壓力測(cè)量技術(shù)課件

13.1概述1、壓力的定義流體或固體垂直作用在單位面積（S）上的力（F）稱為壓力（p），也稱壓強(qiáng)。工程中常采用的壓力有絕對(duì)壓力（pa）、表壓力（pg）、真空（pv）和差壓等幾種。13.1概述1pa、pg、pv與p0之間的關(guān)系pa、pg、pv與p0之間的關(guān)系22、壓力的計(jì)量單位壓力的單位是力和面積的導(dǎo)出單位，而各種單位制中力和面積的單位不同，則壓力的單位也有多種。1）在SI中，壓力的單位是牛頓/米2（N/m2），為帕斯卡或簡(jiǎn)稱帕（Pa），1Pa≈0.1mmH2O（毫米水柱）；2）在CGS制中，壓力的單位是達(dá)因/厘米2（dyn/cm2），簡(jiǎn)稱為巴（bar），1br=0.1Mpa。3）在新標(biāo)準(zhǔn)中，壓力的其他單位，如標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）、千克力/米2（kgf/m2）、托（Torr）、工程大氣壓（at）等。2、壓力的計(jì)量單位33.壓力的分類壓力：靜態(tài)壓力和動(dòng)態(tài)壓力

靜態(tài)壓力：不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢的壓力。

動(dòng)態(tài)壓力：隨時(shí)間變化的壓力。

壓力測(cè)量方法

靜態(tài)壓力測(cè)量：一般采用壓力表、壓力變送器進(jìn)行測(cè)量。3.壓力的分類4

動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量：動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量與靜態(tài)壓力測(cè)量不同。動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量方法

塑性變形測(cè)壓法：利用銅柱或銅球的塑性變形進(jìn)行測(cè)量。彈性變形測(cè)壓法：將敏感元件感受壓力而產(chǎn)生的彈性變形量轉(zhuǎn)換為電量再進(jìn)行測(cè)量。

動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量：動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量與靜態(tài)壓力測(cè)量不同。513.2塑性測(cè)壓法13.2.1概述

膛壓是各類兵器設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、驗(yàn)收中必須測(cè)量一重要參數(shù)，兵器技術(shù)的發(fā)展給膛壓測(cè)量提出了越來越苛刻的要求。由于膛壓變化較快、壓力很高，且伴隨著高溫和振動(dòng)，因此在其測(cè)試方法上有一定的特殊性。測(cè)量方法有兩種：

電測(cè)法；塑性變形法。13.2塑性測(cè)壓法6自19世紀(jì)60年代諾貝爾首次使用銅柱測(cè)壓器測(cè)得膛內(nèi)火藥燃?xì)庾畲髩毫螅话俣嗄陙?，古老的塑性測(cè)壓法在“實(shí)用彈道學(xué)”領(lǐng)域內(nèi)一直是膛壓測(cè)量的主要的技術(shù)手段，至今仍為世界各國(guó)采用，塑性變形測(cè)壓法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）使用方便；（2）操作簡(jiǎn)單；（3）不需要破壞武器。自19世紀(jì)60年代諾貝爾首次使用銅柱測(cè)7

我國(guó)基本上沿用前蘇聯(lián)20世紀(jì)40年代以前的銅柱系列，技術(shù)落后且測(cè)壓范圍很小。在過去的幾個(gè)五年計(jì)劃中，我國(guó)已自行研制了具有中國(guó)特色的銅柱、銅球測(cè)壓系列，改革了我國(guó)引進(jìn)了多批次、多型號(hào)進(jìn)口測(cè)壓器件的混亂狀況。

Φ3.5×8.75mm錐形銅柱測(cè)壓范圍：20MPa~240Mpa；Φ3.5×8.75mm柱形銅柱測(cè)壓范圍：250MPa~800Mpa；Φ4.763mm銅球測(cè)壓范圍80MPa~600Mpa。壓力測(cè)量技術(shù)課件8

銅球測(cè)壓法和銅柱測(cè)壓法的主要差別：

①測(cè)壓試件不同。銅球測(cè)壓法的測(cè)壓試件是具有一定直徑的銅球（鋁球或鐵球），使用前不進(jìn)行預(yù)壓，直接用壓后高作為最大膛壓的量度；

②壓力標(biāo)定的方法不同。銅球壓力表的編制是在能產(chǎn)生模擬膛壓曲線的半正弦壓力波形的動(dòng)態(tài)壓力發(fā)生器上進(jìn)行。

9銅柱標(biāo)定方法：靜標(biāo)體制?！魷y(cè)壓器材壓力標(biāo)定的概念

★靜態(tài)標(biāo)定：

★準(zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定：

★對(duì)電測(cè)傳感器講：

★靜態(tài)標(biāo)定：

★動(dòng)態(tài)標(biāo)定：

★準(zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定：銅柱標(biāo)定方法：靜標(biāo)體制。1013.2.2銅柱測(cè)壓法銅柱用含銅量不小于99.97%、含氧量不大于0.02%的純凈電解銅制成。它具有良好的塑性，同一批銅柱的硬度應(yīng)相同。銅柱測(cè)壓器可分：旋入式測(cè)壓器和放入式測(cè)壓器。13.2.2銅柱測(cè)壓法11

塑性測(cè)壓基本方法為

測(cè)量時(shí)，將測(cè)壓器放入彈膛內(nèi)某位置，火藥燃?xì)鈮毫νㄟ^活塞作用于塑性測(cè)壓器件，使其產(chǎn)生塑性永久變形，為獲得膛壓峰值，需要對(duì)銅柱變形量或銅球壓后高進(jìn)行定度，即獲得變形量或壓后高與壓力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(壓力對(duì)照表)。

塑性測(cè)壓基本方法為12靜標(biāo)銅柱動(dòng)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因：

1)塑性測(cè)壓器件的本構(gòu)關(guān)系。材料的應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系和應(yīng)變速率有關(guān)，這被稱為應(yīng)變率效應(yīng)，即塑性變形的抗力不僅是變形量的函數(shù)，還是變形速率的函數(shù)，隨著應(yīng)變率的增大，材料的屈服極限將提高，即靜態(tài)加載時(shí)屈服極限最低，這就導(dǎo)致在相同壓力情況下，測(cè)壓元件變形量小于靜標(biāo)時(shí)變形量，從而產(chǎn)生負(fù)誤差，銅柱在測(cè)定動(dòng)態(tài)的膛壓時(shí)測(cè)量值要偏低。靜標(biāo)銅柱動(dòng)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因：13

2)測(cè)壓器活塞慣性的影響?；鹚幦?xì)鈮毫νㄟ^測(cè)壓器活塞壓縮測(cè)壓器件的同時(shí)，活塞獲得運(yùn)動(dòng)速度，壓力脈沖消失后，由于活塞的慣性，要繼續(xù)壓縮測(cè)壓器件，產(chǎn)生過沖，從而產(chǎn)生靜動(dòng)差，這種誤差的趨勢(shì)一般可認(rèn)為是正誤差，即測(cè)量值大于真實(shí)的壓力值。壓力測(cè)量技術(shù)課件1413.2.3銅球測(cè)壓法

13.2.3銅球測(cè)壓法15

▲銅球測(cè)壓器的工作過程：在火藥氣體推動(dòng)下，活塞壓縮銅球，使之產(chǎn)生塑性變形。

▲銅球測(cè)壓器分為:旋入式和放入式

▲標(biāo)定體制:準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)體制。準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)可有效地減小靜動(dòng)差，是塑性測(cè)量器材校準(zhǔn)體制改革的方向?！~球測(cè)壓器的工作過程：16

▲

準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)

用已知峰值且波形與膛壓曲線接近的壓力脈沖作用于塑性測(cè)量元件上，得出峰壓和測(cè)壓器材的輸出間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再據(jù)此編出動(dòng)態(tài)壓力對(duì)照表。由于標(biāo)定壓力和待測(cè)壓力有相似的動(dòng)態(tài)特征，得到的響應(yīng)自然也比較接近，因此，準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)可以減小塑性測(cè)壓器材的靜動(dòng)差?！鴾?zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)17▲準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)裝置:落錘液壓動(dòng)標(biāo)裝置

▲壓力源的工作原理:

沿導(dǎo)向系統(tǒng)自由下落的重錘將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，隨后與油缸頂端的精密活塞相撞，通過活塞壓縮油缸內(nèi)的液體在油缸內(nèi)產(chǎn)生壓力，從而將重錘的動(dòng)能又轉(zhuǎn)化為液壓油體積變形的彈性勢(shì)能。當(dāng)動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化時(shí)，重錘與活塞達(dá)到最大壓縮行程，其后由于液壓油的彈性恢復(fù)作用，把活塞與重錘上推，直到重錘跳離活塞，彈性勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為重錘動(dòng)能。這樣在油缸內(nèi)形成一個(gè)近似于半正弦的壓力脈沖，它和膛壓曲線上升段相似。

▲準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)裝置:落錘液壓動(dòng)標(biāo)裝置18壓力測(cè)量技術(shù)課件19這樣在油缸內(nèi)形成一個(gè)近似于半正弦的壓力脈沖，它和膛壓曲線上升段相似。調(diào)節(jié)落錘液壓動(dòng)標(biāo)裝置的工作參數(shù)（重錘質(zhì)量、重錘落高、活塞面積、油缸初始容積等），可以產(chǎn)生不同峰值及脈寬的半正弦脈沖，用作準(zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定的壓力源。▲落錘液壓動(dòng)標(biāo)裝置組成:半正弦壓力源和標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試系統(tǒng)。這樣在油缸內(nèi)形成一個(gè)近似于半正弦的壓力脈沖，20▲準(zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法在油缸四周徑向安裝四只標(biāo)準(zhǔn)電測(cè)壓力傳感器及四只銅柱（球）測(cè)壓器，同時(shí)測(cè)出四只電測(cè)壓力傳感器的壓力峰值及相應(yīng)測(cè)壓器材的輸出值。得到表示峰壓與銅柱變形量（銅球壓后高）間關(guān)系的數(shù)據(jù)對(duì)。在銅柱（球）測(cè)量范圍內(nèi)大致均勻地設(shè)定7—9個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，運(yùn)用多項(xiàng)式回歸技術(shù)可求出峰壓與銅柱變形量（銅球壓后高）的回歸方程，據(jù)此可編出塑性測(cè)壓器材的動(dòng)態(tài)壓力對(duì)照表。為了消除銅柱原始高度差異的影響，測(cè)壓銅柱采用的是峰壓和變形量編表，而不用峰壓和壓后高編表?！鴾?zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法2113.3彈性測(cè)壓法利用敏感元件感受壓力而產(chǎn)生的彈性變形量轉(zhuǎn)換為電量進(jìn)行測(cè)量的。彈性測(cè)壓法按轉(zhuǎn)換原理可分為：▲利用彈性敏感元件的應(yīng)力應(yīng)變特性彈性敏感元件在被測(cè)壓力作用下產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變，利用應(yīng)力、應(yīng)變來測(cè)量壓力的，如應(yīng)變式壓力傳感器等；▲利用彈性敏感元件的壓力集中力特性彈性敏感元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成集中力，利用測(cè)量集中力來測(cè)量壓力的，如壓電式壓力傳感器；▲利用彈性敏感元件的壓力位移特性將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為彈性敏感元件的位移來測(cè)量的，如電容式壓力傳感器；13.3彈性測(cè)壓法22▲利用彈性元件的壓力諧振頻率特性彈性元件在被測(cè)壓力作用下其諧振頻率變化，利用測(cè)量諧振頻率來測(cè)量壓力的，如振動(dòng)筒式壓力測(cè)量系統(tǒng)。13.3.1應(yīng)變式壓力傳感器被測(cè)壓力作用在傳感器的彈性元件上，使彈性元件產(chǎn)生彈性變形，并用彈性變形的大小來量度壓力的大小。由于去載時(shí)彈性變形可恢復(fù)，所以應(yīng)變式測(cè)壓傳感器不僅能測(cè)量壓力的上升段，也能測(cè)量壓力的下降段，能反映出壓力變化的全過程?！脧椥栽膲毫χC振頻率特性23▲應(yīng)變式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成▲使用注意事項(xiàng)1）、在測(cè)量前應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，以獲取測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度及相關(guān)靜態(tài)特性指標(biāo)。2）、使用時(shí)要注意電橋調(diào)平衡。3）、系統(tǒng)抗干擾及絕緣措施。被測(cè)壓力壓電式壓力傳感器靜態(tài)壓力標(biāo)定機(jī)動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀測(cè)量記錄儀器▲應(yīng)變式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成被測(cè)壓力壓電式壓力傳感器靜態(tài)壓力標(biāo)定241.筒式應(yīng)變測(cè)壓傳感器壓力測(cè)量技術(shù)課件25

2.活塞式應(yīng)變測(cè)壓傳感器壓力測(cè)量技術(shù)課件26

13.3.2壓電式壓力傳感器1.活塞式壓電傳感器壓力測(cè)量技術(shù)課件272.膜電式壓電傳感器壓力測(cè)量技術(shù)課件283.壓電式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成被測(cè)壓力壓電式壓力傳感器靜態(tài)壓力標(biāo)定機(jī)電荷放大器測(cè)量記錄儀器3.壓電式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成被測(cè)壓力壓電式壓力傳感器靜態(tài)壓力標(biāo)294.使用注意事項(xiàng)◆注意傳感器及連接電纜線的輸出阻抗、防潮防濕；◆傳感器靈敏度的歸一化處理；◆注意電荷放大器的上、下限頻率選擇；

◆電荷放大器的“工作”及“復(fù)位”開關(guān)的位置；

◆要注意全系統(tǒng)的共地。4.使用注意事項(xiàng)◆注意電荷放大器的上、下限頻率選擇；3013.4動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量的管道效應(yīng)將選擇好的傳感器安裝在需要進(jìn)行壓力測(cè)量的部位，其間有腔室和管道的情況是很多的，甚至是無法避免的，這會(huì)顯著地影響傳感器的頻響特性。管道效應(yīng)會(huì)使壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變壞，甚至?xí)斐蓜?dòng)態(tài)壓力測(cè)量曲線的嚴(yán)重失真，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量時(shí)必須予以考慮。一般應(yīng)盡量減小不必要的腔室容積和管道長(zhǎng)度。13.4動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量的管道效應(yīng)31◆

直管道情況管道長(zhǎng)度應(yīng)與被測(cè)量的最高頻率相匹配。管道的最低縱向共振頻率為c為給定溫度下氣體中的聲速；l為管道長(zhǎng)度。由于一般液體中的聲速要比氣體中的高得多，所以測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量在管道中充滿體。

◆直管道情況c為給定溫度下氣體中的聲速；32◆有腔室和管道的情況在此情況下，系統(tǒng)的頻響特性會(huì)受明顯的影響。腔室的容積及管道的內(nèi)徑和長(zhǎng)度將起主要影響作用，其關(guān)系式為式中，d為管道內(nèi)徑；V為腔室容積?！粲星皇液凸艿赖那闆r3313.5測(cè)壓系統(tǒng)的標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定的目的:確定系統(tǒng)靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的:確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)函數(shù)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率及阻尼比等。13.5.1測(cè)壓系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定常用的靜壓發(fā)生裝置有：活塞式壓力發(fā)生器、杠桿式壓力發(fā)生器及彈簧測(cè)力計(jì)式壓力發(fā)生器。13.5測(cè)壓系統(tǒng)的標(biāo)定34

被標(biāo)定的壓力傳感器或壓力儀表安裝在壓力計(jì)的接頭上。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，加壓油缸的活塞往前移動(dòng)使油缸增壓，并把壓力傳至各部分。當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，將精密活塞連同上面所加的標(biāo)準(zhǔn)砝碼頂起，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)砝碼盤，使精密活塞與砝碼旋轉(zhuǎn)，以減小活塞與缸體之間的磨擦力。此時(shí)油壓與砝碼（連同活塞）的重力相平衡。被標(biāo)定的壓力傳感器或壓力儀表安裝在壓力計(jì)的接頭35傳感器或壓力儀表受到的壓力等于砝碼（連同活塞）的重力與活塞的有效面積之比，可表示為p為油缸的壓力（Pa）；m1為標(biāo)準(zhǔn)砝碼的質(zhì)量（kg）；m2為活塞的質(zhì)量（kg）；D為活塞的直徑（m）；g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋╩/s2）。傳感器或壓力儀表受到的壓力等于砝碼（連同活塞36

▲壓力標(biāo)定過程:標(biāo)定時(shí)，以一定的壓力間距逐點(diǎn)增加壓，記錄下所加的壓力值Pi，以及相應(yīng)的記錄儀器的電壓偏移量Vi，標(biāo)定時(shí)所施加的最大壓力應(yīng)略大于待測(cè)壓力的最大值。然后，再逐次減小壓力，記錄下測(cè)壓系統(tǒng)記錄儀器的電壓偏移量Vi，并重復(fù)3~5次。▲壓力標(biāo)定過程:3713.5.2測(cè)壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)標(biāo)定壓力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)標(biāo)定要解決兩個(gè)問題：①要獲得一個(gè)令人滿意的周期或階躍的壓力源；②要可靠地確定上述壓力源所產(chǎn)生的真實(shí)的壓力-時(shí)間關(guān)系。壓力測(cè)量技術(shù)課件38動(dòng)態(tài)壓力源的分類如下：穩(wěn)態(tài)周期性壓力源，如活塞與缸筒、凸輪控制噴嘴、聲諧振器、驗(yàn)音盤等；非穩(wěn)態(tài)壓力源，如快速卸荷閥、脈沖膜片、閉式爆炸器、激波管及落錘液壓動(dòng)標(biāo)裝置等。

1．穩(wěn)態(tài)標(biāo)定法常見的活塞和缸筒裝置就是一種簡(jiǎn)單的穩(wěn)態(tài)周期性校準(zhǔn)壓力源?；钊\(yùn)動(dòng)源的一種變型是傳動(dòng)膜片、膜盒或彈簧管，通過連桿與管端連接的偏心輪使彈簧管彎曲，這樣來使用彈簧管，效果很好。

動(dòng)態(tài)壓力源的分類如下：穩(wěn)態(tài)周期性壓力源，如活392．非穩(wěn)態(tài)標(biāo)定采用穩(wěn)態(tài)周期性壓力源來確定壓力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性時(shí)，往往受到所能產(chǎn)生的壓力幅值和頻率的限制。高壓和穩(wěn)態(tài)頻率很難同時(shí)獲得。為此，在較高壓力振幅范圍內(nèi)，為了確定壓力傳感器的高頻響應(yīng)特性，必須借助于階躍函數(shù)理論。2．非穩(wěn)態(tài)標(biāo)定40

可采用各種方法來產(chǎn)生所需要的脈沖。最簡(jiǎn)單的一種方法是在液壓源與傳感器之間使用一個(gè)快速卸荷閥，從0上升到90%的全壓力的時(shí)間為10ms。采用脈沖膜片也可獲得階躍壓力。用薄塑料膜片或塑料薄板。把兩個(gè)空腔隔開，由撞針或尖刀使膜片產(chǎn)生機(jī)械損壞。由此發(fā)現(xiàn)，降壓而不是升壓，可產(chǎn)生一個(gè)更接近理想的階躍函數(shù)。降壓時(shí)間約為0.25ms。激波管能產(chǎn)生非常接近的瞬態(tài)“標(biāo)準(zhǔn)”壓力。激波管的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，它是一根兩端封閉的長(zhǎng)管，用膜片分成兩個(gè)獨(dú)立空腔。可采用各種方法來產(chǎn)生所需要的脈沖。最簡(jiǎn)單的一41演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！4213.1概述1、壓力的定義流體或固體垂直作用在單位面積（S）上的力（F）稱為壓力（p），也稱壓強(qiáng)。工程中常采用的壓力有絕對(duì)壓力（pa）、表壓力（pg）、真空（pv）和差壓等幾種。13.1概述43pa、pg、pv與p0之間的關(guān)系pa、pg、pv與p0之間的關(guān)系442、壓力的計(jì)量單位壓力的單位是力和面積的導(dǎo)出單位，而各種單位制中力和面積的單位不同，則壓力的單位也有多種。1）在SI中，壓力的單位是牛頓/米2（N/m2），為帕斯卡或簡(jiǎn)稱帕（Pa），1Pa≈0.1mmH2O（毫米水柱）；2）在CGS制中，壓力的單位是達(dá)因/厘米2（dyn/cm2），簡(jiǎn)稱為巴（bar），1br=0.1Mpa。3）在新標(biāo)準(zhǔn)中，壓力的其他單位，如標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）、千克力/米2（kgf/m2）、托（Torr）、工程大氣壓（at）等。2、壓力的計(jì)量單位453.壓力的分類壓力：靜態(tài)壓力和動(dòng)態(tài)壓力

靜態(tài)壓力：不隨時(shí)間變化或變化非常緩慢的壓力。

動(dòng)態(tài)壓力：隨時(shí)間變化的壓力。

壓力測(cè)量方法

靜態(tài)壓力測(cè)量：一般采用壓力表、壓力變送器進(jìn)行測(cè)量。3.壓力的分類46

動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量：動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量與靜態(tài)壓力測(cè)量不同。動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量方法

塑性變形測(cè)壓法：利用銅柱或銅球的塑性變形進(jìn)行測(cè)量。彈性變形測(cè)壓法：將敏感元件感受壓力而產(chǎn)生的彈性變形量轉(zhuǎn)換為電量再進(jìn)行測(cè)量。

動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量：動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量與靜態(tài)壓力測(cè)量不同。4713.2塑性測(cè)壓法13.2.1概述

膛壓是各類兵器設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、驗(yàn)收中必須測(cè)量一重要參數(shù)，兵器技術(shù)的發(fā)展給膛壓測(cè)量提出了越來越苛刻的要求。由于膛壓變化較快、壓力很高，且伴隨著高溫和振動(dòng)，因此在其測(cè)試方法上有一定的特殊性。測(cè)量方法有兩種：

電測(cè)法；塑性變形法。13.2塑性測(cè)壓法48自19世紀(jì)60年代諾貝爾首次使用銅柱測(cè)壓器測(cè)得膛內(nèi)火藥燃?xì)庾畲髩毫螅话俣嗄陙?，古老的塑性測(cè)壓法在“實(shí)用彈道學(xué)”領(lǐng)域內(nèi)一直是膛壓測(cè)量的主要的技術(shù)手段，至今仍為世界各國(guó)采用，塑性變形測(cè)壓法具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）使用方便；（2）操作簡(jiǎn)單；（3）不需要破壞武器。自19世紀(jì)60年代諾貝爾首次使用銅柱測(cè)49

我國(guó)基本上沿用前蘇聯(lián)20世紀(jì)40年代以前的銅柱系列，技術(shù)落后且測(cè)壓范圍很小。在過去的幾個(gè)五年計(jì)劃中，我國(guó)已自行研制了具有中國(guó)特色的銅柱、銅球測(cè)壓系列，改革了我國(guó)引進(jìn)了多批次、多型號(hào)進(jìn)口測(cè)壓器件的混亂狀況。

Φ3.5×8.75mm錐形銅柱測(cè)壓范圍：20MPa~240Mpa；Φ3.5×8.75mm柱形銅柱測(cè)壓范圍：250MPa~800Mpa；Φ4.763mm銅球測(cè)壓范圍80MPa~600Mpa。壓力測(cè)量技術(shù)課件50

銅球測(cè)壓法和銅柱測(cè)壓法的主要差別：

①測(cè)壓試件不同。銅球測(cè)壓法的測(cè)壓試件是具有一定直徑的銅球（鋁球或鐵球），使用前不進(jìn)行預(yù)壓，直接用壓后高作為最大膛壓的量度；

②壓力標(biāo)定的方法不同。銅球壓力表的編制是在能產(chǎn)生模擬膛壓曲線的半正弦壓力波形的動(dòng)態(tài)壓力發(fā)生器上進(jìn)行。

51銅柱標(biāo)定方法：靜標(biāo)體制?！魷y(cè)壓器材壓力標(biāo)定的概念

★靜態(tài)標(biāo)定：

★準(zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定：

★對(duì)電測(cè)傳感器講：

★靜態(tài)標(biāo)定：

★動(dòng)態(tài)標(biāo)定：

★準(zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定：銅柱標(biāo)定方法：靜標(biāo)體制。5213.2.2銅柱測(cè)壓法銅柱用含銅量不小于99.97%、含氧量不大于0.02%的純凈電解銅制成。它具有良好的塑性，同一批銅柱的硬度應(yīng)相同。銅柱測(cè)壓器可分：旋入式測(cè)壓器和放入式測(cè)壓器。13.2.2銅柱測(cè)壓法53

塑性測(cè)壓基本方法為

測(cè)量時(shí)，將測(cè)壓器放入彈膛內(nèi)某位置，火藥燃?xì)鈮毫νㄟ^活塞作用于塑性測(cè)壓器件，使其產(chǎn)生塑性永久變形，為獲得膛壓峰值，需要對(duì)銅柱變形量或銅球壓后高進(jìn)行定度，即獲得變形量或壓后高與壓力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(壓力對(duì)照表)。

塑性測(cè)壓基本方法為54靜標(biāo)銅柱動(dòng)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因：

1)塑性測(cè)壓器件的本構(gòu)關(guān)系。材料的應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系和應(yīng)變速率有關(guān)，這被稱為應(yīng)變率效應(yīng)，即塑性變形的抗力不僅是變形量的函數(shù)，還是變形速率的函數(shù)，隨著應(yīng)變率的增大，材料的屈服極限將提高，即靜態(tài)加載時(shí)屈服極限最低，這就導(dǎo)致在相同壓力情況下，測(cè)壓元件變形量小于靜標(biāo)時(shí)變形量，從而產(chǎn)生負(fù)誤差，銅柱在測(cè)定動(dòng)態(tài)的膛壓時(shí)測(cè)量值要偏低。靜標(biāo)銅柱動(dòng)態(tài)誤差產(chǎn)生的原因：55

2)測(cè)壓器活塞慣性的影響。火藥燃?xì)鈮毫νㄟ^測(cè)壓器活塞壓縮測(cè)壓器件的同時(shí)，活塞獲得運(yùn)動(dòng)速度，壓力脈沖消失后，由于活塞的慣性，要繼續(xù)壓縮測(cè)壓器件，產(chǎn)生過沖，從而產(chǎn)生靜動(dòng)差，這種誤差的趨勢(shì)一般可認(rèn)為是正誤差，即測(cè)量值大于真實(shí)的壓力值。壓力測(cè)量技術(shù)課件5613.2.3銅球測(cè)壓法

13.2.3銅球測(cè)壓法57

▲銅球測(cè)壓器的工作過程：在火藥氣體推動(dòng)下，活塞壓縮銅球，使之產(chǎn)生塑性變形。

▲銅球測(cè)壓器分為:旋入式和放入式

▲標(biāo)定體制:準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)體制。準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)可有效地減小靜動(dòng)差，是塑性測(cè)量器材校準(zhǔn)體制改革的方向?！~球測(cè)壓器的工作過程：58

▲

準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)

用已知峰值且波形與膛壓曲線接近的壓力脈沖作用于塑性測(cè)量元件上，得出峰壓和測(cè)壓器材的輸出間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再據(jù)此編出動(dòng)態(tài)壓力對(duì)照表。由于標(biāo)定壓力和待測(cè)壓力有相似的動(dòng)態(tài)特征，得到的響應(yīng)自然也比較接近，因此，準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)可以減小塑性測(cè)壓器材的靜動(dòng)差?！鴾?zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)59▲準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)裝置:落錘液壓動(dòng)標(biāo)裝置

▲壓力源的工作原理:

沿導(dǎo)向系統(tǒng)自由下落的重錘將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，隨后與油缸頂端的精密活塞相撞，通過活塞壓縮油缸內(nèi)的液體在油缸內(nèi)產(chǎn)生壓力，從而將重錘的動(dòng)能又轉(zhuǎn)化為液壓油體積變形的彈性勢(shì)能。當(dāng)動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化時(shí)，重錘與活塞達(dá)到最大壓縮行程，其后由于液壓油的彈性恢復(fù)作用，把活塞與重錘上推，直到重錘跳離活塞，彈性勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為重錘動(dòng)能。這樣在油缸內(nèi)形成一個(gè)近似于半正弦的壓力脈沖，它和膛壓曲線上升段相似。

▲準(zhǔn)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)裝置:落錘液壓動(dòng)標(biāo)裝置60壓力測(cè)量技術(shù)課件61這樣在油缸內(nèi)形成一個(gè)近似于半正弦的壓力脈沖，它和膛壓曲線上升段相似。調(diào)節(jié)落錘液壓動(dòng)標(biāo)裝置的工作參數(shù)（重錘質(zhì)量、重錘落高、活塞面積、油缸初始容積等），可以產(chǎn)生不同峰值及脈寬的半正弦脈沖，用作準(zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定的壓力源?！溴N液壓動(dòng)標(biāo)裝置組成:半正弦壓力源和標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試系統(tǒng)。這樣在油缸內(nèi)形成一個(gè)近似于半正弦的壓力脈沖，62▲準(zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法在油缸四周徑向安裝四只標(biāo)準(zhǔn)電測(cè)壓力傳感器及四只銅柱（球）測(cè)壓器，同時(shí)測(cè)出四只電測(cè)壓力傳感器的壓力峰值及相應(yīng)測(cè)壓器材的輸出值。得到表示峰壓與銅柱變形量（銅球壓后高）間關(guān)系的數(shù)據(jù)對(duì)。在銅柱（球）測(cè)量范圍內(nèi)大致均勻地設(shè)定7—9個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定，運(yùn)用多項(xiàng)式回歸技術(shù)可求出峰壓與銅柱變形量（銅球壓后高）的回歸方程，據(jù)此可編出塑性測(cè)壓器材的動(dòng)態(tài)壓力對(duì)照表。為了消除銅柱原始高度差異的影響，測(cè)壓銅柱采用的是峰壓和變形量編表，而不用峰壓和壓后高編表?！鴾?zhǔn)動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法6313.3彈性測(cè)壓法利用敏感元件感受壓力而產(chǎn)生的彈性變形量轉(zhuǎn)換為電量進(jìn)行測(cè)量的。彈性測(cè)壓法按轉(zhuǎn)換原理可分為：▲利用彈性敏感元件的應(yīng)力應(yīng)變特性彈性敏感元件在被測(cè)壓力作用下產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變，利用應(yīng)力、應(yīng)變來測(cè)量壓力的，如應(yīng)變式壓力傳感器等；▲利用彈性敏感元件的壓力集中力特性彈性敏感元件將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換成集中力，利用測(cè)量集中力來測(cè)量壓力的，如壓電式壓力傳感器；▲利用彈性敏感元件的壓力位移特性將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為彈性敏感元件的位移來測(cè)量的，如電容式壓力傳感器；13.3彈性測(cè)壓法64▲利用彈性元件的壓力諧振頻率特性彈性元件在被測(cè)壓力作用下其諧振頻率變化，利用測(cè)量諧振頻率來測(cè)量壓力的，如振動(dòng)筒式壓力測(cè)量系統(tǒng)。13.3.1應(yīng)變式壓力傳感器被測(cè)壓力作用在傳感器的彈性元件上，使彈性元件產(chǎn)生彈性變形，并用彈性變形的大小來量度壓力的大小。由于去載時(shí)彈性變形可恢復(fù)，所以應(yīng)變式測(cè)壓傳感器不僅能測(cè)量壓力的上升段，也能測(cè)量壓力的下降段，能反映出壓力變化的全過程?！脧椥栽膲毫χC振頻率特性65▲應(yīng)變式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成▲使用注意事項(xiàng)1）、在測(cè)量前應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，以獲取測(cè)量系統(tǒng)的靈敏度及相關(guān)靜態(tài)特性指標(biāo)。2）、使用時(shí)要注意電橋調(diào)平衡。3）、系統(tǒng)抗干擾及絕緣措施。被測(cè)壓力壓電式壓力傳感器靜態(tài)壓力標(biāo)定機(jī)動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀測(cè)量記錄儀器▲應(yīng)變式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成被測(cè)壓力壓電式壓力傳感器靜態(tài)壓力標(biāo)定661.筒式應(yīng)變測(cè)壓傳感器壓力測(cè)量技術(shù)課件67

2.活塞式應(yīng)變測(cè)壓傳感器壓力測(cè)量技術(shù)課件68

13.3.2壓電式壓力傳感器1.活塞式壓電傳感器壓力測(cè)量技術(shù)課件692.膜電式壓電傳感器壓力測(cè)量技術(shù)課件703.壓電式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成被測(cè)壓力壓電式壓力傳感器靜態(tài)壓力標(biāo)定機(jī)電荷放大器測(cè)量記錄儀器3.壓電式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成被測(cè)壓力壓電式壓力傳感器靜態(tài)壓力標(biāo)714.使用注意事項(xiàng)◆注意傳感器及連接電纜線的輸出阻抗、防潮防濕；◆傳感器靈敏度的歸一化處理；◆注意電荷放大器的上、下限頻率選擇；

◆電荷放大器的“工作”及“復(fù)位”開關(guān)的位置；

◆要注意全系統(tǒng)的共地。4.使用注意事項(xiàng)◆注意電荷放大器的上、下限頻率選擇；7213.4動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量的管道效應(yīng)將選擇好的傳感器安裝在需要進(jìn)行壓力測(cè)量的部位，其間有腔室和管道的情況是很多的，甚至是無法避免的，這會(huì)顯著地影響傳感器的頻響特性。管道效應(yīng)會(huì)使壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變壞，甚至?xí)斐蓜?dòng)態(tài)壓力測(cè)量曲線的嚴(yán)重失真，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量時(shí)必須予以考慮。一般應(yīng)盡量減小不必要的腔室容積和管道長(zhǎng)度。13.4動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量的管道效應(yīng)73◆

直管道情況管道長(zhǎng)度應(yīng)與被測(cè)量的最高頻率相匹配。管道的最低縱向共振頻率為c為給定溫度下氣體中的聲速；l為管道長(zhǎng)度。由于一般液體中的聲速要比氣體中的高得多，所以測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量在管道中充滿體。

◆直管道情況c為給定溫度下氣體中的聲速；74◆有腔室和管道的情況在此情況下，系統(tǒng)的頻響特性會(huì)受明顯的影響。腔室的容積及管道的內(nèi)徑和長(zhǎng)度將起主要影響作用，其關(guān)系式為式中，d為管道內(nèi)徑；V為腔室容積?！粲星皇液凸艿赖那闆r7513.5測(cè)壓系統(tǒng)的標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定靜態(tài)標(biāo)定的目的:確定系統(tǒng)靜態(tài)特性指標(biāo)，如線性度、靈敏度、滯后和重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)標(biāo)定的目的:確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，如頻率響應(yīng)函數(shù)、時(shí)間常數(shù)、固有頻率及阻尼比等。13.5.1測(cè)壓系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定常用的靜壓發(fā)生裝置有：活塞式壓力發(fā)生器、杠桿式