRRN メーカー PCB PIEZOTRONICS Honeywell 測定範囲 35kPa 2.5kPa 分解能 0.00034Pa 12.5Pa 感度 152mV/kPa 533mV/kPa 立上り時間 12μsec 5msec 動作周波数 13kHz 318Hz 金額 32万円 5080円 旧センサによる実験結果 選定条件 ・圧力範囲：2.5kPa ・分解能 ：±15Pa ・金額 ：1万円以内 旧センサ コスト 1/63 Fig.6 SSCDRRN 新センサ Fig.7 取り付け方法 圧力センサの校正(周波数応答実験) 旧センサ:sensorA 新センサ:sensorB sensorA、Bにおいて同じ条件で周波数応答実験を行う。 Sensor2の同じ位置でセンサを付け替えて計測する。 計測された音圧からセンサの校正を行う。 計測する周波数の範囲は一次共振付近の範囲に設定。 縦軸：ゲイン sensorA ： 共振周波数 61.4Hz 音圧 356Pa sensorB ： 共振周波数 61.1Hz 音圧 370Pa 縦軸：音圧 sensorBの感度：533mV/kPa 554mV/kPaに校正 校正した感度で実験を行う。 縦軸：位相 Fig.9 校正後 Fig.8 校正前 まとめ 選定した圧力センサを用いた実験 ・選定条件を決定し、それを元 に安価な圧力センサを選定した。 このセンサは以前の圧力センサ に比べてコストを1/63に削減す ることに成功した。 sensorA、Bを用いて、Fig.5の実験の再現を行う。 ・温度比が大きくなるほど、スピーカの駆動電圧が減 少した。 ・Wspkは目標値によらずTh/Tc=1.3でゼロに収束する ・臨界温度比について評価する実 験で比較を行い、安価なセンサ でも同様の結果を得ることが出 来た。 sensorBでもsensorAと同様の結果が得られた。 Fig.10 再現実験
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