Tube pitot - fonctionnement

[marc2009]

Bonjour

J'ai fait des recherches sur les sondes pitot qui permettent de mesurer la vitesse d'un avion grâce à la pression dynamique, mais je n'arrive pas à trouver de schéma sur internet du fonctionnement dans un avion (jusque dans le cockpit de l'avion). Je m'explique :

Le tube de Pitot nous donne en sortie la pression totale et la pression statique, mais je ne suis pas sûr de la façon dont ça fonctionne puisqu'aucun site n'a réussi à être clair la dessus

1er cas : On relie ces 2 sorties à un badin (qui est un manomètre étalonné en fonction de la Théorème de Bernoulli) qui détermine la « pression dynamique » qui est égale à la différence entre la pression totale et la pression statique et donc on obtient la vitesse directement grâce au badin (en km/h ou noeuds).

2eme cas : On relie les sorties du tube de Pitot à un capteur piezoélectrique, en sortie on a donc une tension que l'on amplifie grâce à un système d'amplificateur opérationnel et pour finir on branche un convertisseur analogique-numérique. Ce cas est exposé sur l'image de ce lien : http://cybermanin.eu/Blogs/Images/Ne...20Pitot-Op.jpg

D'où ma question : comment ca marche vraiment ? Le 1er cas m'a l'air compréhensible puisque le badin affiche directement la vitesse, il fait le calcul grâce à la pression dynamique puisque la vitesse est directement reliée à la pression dynamique par V = racine ( 2 * (Pt - Ps) / masse volumique du fluide ) ; par contre le 2ème cas moins, car en supposant que l'on ait la pression dynamique en sortie du tube de Pitot (après avoir fait la différence des pressions totale et statique) quelle relation va relier la sortie de tout ce système (après le convertisseur analogique numérique) à la pression dynamique ?

Merci pour votre aide.
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[Jeanpaul]

Le capteur piézo mesure une force qui est directement liée à la différence de pression. C'est exactement pareil que le manomètre, moins fragile.

[marc2009]

Merci pour ta réponse

Donc si j'ai bien compris, il suffit de brancher un capteur piézo électrique en sortie du tube de Pitot (aux 2 sorties puisqu'il y a une sortie pour la pression statique Ps et pour la pression totale Pt), pour avoir une tension directement liée à Pd soit Vd = k * Pd où Vd est la tension en sortie du capteur piezo électrique et k une constante liée au capteur (donnée dans le datasheet dudit capteur j'imagine)

c'est bien ça ?

[velosiraptor]

Oui, c'est ça ! Le capteur donne une réponse linéaire, donc la pression différentielle balancée sur ce capteur engendre une tension qui lui est proportionnelle.
Donc, Umes = k.(deltap) = K.v² avec v = vitesse indiquée. Il reste à affranchir cette mesure de la variation de la masse volumique de l'air en fonction de "p" et "T".

[A voir en vidéo sur Futura]

[DomiM]

Bonjour,

Est ce enfin fiable maintenant ?

Si ces tubes sont encrassés par du givre, des débris, des insectes, une mesure incorrecte de vitesse est fournie aux pilotes et aux instruments de bord de l'avion. Une mesure erronée de vitesse sur des tubes de Pitot a été mise en cause dans plusieurs catastrophes aériennes
...
L'enquête du BEAD-air10 conclura que l'indication de vitesse lue par le pilote était erronée en raison de l'obstruction de toutes les sondes de Pitot et ce à cause du givrage et des opérations de maintenance. Le pilote ne disposant pas de suffisamment de temps pour identifier la panne a alors conclu que la faible vitesse affichée était la vitesse réelle de l'avion. Son action sur les gaz a ensuite contribué à déstabiliser l'appareil11.
C'est aussi l'une des hypothèses envisagées par les média dans les jours ayant suivi la catastrophe du vol 447 Air France (juin 2009)12, et confirmée comme une des causes de l'accident par le Bureau d'enquêtes et d'analyses pour la sécurité de l'aviation civile français13.
...
La société Airbus a reconnu pas moins de 36 incidents d'obstruction possible de sondes Pitot par de la glace, sur des avions A330/A340, entre le 12 novembre 2003 et le 7 août 2009
http://fr.wikipedia.org/wiki/Tube_de_Pitot

[marc2009]

Oui, c'est ça ! Le capteur donne une réponse linéaire, donc la pression différentielle balancée sur ce capteur engendre une tension qui lui est proportionnelle.
Donc, Umes = k.(deltap) = K.v² avec v = vitesse indiquée. Il reste à affranchir cette mesure de la variation de la masse volumique de l'air en fonction de "p" et "T".

Merci pour ta réponse.
Donc le capteur piézo possède 2 entrées auxquelles on relie les pressions totale et statique ? Ou il faudrait prendre 2 capteurs piézo, en mettre un pour la sortie Ps (pression statique) et l'autre sur Pt (pression totale) ? Donc là on aurait Vs = k*Ps et Vt = k*Pt (en supposant que les capteurs piezo sont pareils donc k est commun) et donc ensuite on relie ces 2 tensions à un amplificateur opérationnel d'instrumentation.
Je sais que deltaP = Pd = (1/2) * (masse volumique du fluide, l'air donc) * Vitesse²

donc on aurait en sortie de l'AOP Vs = (1+2*R/Rgain) * (Vt - Vs), soit Vs = (1+2*R/Rgain) * Vd or Vd = k * Pd donc
Vs = (1+2*R/Rgain) * k * (1/2) * (masse volumique de l'air) * vitesse²

J'ai bon pour l'instant ?

Merci

[marc2009]

Bonjour,

Est ce enfin fiable maintenant ?

Je suis d'accord avec toi, mais c'est pour un dossier sur les sondes Pitot, donc j'essaie d'avoir un maximum d'informations Pas que je raconte n'importe quoi ...

[velosiraptor]

Bonjour, un peu en retard !
Non, un seul capteur piézo, deux j'ai des doutes sur la répétabilité de la mesure par deux capteurs différents ......
On soumet effectivement le capteur d'une part à Ptotale et d'autre part à Pstat, sa réponse est proportionnelle à (Ptotale - Pstat).
Ce qui doit aboutir, sur un montage amplificateur à ce que tu as écrit. Reste à étalonner l'ensemble (par exemple sur l'atmosphère standard).

[marc2009]

Bonjour, un peu en retard !

Non, un seul capteur piézo, deux j'ai des doutes sur la répétabilité de la mesure par deux capteurs différents ......
On soumet effectivement le capteur d'une part à Ptotale et d'autre part à Pstat, sa réponse est proportionnelle à (Ptotale - Pstat).
Ce qui doit aboutir, sur un montage amplificateur à ce que tu as écrit. Reste à étalonner l'ensemble (par exemple sur l'atmosphère standard).

Bonsoir

Ok donc j'ai mal compris le fonctionnement des capteurs piézo électriques. Donc la sortie Ptotale du tube Pitot et la prise Pstatique (venant de l'avion, pas du tube de Pitot) sont reliées à un capteur piézo électrique, donc on a en sortie Vd (d pour dynamique) = k * (Pt - Ps), k constante du capteur. Vd étant très petit, j'amplifie cette tension ...

Par contre je pensais amplifier avec un amplificateur d'instrumentation pour éviter des soucis avec les grandeurs d'influence comme la température, étant donné qu'un AOP d'instrumentation prend 2 tensions en entrées et donne en sortie une tension amplifiée qui est la différence des 2 tensions en entrées, dans ce cas la j'en aurai plus qu'une.
Donc est-ce que je reste sur l'AOP d'instrumentation ou je prends un amplificateur "basique" qui va juste amplifier la tension Vd ? Ou je garde l'amplificateur d'instrumentation mais je mets la 2eme tension à la masse ?

Merci encore !

[velosiraptor]

Bonsoir,
euhhh, nous sommes d'accord : v² = k(deltap) (et non v = k.(deltap)
Par contre, je ne comprends pas ce que tu veux dire par t'affranchir de la température ?
Tu as intérêt à avoir un dispositif réglable selon T et p d'une certaine référence (QNH, QFE ....) donc ton dispositif doit donner la possibilité de se re-caler non ?
Tu as des capteurs "tout faits" de pression différentielle, sinon, si c'est pour illustrer quelque chose, avec un AO classique, pourquoi pas ....

[marc2009]

Bonsoir,
euhhh, nous sommes d'accord : v² = k(deltap) (et non v = k.(deltap)
Par contre, je ne comprends pas ce que tu veux dire par t'affranchir de la température ?
Tu as intérêt à avoir un dispositif réglable selon T et p d'une certaine référence (QNH, QFE ....) donc ton dispositif doit donner la possibilité de se re-caler non ?
Tu as des capteurs "tout faits" de pression différentielle, sinon, si c'est pour illustrer quelque chose, avec un AO classique, pourquoi pas ....

Ben en sortie du capteur piézo-électrique, t'as une sortie directement liée à la différence des entrées non ? soit Vd la sortie du capteur piézo, j'obtiens Vd = k * Pd (Pt-Ps) non ? j'ai juste traduis ce que fait le capteur, enfin je pense que c'est ça ...
Mais je me dis que si je prends un capteur de pression qui me donne directement une tension proportionnelle à la différence des 2 pressions d'entrées, j'aurais une tension déjà amplifiée, or je veux utiliser un ampli op à la sortie ... donc je pense prendre 2 capteurs piézo (résistifs, ca me délivre aussi une tension d'après les datasheets que j'ai vu grâce à un circuit interne).

pour le capteur de pression, dois je prendre un capteur de pression absolue ou relative ? J'ai beau chercher des infos sur le net, j'ai du mal à en trouver =( surtout avoir une référence de capteur c'est dur ..

J'ai trouvé des capteurs de kistler mais pression absolue, et la sensibilité est de 250mV/bar pour 0..2 bar par exemple (https://www.kistler.com/mediaaccess/...003f-10.09.pdf bon ca sera le 4043A2 que je choisirais), alors que pour un avion, la pression exercée ne devrait pas dépassée le bar ^^ ca pose problème tu crois ou pas ?

Merci encore.

[velosiraptor]

Salut.
Si je résume, tu balances tes deux pressions issues de ton Pitot sur ton piézo ?
Donc, en sortie de Pitot detaP = k.v² et cette deltaP est balancée sur le capteur piézo qui donne une réponse proportionnelle à la deltaP et donc réponse du piézo = k'.deltaP = k".v² ? Enfin, je crois !

Pour le type de capteurs, comme il s'agit d'une deltaP, peu importe qu'il s'agisse de pressions absolues ou relatives, la différence sera absolument la même !

[marc2009]

Salut.
Si je résume, tu balances tes deux pressions issues de ton Pitot sur ton piézo ?
Donc, en sortie de Pitot detaP = k.v² et cette deltaP est balancée sur le capteur piézo qui donne une réponse proportionnelle à la deltaP et donc réponse du piézo = k'.deltaP = k".v² ? Enfin, je crois !

Pour le type de capteurs, comme il s'agit d'une deltaP, peu importe qu'il s'agisse de pressions absolues ou relatives, la différence sera absolument la même !

Ben en gros, si je me trompe pas, j'ai le tube de Pitot, qui me donne la pression totale, et j'ai la pression statique par un orifice de l'avion ... ces 2 pressions je les met en entrée d'un capteur de pression de type piézo résistif (donc chaque pression a un capteur) et en sortie de chaque capteur j'ai une tension donc j'aurai :

Vt = k * Pt et Vs = k * Ps où k est la sensibilité du capteur en fait si j'ai bien compris donc si je prends le même capteur le k sera le même pour les 2 tensions (on va supposer ça). Donc je prends le capteur Kistler 4043A2.

Ensuite ces 2 tensions je les relie à un amplificateur d'instrumentation qui va me donner en sortie la différence des 2 tensions amplifiées donc en gros Vout = (1 + 2*R/Rg) * (Vt - Vs) or Vt-Vs = Vd = k * Pd ! Bon la sortie de l'amplificateur d'instrumentation je l'ai prise de wikipédia, sur le schéma de wikipédia y a qu'une seule résistance R qui est utilisée...

ensuite je lie Vout à un pic qui va faire une conversion analogique numérique en "points" et hop j'ai la vitesse par un calcul
Pour la masse volumique de l'air je ne sais pas comment ca se passe, peut etre qu'avant le vol (de l'avion) sa valeur est pré déterminée ..

Est-ce que tu es d'accord avec ce que j'avance là ?

Merci !