多年来随着科学技术的发展,压力传感器的校准形成了一定的理论体系,出现了一系列新的技术。
目前国内外多采用标准TNT药柱作为冲击波压力传感器校准的激励信号,起爆后在一定范围内实际压力值的大小可由理论计算得到,校准不确定度主要取决于理论模型的不确定度和标准TNT药柱的不确定度。目前国内标准TNT药柱不确定度最小为8%,再加上理论模型的不确定度,导致激励信号的合成不确定度大于8%。采取这样的方法校准冲击波压力传感器,显然不能反映测量系统本身的固有特性。25380
采用周期信号进行校准时,传感器的输入与输出信号呈现周期变化的规律。近几年来,用于压力传感器低频动态校准的周期函数发生器在我国应用也比较多。304所、南京航空航天大学等单位研制的驻波管式正弦压力发生器的谐波分量较小,波形保持的较好,主要用于压力探头和压力传感器的低频动态校准[5]。北京理工大学研制出了一种新型的正弦压力发生器,这种正弦压力发生器是将旋转阀门原理和喷管技术相结合,幅值准确度为±5%。另外,北京理工大学研制的入口调制式非谐振空腔式压力发生器压力可达5MPa左右,频率达到1~20kHz左右。国内正在研制的超低频动态压力函数发生器,工作频带达0.01Hz~20Hz。然而周期压力信号对幅值和工作频带的要求十分严格,超过一定范围往往会导致压力波形的恶化[4]。论文网
由于阶跃函数频带较宽,能够充分激发测量系统的模态,因此动态响应特性试验较多采用阶跃信号[6]。20世纪50年代,我国就研制出了专门用来进行压力传感器动态校准的激波管。1979年航天一院计量站建立了完整的激波管动压校准系统[7]。中科院力学研究所曾将激波风洞改造成为50MPa的激波管动压校准系统[5]。中国气动中心80年代中建立了100MPa的高压激波管。1992年兵器部204所和中科院力学所合作研制的高压激波管最大阶跃压力达60MPa~100MPa。校准信号在低频段上的特性很大程度上决定了测试精度[4]。但由于激波管产生的阶跃压力持续时间较短,通常只有4-6ms[8],可校准的下限频率过高,并不能准确的给出零频和低频段传递特性。
半正弦压力信号发生器一般为落锤液压装置,通过落锤击打安装于造压油缸上的活塞,在造压油缸内产生一个类似于半正弦的压力脉冲[9]。南京理工大学研制了适用于高压传感器的准静态校准装置,这种系统采用基于落锤液压校准系统的原理,造压油缸产生的压力范围为10~1000MPa,脉宽范围在2.0ms~10ms左右的半类似正弦压力脉冲,可适用于塑性测压器材(铜柱、铜球)的准动态校准及高压传感器的准静态校准。但该系统低压下限为10MPa,显然不适用于冲击波压力测量系统的校准。美国著名的阿泊丁靶场研制的落锤液压校准装置,其落锤式校准装置的导轨高为2.44m,落锤重量在2.72kg~29.48kg内可调,用于校准液压压力传感器,产生的类似于半正弦压力脉冲信号峰值为3.5~140MPa,脉宽为1ms~12ms[10]。同类校准装置还有瑞士奇石乐公司和奥地利AVL公司弹道部研制的B620落锤法动态压力校准装置,其所能校准范围是1000bar~8000bar,脉宽为2.5ms[11 12 13]。德国主要由联邦物理研究院PTB对动态压力校准技术进行研究,其主要校准的对象是压电式压力传感器及系统,标准装置包括一套快开阀装置和一套落锤式脉冲压力装置。现在主要研究内容是利用激光测量技术进行落锤式脉冲压力绝对法校准[14]。
在准静态校准中,由于压力源无法根据物理关系进行计算而精确获知,南京理工大学采用“比对式”校准的方法,组建了标准压力监测系统对校准试验过程中的压力进行精确监测。
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