第13章压力测量技术ppt课件

1、第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 第十三章 压力丈量技术第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 1. 1. 熟习常用的压力丈量方法及丈量用传感器任熟习常用的压力丈量方法及丈量用传感器任务原理；务原理； 2. 2. 掌握压力系统静动态特性的标定方法；掌握压力系统静动态特性的标定方法；学学 习习 重重 点点第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 1、压力的定义 流体或固体垂直作用在单位面积S上的力F称为压力p，也称压强。 工程中常采用的压力有绝对压力pa、表压力pg、真空pv和差压等几种。SFp/13.1概述第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 pa、pg、pv与p0之间的

2、关系 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 2 2、压力的计量单位、压力的计量单位 压力的单位是力和面积的导出单位，而压力的单位是力和面积的导出单位，而各种单位制中力和面积的单位不同，那么各种单位制中力和面积的单位不同，那么压力的单位也有多种。压力的单位也有多种。1) 1)在在SISI中，压力的单位是牛顿中，压力的单位是牛顿/ /米米2 2N/m2N/m2，为帕斯卡或简称帕为帕斯卡或简称帕PaPa，1Pa0.1mmH2O1Pa0.1mmH2O毫米水柱毫米水柱；2) 2)在在CGSCGS制中，压力的单位是达因制中，压力的单位是达因/ /厘米厘米2 2 dyn/cm2 dyn/cm2简称为巴

3、简称为巴barbar，1bar=0.1Mpa1bar=0.1Mpa。3)3)在新规范中，压力的其他单位，如规范大在新规范中，压力的其他单位，如规范大气压气压atmatm、千克力、千克力/ /米米2 2kgf/m2kgf/m2、托、托TorrTorr、工程大气压、工程大气压at at等。等。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 3 . 压力的分类 压力：静态压力和动态压力 静态压力：不随时间变化 或变化非常缓慢的压力。 动态压力：随时间变化的压力。 压力丈量方法 静态压力丈量：普通采用压力表、压力变送器进展丈量。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 动态压力丈量：动态压力丈量与静态压

4、力丈量不同。动态压力丈量方法塑性变形测压法：利用铜柱或铜球的塑性变形进展丈量。弹性变形测压法：将敏感元件感受压力而产生的弹性变形量转换为电量再进展丈量。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 13.2.1 概述概述 膛压是各类兵器设计、研制、消费、验收中必需丈量一重要膛压是各类兵器设计、研制、消费、验收中必需丈量一重要参数，兵器技术的开展给膛压丈量提出了越来越苛刻的要求。参数，兵器技术的开展给膛压丈量提出了越来越苛刻的要求。 丈量方法有两种：丈量方法有两种：电测法；塑性变形法。电测法；塑性变形法。 13.2 塑性测压法第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 自19世纪60年代诺贝尔初次

5、运用铜柱测压器测得膛内火药燃气最大压力后，一百多年来，古老的塑性测压法在“适用弹道学领域内不断是膛压丈量的主要的技术手段，至今仍为世界各国采用，塑性变形测压法具有以下几个特点：1运用方便 ；2操作简单 ；3不需求破坏武器 。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 我国根本上沿用前苏联20世纪40年代以前的铜柱系列，技术落后且测压范围很小。在过去的几个五年方案中，我国已自行研制了具有中国特征的铜柱、铜球测压系列，改革了我国引进了多批次、多型号进口测压器件的混乱情况。 3.58.75mm锥形铜柱测压范围： 20MPa-240Mpa； 3.58.75mm柱形铜柱测压范围： 250MPa-800M

6、pa； 4.763mm铜球测压范围:80MPa-600Mpa。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 铜球测压法和铜柱测压法的主要差别： 测压试件不同。 铜球测压法的测压试件是具有一定直径的铜球铝球或铁球，运用前不进展预压，直接用压后高作为最大膛压的量度； 压力标定的方法不同。 铜球压力表的编制是在能产生模拟膛压曲线的半正弦压力波形的动态压力发生器上进展。 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 铜柱标定方法：静标体制。测压器材压力标定的概念 静态标定; 准动态标定; 对电测传感器讲： 静态标定; 动态标定; 准动态标定;第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 13.2.2 13.

7、2.2 铜柱测压法铜柱测压法 铜柱用含铜量不小于铜柱用含铜量不小于99.97%99.97%、含、含氧量不大于氧量不大于0.02%0.02%的纯真电解铜制成。它的纯真电解铜制成。它具有良好的塑性，同一批铜柱的硬度应一具有良好的塑性，同一批铜柱的硬度应一样。样。 铜柱测压器可分：铜柱测压器可分： 旋入式测压器和放入式测压器旋入式测压器和放入式测压器 。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 塑性测压根本方法为 丈量时，将测压器放入弹膛内某位置， 火药燃气压力经过活塞作用于塑性测压器件，使其产生塑性永久变形，为获得膛压峰值，需求对铜柱变形量或铜球压后高进展定度，即获得变形量或压后高与压力之间的对

8、应关系(压力对照表)。 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 静态压力对照表第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 静标铜柱动态误差产生的缘由： 1) 塑性测压器件的本构关系。 资料的应力应变关系和应变速率有关，这被称为应变率效应，即塑性变形的抗力不仅是变形量的函数，还是变形速率的函数，随着应变率的增大，资料的屈服极限将提高，即静态加载时屈服极限最低，这就导致在一样压力情况下，测压元件变形量小于静标时变形量，从而产生负误差，铜柱在测定动态的膛压时丈量值要偏低。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 2)测压器活塞惯性的影响。 火药燃气压力经过测压器活塞紧缩测压器件的同时活塞获得运

9、动速度，压力脉冲消逝后，由于活塞的惯性，要继续紧缩测压器件，产生过冲，从而产生静动差，这种误差的趋势普通可以为是正误差，即丈量值大于真实的压力值。 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 13.2.3 13.2.3 铜球测压法铜球测压法第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 铜球测压器的任务过程： 在火药气体推进下，活塞紧缩铜球，使之产生塑性变形。 铜球测压器分为: 旋入式和放入式 标定体制:准动态校准体制 。 准动态校准可有效地减小静动差，是塑性丈量器材校准体制改革的方向。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 准动态校准 用知峰值且波形与膛压曲线接近的压力脉冲作用于塑性丈量元件

10、上，得出峰压和测压器材的输出间的对应关系，再据此编出动态压力对照表。由于标定压力和待测压力有类似的动态特征，得到的呼应自然也比较接近，因此，准动态校准可以减小塑性测压器材的静动差。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 准动态校准安装:落锤液压动标安装 压力源的任务原理: 沿导向系统自在下落的重锤将重力势能转化为动能，随后与油缸顶端的精细活塞相撞，经过活塞紧缩油缸内的液体在油缸内产生压力，从而将重锤的动能又转化为液压油体积变形的弹性势能。当动能全部转化时，重锤与活塞到达最大紧缩行程，其后由于液压油的弹性恢复作用，把活塞与重锤上推，直到重锤跳离活塞，弹性势能又转化为重锤动能。这样在油缸内构成

11、一个近似于半正弦的压力脉冲，它和膛压曲线上升段类似。 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 这样在油缸内构成一个近似于半正弦的压力脉冲，它和膛压曲线上升段类似。调理落锤液压动标安装的任务参数重锤质量、重锤落高、活塞面积、油缸初始容积等，可以产生不同峰值及脉宽的半正弦脉冲，用作准动态标定的压力源。落锤液压动标安装组成： 半正弦压力源和规范动态压力测试系统。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 准动态标定方法 在油缸周围径向安装四只规范电测压力传感器及四只铜柱球测压器，同时测出四只电测压力传感器的压力峰值及相应测压器材的输出值。得到表示峰压与

12、铜柱变形量铜球压后高间关系的数据对。在铜柱球丈量范围内大致均匀地设定79个点进展标定，运用多项式回归技术可求出峰压与铜柱变形量铜球压后高的回归方程，据此可编出塑性测压器材的动态压力对照表。 为了消除铜柱原始高度差别的影响，测压铜柱采用的是峰压和变形量编表，而不用峰压和压后高编表。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 利用敏感元件感受压力而产生的弹性变利用敏感元件感受压力而产生的弹性变形量转换为电量进展丈量的。弹性测压法按形量转换为电量进展丈量的。弹性测压法按转换原理可分为：转换原理可分为：利用弹性敏感元件的应力应变特性利用弹性敏感元件的应力应变特性 弹性敏感元件在被测压力作用下产生应力、

13、弹性敏感元件在被测压力作用下产生应力、应变，利用应力、应变来丈量压力的，如应应变，利用应力、应变来丈量压力的，如应变式压力传感器等；变式压力传感器等；利用弹性敏感元件的压力集中力特性利用弹性敏感元件的压力集中力特性 弹性敏感元件将被测压力转换成集中力，利弹性敏感元件将被测压力转换成集中力，利用丈量集中力来丈量压力的，如压电式压力用丈量集中力来丈量压力的，如压电式压力传感器；传感器；利用弹性敏感元件的压力位移特性利用弹性敏感元件的压力位移特性 将被测压力转换为弹性敏感元件的位移来丈将被测压力转换为弹性敏感元件的位移来丈量的，如电容式压力传感器；量的，如电容式压力传感器；13.3 13.3 弹性测

14、压法弹性测压法第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 利用弹性元件的压力谐振频率特性 弹性元件在被测压力作用下其谐振频率变化，利用丈量谐振频率来丈量压力的，如振动筒式压力丈量系统。13.3.1 应变式压力传感器 被测压力作用在传感器的弹性元件上，使弹性元件产生弹性变形，并用弹性变形的大小来量度压力的大小。由于去载时弹性变形可恢复，所以应变式测压传感器不仅能丈量压力的上升段，也能丈量压力的下降段，能反映出压力变化的全过程。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 应变式压力丈量系统组成运用本卷须知1)在丈量前应对系统进展标定，以获取丈量系统的灵敏度及相关静态特性目的。2)运用时要留意电桥调

15、平衡。3)系统抗干扰及绝缘措施。被测压力应变式压力传感器静态压力标定机动态电阻应变仪丈量记录仪器第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 1. 1.筒式应变测压传感器筒式应变测压传感器第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 活塞紧缩应变管产生轴向紧缩变形2. 2.活塞式应变测压传感器活塞式应变测压传感器第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 1.活塞式压电传感器13.3.2压电式压力传感器第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 2.膜电式压电传感器膜电式压电传感器用金属膜片替代活塞，膜片起着传送压力、实现预压和密封三个作用 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 3.3.压电

16、式压力丈量系统组成压电式压力丈量系统组成被测压力压电式压力传感器静态压力标定机电荷放大器丈量记录仪器第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 4.运用本卷须知运用本卷须知留意传感器及衔接电留意传感器及衔接电缆线的输出阻抗、防潮缆线的输出阻抗、防潮防湿；防湿；传感器灵敏度的归一传感器灵敏度的归一化处置；化处置；留意电荷放大器的上、下限频率选择； 电荷放大器的 “任务及“复位开关的位置； 要留意全系统的共地。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 将选择好的传感器安装在需求进展压力将选择好的传感器安装在需求进展压力丈量的部位，其间有腔室和管道的情况是很丈量的部位，其间有腔室和管道的情况是很多

17、的，甚至是无法防止的，这会显著地影响多的，甚至是无法防止的，这会显著地影响传感器的频响特性。管道效应会使压力丈量传感器的频响特性。管道效应会使压力丈量系统的动态呼应变坏，甚至会呵斥动态压力系统的动态呼应变坏，甚至会呵斥动态压力丈量曲线的严重失真，在进展动态压力丈量丈量曲线的严重失真，在进展动态压力丈量时必需予以思索。普通应尽量减小不用要的时必需予以思索。普通应尽量减小不用要的腔室容积和管道长度。腔室容积和管道长度。13.4 13.4 动态压力丈量的管道效应动态压力丈量的管道效应第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 管道长度应与被丈量的最高频率相匹配。管道长度应与被丈量的最高频率相匹配。管

18、道的最低纵向共振频率为管道的最低纵向共振频率为lcf2c为给定温度下气体中的声速；l为管道长度。由于普通液体中的声速要比气体中的高得多，所以丈量时应尽量在管道中充溢液体。 直管道情况直管道情况第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 在此情况下，系统的频响特性会受明显在此情况下，系统的频响特性会受明显的影响。腔室的容积及管道的内径和长度将的影响。腔室的容积及管道的内径和长度将起主要影响作用，其关系式为起主要影响作用，其关系式为 式中，式中，d为管道内径；为管道内径；V为腔室容积。为腔室容积。lVcdf14有腔室和管道的情况有腔室和管道的情况第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 静态标定

19、和动态标定静态标定和动态标定 静态标定的目的静态标定的目的:确定系统静态特性目的，如线性度、确定系统静态特性目的，如线性度、灵敏度、滞后和反复性等。灵敏度、滞后和反复性等。 动态标定的目的动态标定的目的:确定系统的动态特性参数，如频率确定系统的动态特性参数，如频率呼应函数、时间常数、固有频率及阻尼比等。呼应函数、时间常数、固有频率及阻尼比等。 常用的静压发生安装有：活塞式压力发生器、杠常用的静压发生安装有：活塞式压力发生器、杠杆式压力发生器及弹簧测力计式压力发生器。杆式压力发生器及弹簧测力计式压力发生器。 13.5 13.5 测压系统的标定测压系统的标定13.5.1 13.5.1 测压系统的静

20、态标定测压系统的静态标定第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 被标定的压力传感器或压力仪表安装在压力计的接头上。当转动手轮时，加压油缸的活塞往前挪动使油缸增压，并把压力传至各部分。当压力到达一定值时，将精细活塞连同上面所加的规范砝码顶起，悄然转动砝码盘，使精细活塞与砝码旋转，以减小活塞与缸体之间的磨擦力。此时油压与砝码连同活塞的重力相平衡。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 传感器或压力仪表遭到的压力等于砝码连同活塞的重力与活塞的有效面积之比可表示为 p为油缸的压力Pa；m1为规范砝码的质量kg；m2为活塞的质量kg；D为活塞的直径m；g为当地的重力加速度m/s2。221)(4D

21、mmgp第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 标定时，以一定的压力间距逐点加压，记录下所加的压力值Pi，以及相应的记录仪器的电压偏移量Vi，标定时所施加的最大压力应略大于待测压力的最大值。然后，再逐次减小压力，记录下测压系统记录仪器的电压偏移量Vi，并反复3-5次。压力标定过程压力标定过程: :第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 压力系统动态标定要处理两个问题： 要获得一个令人称心的周期或阶跃的压力源； 要可靠地确定上述压力源所产生的真实的压力-时间关系。13.5.2 13.5.2 测压系统的动态标定测压系统的动态标定第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 动态压力源的分类如

22、下： 稳态周期性压力源：活塞与缸筒、凸轮控制 喷嘴、声谐振器、验音盘等； 非稳态压力源：快速卸荷阀、脉冲膜片、闭式爆炸器、激波管及落锤液压动标安装等。 1稳态标定法 常见的活塞和缸筒安装就是一种简单的稳态周期性校准压力源。活塞运动源的一种变型是传动膜片、膜盒或弹簧管，经过连杆与管端衔接的偏心轮使弹簧管弯曲，这样来运用弹簧管，效果很好。 第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 2 2非稳态标定非稳态标定 采用稳态周期性压力源来确定压力采用稳态周期性压力源来确定压力系统的动态特性时，往往遭到所能产生的压力系统的动态特性时，往往遭到所能产生的压力幅值和频率的限制。高压和稳态频率很难同时幅值和频率的限制。高压和稳态频率很难同时获得。为此，在较高压力振幅范围内，为了确获得。为此，在较高压力振幅范围内，为了确定压力传感器的高频呼应特性，必需借助于阶定压力传感器的高频呼应特性，必需借助于阶跃函数实际。跃函数实际。第第1212章章 噪声测量技术噪声测量技术 可采用各种方法来产生所需求的脉冲。最简单的一种方法是在液压源与传感器之间运用一个快速卸荷阀，从0上升到90%的全压力的时间为10ms。 采用脉冲膜片也可获得阶跃压力。用薄塑料膜片或塑料薄板。把两个空腔隔开，由撞针或尖刀使膜片产活力械损坏。由此发现，降压而不是升压，可产生一个更接近理想的阶跃函数。降压时