能源与动力工程测试技术 课件 第五章 压力测量

先进热动力测试技术AdvancedThermalandPowerEngineeringMeasurementTechnology目录PAGEDIRECTORY绪论1测量技术的基本知识2误差分析与测量不确定度3温度测量4压力测量5流量测量7液位测量8气体成分及颗粒物测量9转速、转矩及功率测量10振动与噪声测量11流速测量6先进测试技术发展125第五章压力测量概述液柱式压力计弹性式压力计动态压力测量压力传感器及压力系统的标定第一节概述一、压力的基本概念垂直作用在单位面积上的力称为压力压力的单位：帕斯卡、帕压力单位的符号：Pa压力单位的换算：工程大气压力（kgf/cm2）：1kgf/cm2=0.9807×105Pa毫米汞柱（mmHg）：1mmHg=1.332×102Pa=133.2Pa=0.1332kPa毫米水柱（mmH2O）：1mmH2O=0.9807×10Pa物理大气压（atm）：1atm=1.01325×105Pa第一节概述一、压力的基本概念压力的表示方法绝对压力（真实压力）：pabsolutepressure表压力：pe（pg）gagepressure真空度：pvvacuumpressure大气压力：pbbarometricpressure绝对真空00pepbpppvpbpe=0第一节概述一、压力的基本概念公称压力、工作压力、设计压力、试验压力1、公称压力PN，MPa与管道系统部件耐压能力有关的参考数值，是指与管道元件的机械强度有关的设计给定压力。1）公称压力——制品在基准温度下的耐压强度，记作PN，单位为MPa。2）基准温度——材料不同，其基准温度也不同。如，钢的基准温度为250°C3）公称压力1.0MPa，记为：PN1.0MPa第一节概述一、压力的基本概念公称压力、工作压力、设计压力、试验压力2、设计压力Pe是指给水管道系统作用在管内壁上的最大瞬时压力。一般采用工作压力及残余水锤压力之和。3、试验压力Ps管道、容器或设备进行耐压强度和气密性试验规定所要达到的压力。4、工作压力Pt是指为了管道系统的运行安全，根据管道输送介质的各级最高工作温度所规定的最大压力。第一节概述一、压力的基本概念公称压力、工作压力、设计压力、试验压力

5、公称压力、工作压力、设计压力之间的关系公称压力是为了设计、制造和使用方便，而人为地规定的一种名义压力。这种名义上的压力的单位实际是压强，压力则是中文的俗称，单位是“Pa”而不是“N”。公称压力英文是nominalpressure（nominalinnameorformbutnotinreality，名义上的，有名无实的）。压力容器的公称压力指的是压力容器法兰的公称压力。压力容器法兰的公称压力一般分成7个等级，即0.25、0.60、1.00、1.60、2.50、4.00、6.40MPa。工作压力由管网水力计算而得出。试验压力＞公称压力＞设计压力＞工作压力设计压力=1.5×工作压力（通常）

第一节概述二、压力表的分类按信号原理可以分为四类液柱式压力计——根据流体静力学原理。可将被测压力转换为液柱高度进行测量。如U型管压力计、单管压力计、斜管微压计等。U型管压力计斜管微压计第一节概述二、压力表的分类按信号原理可以分为四类：弹性法压力测量——根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成弹性元件形变位移。如弹簧管压力计、波纹管压力计、膜盒式压力计等。弹簧管压力计矩形膜盒压力计第一节概述二、压力表的分类按信号原理可以分为四类：电气式压力测量——将被测压力转换成电量（电感、电容、电阻、电位差等），根据电量大小间接测量压力。如电容式压力、压差变送器、霍尔片压力变送器、应变式压力变送器等。带有霍尔片的压力计各种形式的应变式压力变送器第一节概述二、压力表的分类按信号原理可以分为四类：平衡法压力测量——将被测压力转换成活塞上所加平衡砝码的重力进行测量。如活塞式压力计、压力校验台等，普遍作为标准仪器用来对压力计进行校验和刻度。活塞式压力计钟罩式微压计第一节概述二、压力表的分类按信号原理可以分为四类：塑性变形压力测量——基于铜柱或铜球的永久塑性变形进行压力测量。19世纪60年代诺贝尔首次使用铜柱测压器测得膛内火药燃气最大压力后，塑性测压法在“实用弹道学”领域内一直是膛压测量的主要的技术手段。塑性测压法在膛压测量尤其是重武器膛压测量领域。铜柱用含铜量不小于99.97%、含氧量不大于0.02%的纯净电解铜制成。它具有良好的塑性，同一批铜柱的硬度应相同。铜柱测压器分为旋入式和放入式两种。用于压力测量的铜柱第一节概述二、压力表的分类按信号原理可以分为四类：塑性变形压力测量我国过去基本上沿用前苏联20世纪40年代以前的铜柱系列，技术落后且测压范围很小，现在自行研制了具有中国特色的铜柱、铜球测压系列。Φ3.5×8.75mm锥形铜柱测压范围：20MPa~240MPa；Φ3.5×8.75mm柱形铜柱测压范围：250MPa~800MPa；Φ4.763mm铜球测压范围80MPa~600MPa。测量时，将测压器放入弹膛内某位置，火药燃气压力通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，需要对铜柱变形量或铜球压后高进行定度，即获得变形量或压后高与压力之间的对应关系（压力对照表）。第一节概述二、压力表的分类按信号原理可以分为四类：塑性变形压力测量我国过去基本上沿用前苏联20世纪40年代以前的铜柱系列，技术落后且测压范围很小，现在自行研制了具有中国特色的铜柱、铜球测压系列。Φ3.5×8.75mm锥形铜柱测压范围：20MPa~240MPa；Φ3.5×8.75mm柱形铜柱测压范围：250MPa~800MPa；Φ4.763mm铜球测压范围80MPa~600MPa。测量时，将测压器放入弹膛内某位置，火药燃气压力通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，需要对铜柱变形量或铜球压后高进行定度，即获得变形量或压后高与压力之间的对应关系（压力对照表）。5第五章能源与动力学院压力测量概述液柱式压力计弹性式压力计动态压力测量压力传感器及压力系统的标定第二节液柱式压力计一、液柱式压力计概述测量原理液柱式压力计是以液体静力学原理为基础，用于测量低压，负压和压力差。应用范围主要应用于实验室压力测量、现场锅炉烟道、风道各段压力、通过空调系统各段压力的测量。特点结构简单，使用，维修方便，但信号不能远传。第二节液柱式压力计二、U形管压力计根据静力学原理，在管内水平面2-2处的压力相等：p1—被测压力，Paρ—工作液体密度，kg/m3g—重力加速度，g=9.80665m/s2h—液柱高差，m，h=h1+h2p2—大气压力，Pa因此，被测表压力：p2p1U型管液柱压力计h1h2022011Hρ1ρh第二节液柱式压力计二、U形管压力计当测量液体压力（图中绿色为液体）时，要考虑工作液体上面液柱产生的压力。设两侧测压管工作液体上面的液体密度分别为ρ1和ρ2：H—测压点距大气压力B侧工作液柱面的直线距离，m若U型管压力计测量同一介质的两个压力差，因ρ1=ρ2，则有：p2p1U型管液柱压力计h1h2022011Hρ2ρρ1p2p1U型管液柱压力计h1h2022011Hρ2ρρ1p2p1单管液柱式压力计h1h2h第二节液柱式压力计二、U形管压力计测量时，U形管中的工作液面高度差h，必须分别读取两管内液面高度h1和h2然后再相加。若只读一管内液面高度如h1，并用2h1代替h1+h2，则当管子截面h1和h2不等时，会带来误差：又因为：所以：虽然两次读数避免了上述误差，但由于U形液柱压力计的测量准确度受读数精确度和工作液体毛细管作用的影响，仍会产生误差。为了克服U形管测量时两次读数的缺点，产生了把U形管的一根管改换成大直径的杯形容器的单管液柱式压力计。第二节液柱式压力计三、单管液柱式压力计杯形容器的内径D远大于管子的内径d。所以右边液面的下降量将远小于左边液面的上升量，即h2<<h1。得到表压力为：由于D>>d，故d2/D2可以忽略，所以有：单管液柱式压力计只需要一次读数便可得到测量结果。p2p1单管液柱式压力计h1h2h第二节液柱式压力计三、单管液柱式压力计在测量微压时，为了提高灵敏度，可将单管液柱压力计的测量管倾斜放置，但倾斜的角度一般不小于15度，否则液柱易冲散，读数较困难，误差较大。这种倾斜管液柱式压力计，又称倾斜管微压计，其测量范围为0～±2.0×103

Pa，最小可测量到1Pa的微压。一般选用密度小的酒精作为工作液体，以提高精确度。由于测量管是倾斜安装的，对于同样实际液柱高度，在这种微压计上可使供测量的液柱长度增加。因此就使其灵敏度和精确度提高。主要用于检定和校检其他类型的压力表，现场锅炉的烟、风道各段压力与通风空调系统各段压力的测量。p2p1倾斜管微压计h2h1Lhα第二节液柱式压力计三、单管液柱式压力计液柱长度L与测量管测出的垂直液柱高度h1和液柱的实际高度h之间关系表压力为：式中，K—仪器常数，A=ρg(sinα+d2/D2)d、D、ρ都是定值，若倾斜角α也一定时，则A为仪器常数，所以读出L值即可求出压力值。改变α即可改变A值，以适应不同的测量范围。p2p1倾斜管微压计h2h1Lhα第二节液柱式压力计四、多管式压力计多管式压力计适用于同时要测定很多点压力的场合，例如测量流体沿程的压力分布。由一个装有工作液体的大容器和由许多玻璃测压管1连通组成的指示读数盘2构成。大气压力p0与大容器相通，被测压力p1、p2、···、p7分别通入7个测压管中，各管中液柱下降的垂直高度h1、h2、···、h7分别代表所测各压力的表压。如果测量的压力较低，指示读数盘可以像倾斜管微压计那样处于不同的倾角状态。工作液体为水和酒精。多管式压力计能把压力分布形象地显示出来，是流体力学实验中常用的仪器。多管式压力计第二节液柱式压力计五、误差分析1、温度误差——由于环境温度的变化，而引起刻度标尺长度和工作液密度的变化，一般前者可忽略，后者应进行适当修正。β—工作液在t0~t之间的平均膨胀系数，1/°C。2、安装误差——安装时应保证U形管处于严格的垂直位置，在无压力作用下两管液柱应处于标尺零位，否则将产生安装误差。温度误差安装误差重力加速度误差传压介质误差读数误差第二节液柱式压力计五、误差分析3、重力加速度误差——由原理可知，重力加速度也是影响测量准确度的因素之一。4、传压介质误差——在实际使用时，一般传压介质就是被测压力的介质。5、读数误差——读数误差主要是由于U形管内工作液的毛细作用而引起的，为了减少该误差，通常要求测量管的内径一般不小于10mm。温度误差安装误差重力加速度误差传压介质误差读数误差H，φ—使用地点的海拔和纬度，m和°；gn—标准重力加速度，9.80665m/s2；R—地球的公称半径，6356766m。5第五章能源与动力学院压力测量概述液柱式压力计弹性式压力计动态压力测量压力传感器及压力系统的标定第三节弹性式压力计一、弹性式压力计概述弹性式压力计的原理用弹性传感器（又称弹性元件）组成的压力测量仪器为弹性式压力计。弹性元件受压后产生形变输出（力或位移），可以通过传动机构直接带动指针指示压力（或压差），也可以通过某些电器元件组成变送器，实现压力（或压差）信号的远传。弹性式压力计的特点结构简单、牢固可靠、测压范围广、使用方便、造价低廉、有足够的精度，可远传。第三节弹性式压力计二、弹性元件及其特性pX单圈弹簧管pX多圈弹簧管p平面膜片XpX波纹膜片pPX波纹膜盒波纹管Xp第三节弹性式压力计二、弹性元件及其特性单圈弹簧管多圈弹簧管波纹膜片波纹膜盒波纹管第三节弹性式压力计二、弹性元件及其特性弹簧管可用于高、中、低压直到真空度的测量；其他的几种多用于低压和微压（差）的测量。虎克定律：弹性元件在（弹性极限范围内）轴向受到外力作用时，就会产生拉伸和压缩位移：式中，F—轴向外力，N；

C—弹性元件的刚度系数，N/m；

X—弹性元件的形变位移，m。波纹管单圈弹簧管波纹膜片波纹膜盒多圈弹簧管第三节弹性式压力计二、弹性元件及其特性根据压力的定义：式中，A—弹性元件承受压力的有效面积，m2；

p—被测压力，Pa。则有：由于弹性元件通常是工作在弹性特征的线性范围内，既符合虎克定律，可以认为A/C为常数，这样就显示了弹性元件的位移X与被测压力p成线性关系。这样就可以通过测量弹性元件的位移来测量压力。波纹管单圈弹簧管波纹膜片波纹膜盒多圈弹簧管第三节弹性式压力计二、弹性元件及其特性此外，要保证测量的精度，弹性元件的弹性后效，弹性滞后和弹性模度的温度系数要小。（1）弹性后效

在弹性极限内，当作用在弹性元件上的压力去掉时，它也不能立即恢复原状，还有一个数值不大的X。经过一段时间后，才能恢复原状。（2）弹性滞后

弹性滞后是引起测量仪表产生变差的原因。（3）弹性模数的温度系数

材料的弹性模数受温度影响，引起弹性元件的弹性力随温度变化而产生漂移—温漂。波纹管单圈弹簧管波纹膜片波纹膜盒多圈弹簧管第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表弹簧管压力表分多圈及单圈弹簧管式两种压力表。多圈弹簧管式压力表灵敏度高，多用于压力式温度计。单圈弹簧管压力表可用于真空测量，或高达103MPa高压测量，使用范围广，品种型号多。根据测压范围可分为：压力表、真空表、压力真空表。一般精度等级1.0至4.0级，标准表可达0.25级。第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表1、弹簧管测压原理单圈弹簧管压力表的传感器系一弯成圆弧形的空心管子，管子截面呈椭圆形或扁圆形。椭圆的长半轴为a，短半轴为b，管子开口端A固定在仪表接头座，称固定端。压力信号由接头座引入弹簧管内。管子的另一端封闭，称自由段，即位移输出端。弹簧管压力传感器θ0Δθ2b2a第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表1、弹簧管测压原理根据弹性形变原理，中心角的相对变化值Δγ/γ0与被测压力在弹性限度内成比例关系：式中，θ0—原始中心角；θ—任意压力下的中心角；p—被测压力；K—与弹簧管材料、壁厚和几何尺寸有关的函数。常用的材料有铜、磷青铜和不锈钢等，对于薄壁弹簧管（h/b<0.7～0.8）弹簧管压力传感器θ0Δθ2b2a第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表2、弹簧管压力表弹簧管压力表第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表2、弹簧管压力表弹簧管压力表1、弹簧管；2、拉杆；3、扇形齿轮；4、中心齿轮；5、指针；6、面板；7、游丝；8、调整螺钉；9、接头。第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表2、弹簧管压力表弹簧管压力表被测压力p自由端B的位移拉杆2扇形齿轮3逆时针偏转中心齿轮4转动同轴的指针5顺时针转动面板6刻度标尺指示p值游丝7用来压紧扇形齿轮和中心齿轮间的接触面；调整螺钉8的位置，可改变机械传动系统、调整仪表量程。第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表2、弹簧管压力表被测压力由接头9通入，使自由端向右上方扩张。自由端的弹性形变位移有拉杆2使扇形齿轮3做逆时针偏移，于是指针5通过同轴的中心齿轮4的带动而作顺时针偏转，从而在面板6的刻度标尺上显示出被测压力。游丝7的一端与中心齿轮轴固定，另一端在支架上，借助于游丝的弹力使中心齿轮与扇形齿轮始终只有一侧啮合面啮合，这样可以消除扇形齿轮和中心齿轮之间固有啮合间隙而产生的测量误差。扇形齿轮与拉杆相连的一端有开口槽，改变拉杆和扇形齿轮的连接位置，可以改变传动机构的传动比。弹簧管压力表第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表2、弹簧管压力表弹簧管材料随被测压力高低、被测介质化学性质而不同。弹簧管压力表压力<20MPa，采用磷青铜；压力>20MPa，采用不锈钢或合金钢；测量氨气压力必须采用不锈钢弹簧管。第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表3、电接点压力表不仅可实现压力的测量，而且可实现被测压力的高、低压的报警和设备的启、停控制用。电接点压力表1-下限指针；2-指针；3-下限触头；4-动触头；5-上限触头；6-上限指针；7-拨针；8-钥匙；9-弹簧；A、B、C、D、E、F-销。第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表3、电接点压力表指针是可动的接点。两个可调的指针，分别为低限给定指针和高限给定指针。当p≥上限给定的压力值时，动接点和高压给定接点接通，并报警；当p≤下限给定压力时，与低压给定接点接通，并报警。电接点压力表第三节弹性式压力计三、弹簧管压力表3、电接点压力表第三节弹性式压力计四、膜盒式微压计1、金属波纹膜盒；2、连杆；3、铰链块；4、拉杆；5、曲柄；6、转轴；7、指针；8、刻度板；9、铝片；10、游丝膜盒式微压计第三节弹性式压力计四、膜盒式微压计常用于锅炉炉膛负压及尾部的烟道压力测量，测量范围为150~4000Pa。压力传感器采用金属波纹膜盒1。被测压力P对膜盒的作用力，为膜盒弹性形变的反力所平衡。膜盒1在压力P作用下，所产生的膜盒形变位移，由连杆2输出，使铰链块3作顺时针偏转，经拉杆4和曲柄5拖动转轴6及指针7作逆时针偏转，在刻度板8上显示被测压力值，游丝10可消除传动间隙的影响。这类仪表的精度等级一般为2.5级，高的可达1.5级。1、金属波纹膜盒；2、连杆；3、铰链块；4、拉杆；5、曲柄；6、转轴；7、指针；8、刻度板；9、铝片；10、游丝膜盒式微压计第三节弹性式压力计四、膜盒式微压计膜盒式压力传感器膜盒式压力表外形第三节弹性式压力计五、波纹管压力计波纹管是一种具有等间距同轴环状波纹，外周沿轴向有深槽形波纹状褶皱，而可沿轴向伸缩的薄壁圆管。波纹管对微小压力变化更加敏感，相比于弹簧管和膜片，在测量低压时具有更高的灵敏度。根据结构，波纹管可以分为单层和多层两种，多层波纹管具有内部应力小，可承受压力较高，耐受压力大，耐久度高等优点。但是由于各层间存在的摩擦力，迟滞性较强（可达5％～6％）。为了克服该缺陷，改善仪表性能，提高测量精度，同时也为了便于改变仪表量程，可配合刚度比其大5～6倍的弹簧一起使用，将弹簧置于管内，从而将迟滞性降低至1％。波纹管结构示意图第三节弹性式压力计六、误差分析引起弹性式压力计误差的因素较多，如环境的影响、仪表的结构、加工和弹性材料性能的不完善等。误差的形式很多：来自在相同压力下，同一弹性元件正反行程的变形量不一样而产生迟滞误差；由于弹性元件变形落后于被测压力变化，而引起的弹性后效误差；由于仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与弹性元件的变形不完全对应，而产生的间隙误差；仪表的活动部件运动时，相互间有摩擦力也会产生的误差；还有环境温度改变会引起金属材料弹性模量的变化，从而产生误差。5第五章能源与动力学院压力测量概述液柱式压力计弹性式压力计动态压力测量压力传感器及压力系统的标定第四节动态压力测量一、电阻式压力传感器1、基本原理：R=ρl/A（1）普通金属材料

（2）半导体材料当电阻丝受到拉力F作用时，长度l增加，截面A减小，电阻率ρ也相应变化，这都将引起电阻阻值的变化，其相对变化量为由材料力学可知，在弹性范围内，dl/l=ε，dA/A=2δr/r=–2με，可得ε为电阻轴向长度的相对变化量，称为应变，其数值很小，常以微应变度量；μ为电阻丝的泊松比，一般金属μ为0.3～0.5。第四节动态压力测量一、电阻式压力传感器1、基本原理单位应变引起的电阻值变化称为电阻丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化量灵敏系数K受两个因素影响：应变片受力后材料几何尺寸的变化，即1+2μ；应变片受力后材料的电阻率发生的变化，即（dρ/ρ）/ε。对金属材料，1+2μ的值要比（dρ/ρ）/ε大得多，金属电阻丝dρ/ρ的影响可忽略不计，即起主要作用的是应变效应。用金属电阻丝制成的应变片称为金属电阻应变片，并可制成应变式压力传感器。第四节动态压力测量一、电阻式压力传感器1、基本原理对于半导体材料，当外部应力作用于半导体材料时，其晶格间距发生变化，电阻值随之发生变化的现象称为压阻效应。压阻效应引起的电阻变化大小不仅取决于半导体的类型和载流子浓度，还取决于外部应力作用于半导体晶体的方向。由胡克定律可知，材料受到的应力和应变之间的关系为σ=Eεπe为半导体应变片的压阻系数，Pa–1；σ为纵向所受应力，Pa。半导体应变片的电阻变化率δρ/ρ正比于其所受的纵向应变ε半导体材料πeE>>1+2μ压阻效应为主的半导体应变片，其电阻的相对变化率等于电阻率的相对变化，从而制成压阻式压力传感器。第四节动态压力测量一、电阻式压力传感器2、应变片式压力传感器电阻应变片是基于应变效应工作的一种压力敏感元件，为了使应变片能在受压时产生形变，一般和弹性元件以粘贴或非粘贴的形式连接在一起使用。应变片式压力传感器是由弹性元件、应变片以及相应的桥路组成。弹性元件可以是金属膜片、膜盒、弹簧管或其他弹性体；应变片主要有金属丝式、箔式或薄膜等。（a）结构示意图（b）丝式应变片（c）箔式应变片

金属电阻应变片

1-保护膜；2-应变丝；3-基底；4-引线；5-金属箔第四节动态压力测量一、电阻式压力传感器2、应变片式压力传感器应变片式压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。被测压力不直接作用在贴有应变片的弹性元件上，而是传到一个测力应变筒上。被测压力经膜片转换成相应大小的集中力，这个力再传给测力应变筒。应变筒的应变由贴在它上边的应变片测量。R1：沿应变筒的轴向贴放，作为测量片，有压力时，轴向压缩应变，阻值减小R4：沿径向贴放，作为温度补偿片，有压力时，产生拉伸变形，阻值增大（a）传感器结构

（b）应变片测量电路应变片式压力传感器1–外壳；2–应变片；3–应变筒；4–密封膜片第四节动态压力测量三、固体压阻式压力、压差变送器3、固体压阻式压力、压差变送器原理应变片式压力传感器示意图第四节动态压力测量一、电阻式压力传感器2、应变片式压力传感器应变式压力传感器主要用于液体、气体的动态和静态压力的测量，如内燃机管道、动力设备管道的进气口、出气口的压力，以及发动机喷口的压力，枪、炮管内部压力等。由于金属材料具有电阻温度系数，特别是弹性元件和应变片两者的膨胀系数不等，会造成应变片的电阻值随环境温度而变，所以必须要考虑补偿措施。最简单的也是目前最常用的方法是采用4片应变片组成电桥，每片处在同一电桥的不同桥臂上，温度升降将使这些应变片电阻同时增减，从而不影响电桥平衡。当有压力时，相邻两臂的阻值一增一减，使电桥有较大的输出。还可以采用具有温度自补偿功能的应变片实现温度的自补偿，常见的有选择式自补偿应变片、双金属敏感栅自补偿应变片等。第四节动态压力测量一、电阻式压力传感器3、压阻式压力传感器压阻式压力传感器是基于半导体材料(单晶硅)的压阻效应原理制成的传感器，就是利用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制成扩散压敏电阻，当硅膜片受压时，膜片的变形将使扩散电阻的阻值发生变化。硅平膜片上的扩散电阻通常构成桥式测量电路，相对的桥臂电阻是对称布置的，电阻变化时，电桥输出电压与膜片所受压力成对应关系。硅平膜片在圆形硅杯的底部，两边有两个压力腔，分别输入被测差压或被测压力与参考压力。髙压腔接被测压力，低压腔与大气连通或接参考压力。膜片上的两对电阻中，一对位于受压应力区，另一对位于受拉应力区。压阻式压力传感器示意图第四节动态压力测量一、电阻式压力传感器3、压阻式压力传感器为了减小电阻随温度变化引起的误差，在该膜片上常扩散四个等值电阻R（不受压力作用时），以便接桥式输出电路，不但可以获得温度补偿，还可以使输出信号加倍。圆心区域受拉力，扩散电阻阻值增大。边缘区域受压力，扩散电阻阻值减小。四个扩散电阻接成全桥电路，将电阻变化转换成电压输出。全桥不但可以提高电桥灵敏度，还可以抵消半导体电阻随温度变化引起的误差。扩散在硅膜上的电阻的测量电路第四节动态压力测量一、电阻式压力传感器3、压阻式压力传感器为了减小电阻随温度变化引起的误差，在该膜片上常扩散四个等值电阻R（不受压力作用时），以便接桥式输出电路，不但可以获得温度补偿，还可以使输出信号加倍。圆心区域受拉力，扩散电阻阻值增大。边缘区域受压力，扩散电阻阻值减小。四个扩散电阻接成全桥电路，将电阻变化转换成电压输出。全桥不但可以提高电桥灵敏度，还可以抵消半导体电阻随温度变化引起的误差。桥式输出电路硅膜片表面应力分布第四节动态压力测量一、电阻式压力传感器3、压阻式压力传感器压阻式压力传感器的主要优点有：体积小、结构简单，易于微小型化。半导体应变片的灵敏度高，测量范围宽，不仅可测低至十几帕的微压，还可测9.8×108Pa以上的超高压；响应时间可达10–1s数量级，动态特性较好。工作可靠，准确度高，可达±0.02％～0.2％。重复性好，频带较宽，固有频率在1.5MHz以上。广泛用于工业过程检测、汽车、微机械加工、医疗等领域。压阻式压力传感器的半导体电阻值有较大的温度系数，静态非线性误差较大，易产生零点温漂和灵敏性温漂。现在出现的智能压阻式压力传感器，利用微处理器对非线性和温度进行补偿，利用大规模集成电路技术，将传感器与计算机集成在同一个硅片上，兼有信号检测、处理、记忆等功能，从而大大提高了传感器的稳定性和测量准确度。第四节动态压力测量二、电感式压力传感器电感式压力传感器是基于电磁感应原理制成的，通过线圈内磁通介质的磁导率变化，把弹性元件的位移量转换为电路中电感量的变化或互感量的变化，再通过测量线路转变为相应的电流或电压信号。1、自感式压力传感器23231δΔδ213δ（a）变气隙型

（b）变面积型

（b）螺线管型自感式压力传感器原理示意图（1–铁心；2–线圈；3–衔铁）第四节动态压力测量二、电感式压力传感器1、自感式压力传感器线圈2由恒定的交流电源供电后产生磁场，铁心1、衔铁3和气隙组成闭合磁路，由于气隙的磁阻比铁心和衔铁的磁阻大得多，线圈的电感量L可表示为N为线圈的匝数；μ0为空气的磁导率，μ0=4π×10–7H/m。弹性元件与衔铁相连，弹性元件感受到压力产生位移，使气隙宽度δ发生变化，从而使电感量L发生变化。为得到较好的线性特性，衔铁的工作位移限制在较小的范围内。若δ0为传感器的初始气隙，Δδ为衔铁的工作位移，则一般取Δδ=（0.1～0.2）δ0。也可以保持δ不变，使得L为A的单值函数，这样就构成了变面积型电感压力传感器。231δΔδ变气隙型第四节动态压力测量二、电感式压力传感器1、自感式压力传感器当弹性元件的位移较大时，可采用的螺线管型电感传感器。这种传感器结构简单，但驱动衔铁或铁心的压力比较大，线圈电阻的温度误差不易补偿，所以实际应用较少，而往往采用差动式变气隙型电感传感器，它是由共用一个衔铁或铁心的两个简单传感器组合而成的，不但克服了上述简单传感器的缺点，且增大了线性工作范围。差动式变气隙型电感传感器1–铁心；2–线圈；3–衔铁第四节动态压力测量二、电感式压力传感器1、自感式压力传感器变气隙型自感压力传感器结构图1–铁心；2–线圈；3–衔铁；4–膜盒差动式变气隙型电感压力传感器结构图1–铁心；2、3–线圈；4–衔铁；5–弹簧管；6–调机械零点螺钉第四节动态压力测量二、电感式压力传感器2、互感式压力传感器把被测量的变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感传感器。差动变压器本身是个变压器，初级线圈输入交流电压，在次级线圈中产生感应电压，两个次级线圈接成差动的形式，就成为差动变压器。如将变压器的结构加以改造，铁心做成可以活动的，将被测量的变化转换为铁心的位移，就构成了差动变压器式传感器。所以差动变压器是把被测量转换为初级绕组和次级绕组间的互感量变化的装置。差动变压器的结构形式也可分为变气隙型、变面积型和螺线管型几种，在非电量测量中，应用最多的是螺线管型差动变压器。螺线管型差动变压器的结构示意图1–活动铁心；2–导磁外壳；3–骨架；4–匝数为W1的初级绕组；5–匝数为W2a的次级绕组；6–匝数为W2b的次级绕组第四节动态压力测量二、电感式压力传感器2、互感式压力传感器被测压力为零时，铁心处于中间位置，输出为零；当被测压力经接头输入膜盒后，使铁心的位置发生改变，进而使互感发生变化时，两个次绕组的感应电压也随之发生相应的变化，从而使差动变压器输出正比于被测压力的电压。这种微压力传感器可测（–4～6）×104Pa的压力。微压力传感器结构示意图1–接头；2–膜盒；3–底座；4–线路板；5–差动变压器线圈；6–铁心；7–罩壳；8–插头；9–通孔第四节动态压力测量二、电感式压力传感器2、互感式压力传感器变气隙型电感压力传感器的灵敏度要螺线管型电感压力传感器的灵敏度高，但变气隙型的非线性严重，示值范围较小，自由行程受到铁心限制。螺线管型具有较好的线性，示值范围大，自由行程可调整，在批量生产中的互换性好，且灵敏度低的问题可以在放大电路方面加以解决，因此螺线管型电感压力传感器的应用更为广泛。在电感式压力传感器使用过程中，当外界环境温度发生变化时，应考虑温度补偿的问题。此外，电感式压力传感器对电源电压和频率的波动反应较慢，不适合测量高频脉动压力，且应注意线圈的电气参数、几何参数不对称与导磁材料的不对称、不均质等产生的测量误差。第四节动态压力测量三、压电式压力传感器1、压电效应一些晶体在受压时发生机械变形，则在其两个相对表面上就会产生电荷分离，使一个表面带正电荷，另一个表面带负电荷，并相应地有电压输出，当作用在其上的外力消失时，形变也随之消失，其表面的电荷也随之消失，晶体又重新回到不带电时的状态，这种现象称为压电效应。具有压电效应的物体称为压电材料或压电元件，它是压电式压力传感器的核心部件：石英晶体、铌酸锂等单压电晶体；经极化处理后的多晶体，如钛酸钡、锆钛酸铅等压电陶瓷；压电半导体和以聚偏二氟乙烯（PolyvinylideneFluofide，PVDF）为代表的压电聚合物等。第四节动态压力测量三、压电式压力传感器1、压电效应光轴z–z：沿该轴的力不会产生压电效应。电轴x–x：沿该轴的力作用于晶体时产生电荷的压电效应称为纵向压电效应：机械轴y–y：沿该轴的力作用于晶体时产生电荷的压电效应称为横向压电效应：根据石英晶体的轴对称条件，有kx=–ky。（a）石英晶体外形

（b）石英晶体坐标系

（c）石英晶体切片石英晶体结构第四节动态压力测量三、压电式压力传感器1、压电效应电荷qx的符号由Fx是压力还是拉力决定。在片状压电材料的两个电极面上，如果加以交流电压，那么压电元件就能产生机械振动，使压电材料在电极方向上有伸缩现象。压电元件的这种现象称为电致伸缩效应。因为这种效应与压电效应相反，也叫做逆压电效应。（a）沿电轴方向受压力

（b）沿电轴方向受拉力

（c）沿机械轴方向受压力

（d）沿机械轴方向受拉力晶体切片上电荷符号与受力种类和方向的关系第四节动态压力测量三、压电式压力传感器1、压电效应为增强输出信号，压电式传感器往往是将多片压电晶体组合在一起组成一个传感器。由于压电晶片是有极性的，所以有两种组合方式：一种是将晶片同极性的晶面紧贴在一起作为一个输出端，两边的电极用导线连接后作为另一个输出端，形成“并联组合”，这种组合形式电容大、时间常数大，适用于电荷作为输出的场合，多用于测量缓变信号；一种是将正负电荷集中在上、下极板，而中间晶面上的电荷则互相抵消，形成“串联组合”，这种组合形式电容小、时间常数小，适用于电压作为输出的场合，多用于测量瞬变信号。第四节动态压力测量三、压电式压力传感器2、典型的压电式压力传感器为了保证传感器具有良好的长期稳定性和线性度，而且能在较高的环境温度下正常工作，压电元件采用两片xy切型的石英晶片，在电气上采取并联连接。作用在膜片上的压力通过传力块施加到石英晶片上，使晶片产生厚度变形。为了保证在高压力作用下，石英晶片的变形量不受损失，传感器的壳体及后座的刚度要大。从弹性波的传递考虑，采用不锈钢等高声速材料可以把通过传力块及导电片的作用力快速而无损耗地传递到压电元件上。膜片式压电压力传感器优点是不但有较高的灵敏度和分辨率，而且有利于小型化。其缺点是压电元件的预压缩应力是通过拧紧芯体施加的，使膜片产生弯曲变形，造成传感器的线性度和动态性能变坏。当膜片受环境温度影响而发生变形时，压电元件的预压缩应力将会发生变化，出现不稳定输出现象。第四节动态压力测量三、压电式压力传感器2、典型的压电式压力传感器为了克服压电元件在预载过程中引起膜片的变形，采取了预紧筒加载结构。预紧筒是一个薄壁厚底的金属圆筒，通过拉紧预紧筒对石英晶片组施加预压缩应力。在加载状态下用电子束焊将预紧筒与芯体焊成一体。感受压力的薄膜片是后来焊接到壳体上的，它不会在压电元件的预加载过程中发生变形。采用预紧筒加载结构还有一个优点，即在预紧简外围的空腔内可以注入冷却水，降低晶片温度.以保证传感器在较高的环境温度下正常工作。预紧筒加载的压电式压力传感器第四节动态压力测量三、压电式压力传感器2、典型的压电式压力传感器被测压力通过弹性膜片1，以及传力件2和底座3作用于石英片4上。石英片通常为三片，下面的石英片与传力件接触，起到保护的作用，以防止另外两个工作片被挤破。两片工作片之间的金属箔9把负电位导出至导电环8，其正极通过壳体接地。导电环8上的负电荷由导线穿过玻璃导管5和胶玻璃导管6与引出导线接头7连接。两个工作石英片既是感压的弹性元件，也是机电变换元件。测量时，在脉动压力的作用下产生交变的电荷。二者并联连接可以提高传感器的电荷灵敏度；若串联连接，则可提高电压灵敏度。若被测介质温度高于室温，采用冷却水进行冷却。石英晶体压电式传感器结构1–弹性膜片；2–传力件；3–底座；4–石英片；5–玻璃导管；6–胶玻璃导管；7–引出导线接头；8–导电环；9–金属箔；10–火花塞；11–传感器第四节动态压力测量三、压电式压力传感器3、特点及注意事项体积小、质量轻、结构简单、工作可靠，工作温度可在250°C以上。灵敏度高、线性度好，测量准确度多为0.5级和1.0级。测量范围宽，可测100MPa以下的压力。动态响应频带宽，可达30kHz，动态误差小。压电式传感器是一种有源传感器，无须外加电源，可避免电源带来的噪声影响。压电传感器产生的信号非常微弱，输出阻抗很高，必须经过前置放大，把微弱的信号放大，并把高输出阻抗变换成低输出阻抗，才能为一般的测量仪器所接受。因此要求二次仪表的输入阻抗也要很高，且连接时需用低电容、低噪声的电缆。由于在晶体边界上存在漏电现象，故这类压力计不适宜测量缓慢变化的压力和静态压力。压电晶体产生的电荷量很微小，一般为皮库仑级，即使在绝缘非常好的情况下，电荷也会在极短的时间内消失，所以由压电晶体制成的压力计只能用于测量脉冲压力。压电式传感器用于动态压力测量时，被测压力变化的频率太低，环境温度和湿度的改变，都会改变传感器的灵敏度，造成测量误差。基本的变间隙型电容传感器差动结构的变间隙型电容传感器第四节动态压力测量四、电容式压力传感器1、基本原理电容器电容量由它的两个极板的大小、相对位置和电介质的介电常数确定。电容量C为：式中，ε—极板间电解质介电常数；

A—极板有效面积；d—极板间距离。第四节动态压力测量四、电容式压力传感器2、变极距型电容压力传感器若电容的动极板受压产生位移Δd，则电容量将随之改变，其变化量ΔC为当ε和A确定，可以通过测量电容量的变化得到动极板位移量，进而求得被测压力变化。单极板电容式压力、压差传感器1—弹簧膜片；2—固定极板；3—可动极板第四节动态压力测量四、电容式压力传感器3、差动型电容压力传感器被测压力p1>p2分别加于两个膜上通过硅油（膨胀系数小，化学性质稳定，不易气化和凝固的液体）将压力传到测量膜上（特殊合金膜片，例如，合氏合金，蒙耐尔合金），使差动电容的活动电极，左右移动，当测量膜片向右侧移动时，它于两个固定电极间的电容量一个增大一个减小，故称差动电容。通过测量这两个电容来量的变化，可得到压差值。差动型电容压力传感器C1C2d0d0p1p2第四节动态压力测量四、电容式压力传感器3、差动型电容压力传感器差动型电容压力传感器p1p2第四节动态压力测量四、电容式压力传感器3、差动型电容压力传感器设测量膜片在压差Δp的作用下移动距离Δd，由于位移很小，可近似认为Δd和Δp成比例关系，即：式中，K1—比例系数。如无压差作用在测量膜片时，左右固定极板间的距离为d0，则在压差作用下，左右两个固定极板间的距离分别为d0+Δd和d0−Δd，根据平板电容器公式有：式中，K2—由S和ε决定的常数，K2=εS/4π。差动型电容压力传感器C1C2d0+∆dd0-∆dp1p2第四节动态压力测量四、电容式压力传感器3、差动型电容压力传感器联立：可得：式中，K3—比例系数，K3=K1/d0。可见压差Δp与(C2−C1)/(C2+C1)成比例。电容式压差变送器就是将(C2−C1)/(C2+C1)通过电路运算，转换成电压或电流（4~20mA·DC）。V1V2V4第四节动态压力测量四、电容式压力传感器3、差动型电容压力传感器特点：灵敏度高；精度高，其精度有0.2级和0.25级；稳定可靠；量程可调，量程范围宽，由0~1270Pa，到0~42MPa；过载能力强；应有范围广，尤其适应测高静压下的微小压差变化。第四节动态压力测量四、电容式压力传感器4、变面积型电容压力传感器变面积型电容传感器第四节动态压力测量四、电容式压力传感器4、变面积型电容压力传感器变面积型电容压力传感器电容压力传感器第四节动态压力测量五、霍尔式压力传感器1、基本原理霍尔效应将半导体材料制成的薄片平置于垂直磁场中（Z轴方向强度为B）。沿霍尔片的Y轴方向通恒定电流I，由于受电磁力的作用，电子在霍尔片中的运动轨迹会发生偏移，造成霍尔片在X轴方向上一侧显负电，另一侧显正电，从而产生电位差UH，这种现象称霍尔效应，所产生的电势称霍尔电势，这个半导体薄片称为霍尔片或霍尔元件。霍尔效应原理图

dlbUH五、霍尔式压力传感器1、基本原理霍尔效应霍尔电势公式：式中，UH—霍尔电势；KH—霍尔系数；d—霍尔片厚度；b—霍尔片的电流通入端宽度；l—霍尔片电势导出端长度；f(l/d)—霍尔片形状系数。取霍尔系数：当霍尔片材料、结构已定时，霍尔常数RH为常数。霍尔电势UH与B、I成正比，改变B、I可改变UH，一般UH为几十毫伏数量级。第四节动态压力测量霍尔效应原理图

dlbUH第四节动态压力测量五、霍尔式压力传感器2、霍尔压力变送器霍尔片2被置于弹簧管3的自由端，在霍尔片上，下设置一非均匀磁场，它是由磁钢1产生，而霍尔片通入大小一定的直流电流（一般为4~20mA·DC）。被测压力P由弹簧管固定段通入，由于压力不同，其自由端随之改变，因而霍尔片所处的磁感应强度B也随之改变。霍尔电势是磁感应强度的函数，亦是被测压力的函数。霍尔压力变送器实质上是一个位移-电势的变换元件。霍尔式压力传感器1、磁钢；2、霍尔片；3、弹簧管第四节动态压力测量五、霍尔式压力传感器3、注意事项（1）湿度受温度影响较大，在实际当中常采用恒温措施或采用温度补偿措施，例如在电势输出回路中串一温度补偿电桥。（2）要注意减少由于霍尔片两电极不对称焊接引起的不等位电势，因不等位电势的存在，使霍尔片处于正中时，电势输出不为0。霍尔压力变送器与波纹膜盒联用第四节动态压力测量六、力平衡式压力传感器1、基本送器原理力平衡式压力、压差变送器是利用力平衡原理，将弹性元件受压后产生的集中力转化成电信号，此时弹性元件自由端的位移几乎为零。弹性元件的输出信号不受弹性元件的弹性滞后和温漂的影响（特别是弹性材料的弹性模数温度系数大时更显示出其优越性），这种力平衡式变送器的准确度和稳定性都比较高，一般可达到0.2~5.0级。力平衡式压力变送器第四节动态压力测量六、力平衡式压力传感器1、基本送器原理CFi

=sPiMi

=lOAFiθ=ΔM/τd=lOCθIo=KdFf=CIoMf

=lOBFf第四节动态压力测量六、力平衡式压力传感器2、注意事项应说明，力平衡压力变送器虽然因弹性形变很小，而对弹性元件弹性反力的变化不慎敏感，但对杠杆系统任何一处存在的摩擦却是敏感的，它会直接引起误差，造成仪表的灵敏限（死区）和变差。为此，杠杆的支撑点都使用弹簧钢片做成的弹性支撑，以避免摩擦力的引入。力平衡式压力变送器5第五章能源与动力学院压力测量概述液柱式压力计弹性式压力计动态压力测量压力传感器及压力系统的标定第五节压力传感器及压力系统的标定一、标定的分类1、静态标定当被测压力恒定时，测压系统的输出量与输入量之间的关系式s=f（p）称为测压系统的静态响应或静态特性。用试验的方法确定静态特性的工作称为静态标定。主要目的是确定压力系统的线性度、灵敏度、滞后和重复性等静态特性指标。静态标定通常采用比较法，即在恒定温度下，把相对测量仪表（如弹性式压力计和各种压力传感器）的响应与标准压力计或参考压力计的绝对测量仪表（如液柱式压力计、测压天平等）的响应进行比较，从而确定测压系统或仪表的静态特性。第五节压力传感器及压力系统的标定一、标定的分类2、动态标定测压系统或压力传感器对试验信号（如阶跃信号、脉冲信号、正弦信号）的响应称为动态特性，动态标定就是确定压力测量系统或压力仪表的动态特性指标，如频率响应函数、时间常数、固有频率及阻尼比等。动态标定可采用两种方法：通过建立系统的数学模型，然后用试验函数来求动态特性用试验方法来确定动态特性第五节压力传感器及压力系统的标定二、静态压力标定系统1、液柱式压力计压力标定系统压力源由氮气瓶经减压阀减压后提供。由于流量为零时，减压阀不太稳定，因此，在管路上安装了一个泄漏阀。标定压力范围为几Pa到几百kPa。测量中应注意U形管压力计应垂直安装；确保整个系统的密封性能，因为任何泄漏都会造成压力下降；连接管内不应含有寄生流体（在液体情况下为气泡，在气体情况下为凝结物），可使用直径大于8mm的透明连接管，让气泡沿管道上升，在连接管上部装一个排放阀。液柱式压力计压力标定系统1–气瓶；2–减压阀；3–被标定压力表；4–U形管压力计；5–放气阀第五节压力传感器及压力系统的标定二、静态压力标定系统2、活塞式压力计压力标定系统常用校验压力表的标准仪器为活塞式压力表，它的精度等级由0.02，0.05和0.2级，可用来校准0.25级精密压力表，亦可校准各种工业用压力表，被校压力的最高值有0.6，6，60MPa三种。活塞式压力计1、手轮；2、丝杠；3、加压泵活塞；4、工作液体；5、活塞缸；6、托盘；7、砝码；8、活塞；9、标准压力表；10、被校压力表；11、进油阀；12、油杯第五节压力传感器及压力系统的标定二、静态压力标定系统2、活塞式压力计压力标定系统力平衡关系为：

pF=G式中，F—活塞8底面的有效面积；

G—活塞、托盘及砝码总重力，且p=G/F。由此，可以方便而准确的由平衡时所加的砝码的重量求出被测压力。活塞式压力计1、手轮；2、丝杠；3、加压泵活塞；4、工作液体；5、活塞缸；6、托盘；7、砝码；8、活塞；9、标准压力表；10、被校压力表；11、进油阀；12、油杯第五节压力传感器及压力系统的标定二、静态压力标定系统2、活塞式压力计压力标定系统（1）校验点应在测量范围内均匀取3~4个点，一般应选在有刻度数字的大刻度点上。（2）均匀增加至刻度上限，保持上限压力3min，然后均匀降至零压，主要观察指示有无跳动，停止，卡塞现象。（3）单方向增压至校验点后读数，轻敲表壳再读数。（4）重复上述方法，计算出被校表的基本误差、变差、零位和轻敲位移等。活塞式压力计1、手轮；2、丝杠；3、加压泵活塞；4、工作液体；5、活塞缸；6、托盘；7、砝码；8、活塞；9、标准压力表；10、被校压力表；11、进油阀；12、油杯第五节压力传感器及压力系统的标定二、静态压力标定系统2、活塞式压力计压力标定系统应变式、压阻式压力传感器在标定过程中要做到均匀加载和卸载，加砝码时要避免因冲击引起压力值的过冲而影响对传感器的静态滞后特性指标的测定。对于压电式压力传感器，由于标定过程中电荷泄漏引起的电压读数误差总是存在的，为了尽可能地降低这种误差，要保证测量系统具有足够高的绝缘电阻，以防止电荷的泄漏。另外标定过程中要缩短加载时间，可采用快速卸载法来标定压电式压力传感器。活塞式压力计1、手轮；2、丝杠；3、加压泵活塞；4、工作液体；5、活塞缸；6、托盘；7、砝码；8、活塞；9、标准压力表；10、被校压力表；11、进油阀；12、油杯第五节压力传感器及压力系统的标定三、动态压力标定系统产生标准动态压力信号的装置有多种形式，根据其所提供的信号的性质可分为两类，稳态周期性压力信号源活塞与缸筒、凸轮控制喷嘴、声谐振器、验音盘非稳态压力信号源快速卸荷阀、脉冲膜片、闭式爆炸器、激波管及落锤液压动标装置第五节压力传感器及压力系统的标定三、动态压力标定系统1、周期性信号的压力标定系统周期性的压力变化可以通过密闭的体积变化来获得。最简单的密闭的体积变化是依靠活塞和汽缸间的往复运动来实现的。实现活塞和缸之间作往复运动方法通常有两种。采用电磁方法。当流过电磁式压力发生器中的电流呈正弦规律变化时便产生正弦力，使输给传感器的介质压力按正弦规律变化。采用由偏心轮、变速电机等机械装置组成的正弦压力发生器，优点是能提供一个幅值与频率无关的信号，常用来标定谐振频率低的压力测量设备。电磁式正弦压力发生器机械式正弦压力发生器第五节压力传感器及压力系统的标定三、动态压力标定系统2、非稳态校准阶跃信号的压力标定系统通常是依靠激波管产生阶跃的压力信号。激波管在高速气体动力学、气体辐射和吸收、电磁流体力学以及热物理等方面有着广泛的应用。采用激波管进行动态标定的基本原理是，由激波管产生一个阶跃压力来激励被标定的传感器，并将它的输出记录下来，经计算便可求得被标定压力传感器的传递函数。用激波管标定压力传感器时，一般可以标定具有较高固有频率的传感器，其精度可达到5％。激波管动态校准装置示意图第五节压力传感器及压力系统的标定三、动态压力标定系统2、非稳态校准激波管型压力传感器动态标定系统由激波管、激波测速部分、记录部分和高压气源这四部分组成，图中，A1、A2、A3为压电式压力传感器，装在激波管的侧面，其中A1和A2特性相同，用于测量激波速度；Ax和Ay为被校压力传感器（激波管掠过侧面的入射激波阶跃压力和底端面的反射激波阶跃压力）。激波管动态校准装置示意图被校验压力传感器动态响应输出曲线第五节压力传感器及压力系统的标定三、动态压力标定系统2、非稳态校准原理：激波阵面在到达低压腔端面后将反射回来，反射激波阵面后的压力将再次升高到p5，形成新压力阶跃∆p5=p5–p1。被校压力传感器在激波管阶跃压力的激励下做衰减振荡，其波形由数据采集系统记录下来。激波管动态校准装置示意图（a）膜片爆破前情况；（b）膜片爆破后稀疏波反射前情况；（c）稀疏波反射后情况；（d）反射激波波动情况。第五节压力传感器及压力系统的标定三、动态压力标定系统2、非稳态校准落锤液压动标装置组成：半正弦压力源和标准动态压力测试系统。在油缸内形成一个近似于半正弦的压力脉冲，它和膛压曲线上升段相似。调节落锤液压动标装置的工作参数（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。第五节压力传感器及压力系统的标定四、压力表的选择1、选择原则……123456根据被测压力的种类（压力，负压或压差）用途（如标准，指示，记录和远传等）满足测量准确度被测介质的物理和化学性质生产过程所提的要求来选择经济、实用的原则第五节压力传感器及压力系统的标定四、压力表的选择2、仪表量程为了保护压力表，其最高压力值不应超过仪表量程的2/3。若被测压力波动较大，其最高压力值应低于仪表量程的1/2。为了保证实验测量的精度，被测压力的最小值不应低于仪表量程的1/3。123第五节压力传感器及压力系统的标定四、压力表的选择3、压力表的形式选择（1）对于某些特殊的介质，选用专用的压力表（2）在测量一般介质时压力范围压力表形式−4