冲击波压力传感器测试系统的动态标定

平均灵敏度 ( pc/ MPa)
63. 56021
表 4 81645 壁面压力传感器在膜片为中厚膜片时所得到的电荷灵 敏度激波管标定结果 Table 4 Calibration results of pressure - electricity sensitivity in shocktube for 81645 ground pressure sensor . s diaphragm being moderate thick
表3
81645 壁面压力 传感器在膜片为薄膜片时所得到的电荷灵敏度激波管标定结果 Calibration results of pressure - electricity sensitivity in shocktube for 81645 ground pressure sensor. s that diaphragm being thin
第 1期
崔海涛等 : 冲击波压力传感器 测试系统的动态标定
93
图1 Fig. 1
激波管标定压电压力传感器系统配置示意图
Sketch of piezoelectri city pressure sensors system calibration i n shocktube
敏感元件表面的平均超压 $P ( t ) 之比定义为压电压 力传感器的电荷灵敏度 S q q( t) Sq = $ P( t ) ( 1)
Table 3
系统总电容 ( nc) 0. 866 0. 866 0. 866
电压 ( mV) 505 500 495
时间间隔 ( ms) 1. 158 1. 172 1. 172
标定超压 ( MPa) 0. 072771 0. 068235 0. 068235
电荷灵敏度 ( pc/ MPa) 61. 48490 64. 92248 64. 27325
0
引
言 1
来自百度文库1. 1
对压力传感器及其测量系统的标定是为了检验 该系统在冲击波参数测量中的再现性和线性度, 环境 条件的变化引起仪器灵敏度的变化等的影响。 用于冲击波测量的压电压力传感器的标定方法 可以分为四类[ 1, 2] : 电标定、 静压标定、 准静压标定和 动态标定。动态标定是压电压力传感器标定的最好 方法。因为动态标定时, 整个压力传感器和记录系统 的工作状态和实际情况基本一致。
激波管标定压电压力传感器
压电压力传感器 压电压力传感器是一种以压电晶体做敏感元件
的压力传感器, 它可以将压力讯号直接转换为电荷输 出 , 输出量与被测量成正比。 1. 2 激波管法标定压电压力传感器原理 压电压力传感器的输出电荷 q ( t ) 与作用在压电
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收稿日期 : 2003 -06 - 22; 修订日期 : 2003 - 09 -22 作者简介 : 崔海涛 ( 1978- ) , 男 , 河南驻马店市人 , 硕士研究生 . 研究方向 : 动态测试 .
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中图分类号 : TP212. 9
文献标识码 : A
Dynamic calibration of shock wave pressure measurement system
CUI Hai tao, LIU Qing - ming
( Nat ional Key Laboratory for the Prevention and Control of Explosion and Disasters, Beijing Inst itute of Tech nology, Beijing 100081, China) Abstract : This paper mainly introduces the calibration method of piezoelectricity pressure sensors in the pressure field test ing. The sensor used in the testing is made of piezoelectricity crystal and it can directly trans form the pressure signal into electricity signal. Its output is in proport ion to the measured pressure. This kind of sensor has the virtue of large testing pressure range, good linearity, rapid respond, high pressure - electricity sensitivity and less geometrical size. In this paper the calibration method of piezoelectricity pressure sensor is given in the laboratory and in the open -field respectively and is studied contrastively. Key words: pressure field testing; piezoelectricity pressure sensors; calibration; pressure - electricity sen sitivity
第 18 卷
第1 期
2004 年 03 月
流 体 力 学 实 验 与 测 量 Experiments and Measurements in Fluid Mechanics
Vol. 18, No. 1 Mar. , 2004
文章编号 : 1007 - 3124( 2004) 01 - 0092 - 05
94 表1
流
体
力
学
实
验
与
测
量
( 2004) 第 18 卷
81601 壁面压力 传感器在膜片为薄膜片时所得到的电荷灵敏度激波管标定结果 Calibration results of pressure - electricity sensitivity in shocktube for 81601 ground pressure sensor. s that diaphragm being thin
表 2 81601 壁面压力传感器在膜片为中厚膜片时所得到的电荷灵 敏度激波管标定结果 Table 2 Calibration results of pressure - electricity sensitivity in shocktube for 81601 ground pressure sensor. s that diaphragm being moderate thick
表5
81645 壁面压力 传感器在膜片为厚膜片时所得到的电荷灵敏度激波管标定结果 Calibration results of pressure - electricity sensitivity in shocktube for 81645 ground pressure sensor. s that diaphragm being thick
冲击波压力传感器测试系统的动态标定
崔海涛, 刘庆明
( 北京理工大学爆炸灾害预防、 控制国家重点实验室 , 北京 100081)
摘要 : 介绍压力场测试中所采用 的压电压力传感器的标定方法。压力场测试中所 采用的传感 器是一种以 压电 晶体做敏感元件的压力传感器 , 它可 以将压力讯号直接 转换成 电荷输出 , 其 输出量 与被测 量压力 成正比。该 传感 器具有较大的测压范围、 较 好的线性、 快速的上升时间、 高的压力 - 电荷灵敏度和较 小的几何尺 寸。给出了压 电压 力传感器的实验室标定方法和野外使用环境条件下的现场标定方法 , 并进行了对比研究。 关键词 : 压力场测试 ; 压电压力传感器 ; 标定 ; 电荷灵敏度
Table 1
系统总电容 ( nc) 0. 886 0. 886
电压 ( mV) 580 500
时间间隔 ( ms) 1. 14 1. 184
标定超压 ( MPa) 0. 078849 0. 064475
电荷灵敏度 ( pc/ MPa) 65. 17236 68. 70877
平均灵敏度 ( pc/ MPa) 66. 94056
系统总电容 ( nc) 0. 886 0. 886 0. 886 电压 ( mV) 1397 1334 1408 时间间隔 ( ms) 0. 952 0. 952 0. 956 标定超压 ( MPa) 0. 164366 0. 164366 0. 162006 电荷灵敏度 ( pc/ MPa) 75. 30422 71. 90826 77. 00266 74. 73838 平均灵敏度 ( pc/ MPa)
系统总电容 ( nc) 0. 886 0. 886 电压 ( mV) 1380 1420 时间间隔 ( ms) 0. 956 0. 952 标定超压 ( MPa) 0. 162006 0. 164366 电荷灵敏度 ( pc/ MPa) 75. 47136 76. 54402 平均灵敏度 ( pc/ MPa) 76. 00769
再利用理想气体的冲击波关系计算冲击波超压 $P P - P0 $P 2k = = ( M 2 - 1) P0 P0 k+ 1 对于空气, 常取 k = 1. 4, 于是 7 2 $ P = 6 ( M - 1) P 0 M = D C0 ( 4) ( 5) ( 3)
用激波管做传感器的动态标定是最常用的方法 之一, 其实验系统配置见图 1[ 3] 。实验系统中包含空 气激波管、 数字存储示波器 ( DSO) 、 计时传感器、 被标 定的传感器、 微分电路、 气压表、 减压阀和压缩空气瓶 等。被标定的传感器和数字电容表组成电荷测量系 统; 而数字存储示波器 ( DSO) 、 计时传感器和微分电 路组成冲击波超压测量系统。 电荷测量系统直接测量到的是电压 V , 而电荷量 q 由 q = C @ V 计算, 式中 C 为被标定的传感器电容、 电缆电容和本测试系统输入电容之和。 C 值用数字 电容表或数字万用表测出。 激 波管 是产 生 冲击 波的 设备 , 由三 节 内径 约 90mm 的无缝钢管组成, 全长约 3. 5m 。膜片把整个激 波管分成高压段和低压段两部分。标定时, 向高压段 内充压缩空气。当压力超过膜片强度极限时 , 膜片突 然破裂 , 这时在激波管内形成两类波 : 向高压段传入 稀疏波, 和沿低压段传播压缩波。压缩波行进一段距 离后形成一个比较稳定的冲击波, 先经过第一计时传 感器, 再经待标定的压电压力传感器 , 最后经过第二 计时传感器, 此后到达激波管尾部。两个计时传感器 之间的距离 $x 为 500mm, 冲击波通过这段距离的时 间间隔 $t 是直接测量到的, 因而得到两个计时传感 器中点的平均冲击波速度 D = $x $t ( 2)
利用压力测试仪测量压力传感器的电荷量 q= C@ V ( 6) 式中, P 冲击波压力 ( MPa) ; P 0 低压 段的初始压力 , 一般情况下 P 0 = 0. 101325MPa; M 冲击波的马赫数 ; C 0 标定时低 压段的初始音 速 ( m/ s) , 它与温度 有关 ( C 0 = 331. 6+ 0. 54T ) ; T 标定时低压段的初 始温度 ( e ) ; $x 两个计时传感器之间的距离; $t 冲击波通 过两个计时传感器的时间间隔 ; q 系统 的电荷量; C 被标定的传感器电容、 电缆电容和测试系统的输入电 容之和 ; V 电荷测量系统直接测量的电压值。 将得到的 $P 和 q 代入 ( 1) 式, 即可求得传感器 的灵敏度。 1. 3 标定方法及结果 压电压力传感器具有二阶系统特性 , 为了避免系 统过冲对灵敏度的影响, 按压力曲线内外包罗线的平 均电压值计算动态灵敏度。 实验室标定时采用 3 种厚度的膜片产生 3 种不 同的超压, 得到了几个传感器的灵敏度曲线。部分标 定结果如表 1~ 5 及图 2、 3 所示。