压力传感器动态标定技巧解析

对压力传感器进行动态标定时，首先需要加一个激励源，即一个特性已知的校准动压信号，这样做的目的是感知压力传感器的输出信号，此后才能通过这些信号测算其频率特征。因为能产生前沿坡度很陡接近理想阶跃函数的压力信号，所以激波管法成为了传感器在标定时应用最为广泛的一种方法。

（一）激波管法的特点

激波管法的特点是结构简单、操作方便、可靠性高，测量标定精度高，通常在4%～5%。

（二）激波管标定装置工作原理

图2-15是激波管标定装置系统原理图。激波管、入射激波测速系统、标定测量系统和气源共同组成了激波管标定装置。

图2-15　激波管标定装置系统原理图

由高压室和低压室组成的激波管是产生激波的核心部分，激波压力的大小是随高压室和低压室之间铝制或者塑料的膜片变化而变化的。激波是由于标定过程中两室之间的压力差到达一定程度，膜片破裂使高压气体迅速膨胀冲入低压室而产生的。这样形成的激波的特性是波阵面压力一直不变，非常接近理想的阶跃波，同时以超音速冲向被标定的传感器。(www.xing528.com)

图2-16中的衰减振荡是传感器按照固有频率在激波的作用下产生的、记录下显示的波形，传感器的动态特性就是由波形决定的。

图2-16　被标定传感器的输出波形

（三）激波管的压力波动

激波管中的压力波动情况如图2-17所示。图2-17（a）所示为膜片爆破前的情况，P4为高压室的压力，P1为低压室的压力。图2-17（b）所示为膜片爆破后稀疏波反射前的情况，P2为膜片爆破后产生的激波压力，P3为高压室爆破后形成的压力，P2和P3的接触面称为温度分界面，分界面两侧的温度不同，但其压力值相等。稀疏波就是在高压室内膜片破碎时形成的波。图2-17（c）所示为稀疏波反射后的情况，当稀疏波波头达到高压室端面时便产生稀疏波的反射，称为反射稀疏波，其压力减小为P6。图2-17（d）所示为反射激波的波动情况，当P2到达低压室端面时也产生反射，压力增大为P5，称为反射激波。P2与P5都是在标定传感器时要用到的参数，视传感器安装装置而定，当被标定的传感器安装在侧面时要用p2，当装在端面时要用P5，二者不同之处在于P5＞P2，但维持恒压时间τ5略小于τ2。

图2-17　激波管中压力波动情况

（a）膜片爆破前的情况；（b）膜片爆破后稀疏波反射前的情况；（c）稀疏波反射后的情况；（d）反射激波的波动情况