激波管法标定压电压力传感器原理

激波管标定压电压力传感器1.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。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tq与作用在压电敏感元件表面的平均超压tP之比定义为压电压力传感器的电荷灵敏度qSqS=tPtq（1）用激波管做传感器的动态标定是最常用的方法之一，其实验系统配置如图1所示。压缩空气瓶膜片气压表和减压阀空气激波管高压段低压段测量段被标定传感器压力测试仪计时传感器B计时传感器A微分电路DSO图1激波管标定压电压力传感器配置示意图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试系统。电荷测量系统直接测量到的是电压V，而电荷量q由VCq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，有三节内径约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，有高压段内充压缩空气。当压力超出膜片强度极限时，膜片突然破裂，这时在激波管内形成两类波:由高压段传入稀疏波，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txD（2）再利用理想气体的冲击波关系计算冲击波超压P1122000MkkPPPPP（3）对于空气，常取4.1k，于是02167PMP（4）0CDM（5）利用压力测试仪测量压力传感器的电荷量VCq（6）式中，P冲击波压力（MPa）；0P为低压段的初始压力，一般情况下MPaP101325.00；M为冲击波的马赫数；0C为标定时低压段的初始音速（m/s）,它与温度有关TC54.06.3310；T为标定时低压段的初始温度（C0）；x为两计时传感器之间的距离；t为冲击波通过两个计时传感器的时间间隔；q为系统的电荷；C为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为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。