第六章 壓力(力)測(cè)試

§6—1概述流體、氣體壓力測(cè)試工作較頻繁，流體、氣體壓力大部分是瞬態(tài)或沖擊的壓力。其延續(xù)時(shí)間在幾分之一秒至萬(wàn)分之幾秒，其變化頻率約為幾十赫至幾千赫不等。最大壓力可達(dá)數(shù)千兆帕。為此必須根據(jù)具體測(cè)試對(duì)象采用適當(dāng)?shù)姆椒ā５诹聣毫?力)的測(cè)試壓力（力）測(cè)試在選擇測(cè)試方法盡量滿足下列要求：1)測(cè)壓測(cè)試系統(tǒng)的頻響要適應(yīng)被測(cè)參數(shù)的頻率特性，使頻率誤差具有足夠小的數(shù)值。2)由于被測(cè)壓力值一般較高，所以測(cè)壓傳感器及其附件夾具等，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，否則會(huì)引起傳感器破壞。但要求傳感器體積不能過(guò)大，不然會(huì)給使用和安裝帶來(lái)困難。3)測(cè)壓傳感器的靈敏度要適中，若靈敏度太高，會(huì)影響整個(gè)測(cè)試設(shè)備的復(fù)雜程度和增加消除干擾的困難。4)測(cè)壓傳感器的信號(hào)輸出應(yīng)該是線性的，這對(duì)一些測(cè)壓傳感器來(lái)說(shuō)是可以滿足要求的。但必須指出，在設(shè)計(jì)傳感器夾具、外殼及夾持方式時(shí)，常因沒(méi)有考慮這些問(wèn)題而使線性破壞，從而使壓力的標(biāo)定和處理工作復(fù)雜化，同時(shí)還會(huì)引起誤差的增加。5)測(cè)壓傳感器的外形尺寸應(yīng)盡量小，使傳感器在被測(cè)體上安裝不致引起干涉。壓力可分為: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（如脈動(dòng)壓力、爆炸沖擊波壓力等）。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。壓力的分類(lèi)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)量方法包括：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。常用壓力檢測(cè)儀表液柱式壓力計(jì)彈性壓力計(jì)類(lèi)別名稱(chēng)示意圖壓力測(cè)量范圍kPa輸出特性動(dòng)態(tài)性質(zhì)最小最大時(shí)間常數(shù)/s自振頻率/Hz薄膜式平薄膜0～100～10510-5～10-210～104波紋膜0～10-30～10310-2～10-110～102撓性膜0～10-50～10210-2～11～102波紋管式波紋管0～10-30～10310-2～10-110～102彈簧管式單圈彈簧管0～10-10～106－100～103多圈彈簧管0～10-20～105－10～102壓力(力)的測(cè)試方法很多，但比較成熟的方法大致有以下幾種：1)塑性測(cè)壓法；2)應(yīng)變測(cè)壓法；3)壓電測(cè)壓法；4)壓阻測(cè)壓法；5)電容測(cè)壓法；6)電感測(cè)壓法。上述測(cè)試方法，應(yīng)用最普遍的是應(yīng)變測(cè)壓法壓電測(cè)壓法、及壓阻測(cè)壓法。§6—2應(yīng)變式測(cè)壓法

應(yīng)變測(cè)壓法，是利用應(yīng)變式壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成應(yīng)變信號(hào)，再通過(guò)應(yīng)變僅將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并放大輸出給記錄儀器記錄。應(yīng)變式測(cè)壓法適合于在壓力作用時(shí)間校長(zhǎng)的條件下使用。應(yīng)變式測(cè)壓傳感器以彈性變形為基礎(chǔ)。被測(cè)壓力作用在傳感器的彈性元件上，使彈性元件產(chǎn)生變形，并用彈性應(yīng)變的大小來(lái)表示壓力的大小。由于去載時(shí)彈性變形是可以恢復(fù)的，所以它不僅能測(cè)試壓力的上升段，也可測(cè)其下降段，從而反映壓力變化的全過(guò)程。彈性測(cè)壓法是基于虎克定律，即應(yīng)變式測(cè)壓傳感器，按其結(jié)構(gòu)可分為：

膜片式

薄壁圓筒活塞式（柱形圓筒）被測(cè)壓力應(yīng)變式壓力傳感器壓力標(biāo)定機(jī)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1)測(cè)壓彈性元件是膜片式的，受壓后膜片變形，使膜片上的應(yīng)變片阻值發(fā)生與壓力成正比的變化。——設(shè)計(jì)的三個(gè)假設(shè)

當(dāng)流體的壓力作用在薄板上，薄板就會(huì)產(chǎn)生形變(應(yīng)變)，貼在另一側(cè)的應(yīng)變片隨之形變(應(yīng)變)，通過(guò)橋式等測(cè)量電路，可以測(cè)出與應(yīng)變相對(duì)應(yīng)的輸出電壓，從而得到壓力的大小。這種傳感器的最大固有頻率可達(dá)30kHz的范圍內(nèi)。

薄圓板受均勻壓力后的應(yīng)變分布薄圓板受均勻壓力后的應(yīng)變方向應(yīng)變分析

對(duì)于半徑為r0沿圓周固定的模片，片內(nèi)任意半徑r處在壓強(qiáng)P的作用下的應(yīng)變(膜厚為h)為:切向應(yīng)變(與半徑垂直)只有拉伸徑向應(yīng)變(指向圓心)可拉可壓(可正可負(fù))薄圓板受均勻壓力后的應(yīng)變分布特點(diǎn)正應(yīng)變最大徑向負(fù)應(yīng)變最大徑向應(yīng)變片貼片必須避開(kāi)貼片位置

在εt=－εr的兩個(gè)半徑處分別粘貼２個(gè)于檢測(cè)徑向應(yīng)變和切向應(yīng)變的應(yīng)變片，構(gòu)成全差動(dòng)電橋。R1R2R3R4等半徑貼片R1R2R3R4不等半徑貼片同等條件應(yīng)變較大。亦可選擇εr1

=－εr21－溫度補(bǔ)償電阻；2－接線板；3－組合應(yīng)變片平膜式壓力傳感器4－膜片；5－連接管2)測(cè)壓彈性元件是一彈性薄壁圓筒，受壓后膨脹，則貼在彈性筒上的應(yīng)變片的阻值產(chǎn)生與壓力值成正比的變化?？涨皇綉?yīng)變測(cè)壓傳感器的固有頻率要受填充在應(yīng)變筒空腔中的油柱的限制。這種傳感器的固有頻率在5至7kHz在的范圍內(nèi)。DD0P筒式壓力傳感器零應(yīng)變用于溫度補(bǔ)償環(huán)向應(yīng)變?chǔ)舙3)測(cè)壓彈性元件是柱形圓筒，受軸向壓力后，產(chǎn)生軸向變形。

活塞式應(yīng)變測(cè)壓傳感器主要是通過(guò)活塞桿，而不是通過(guò)油脂傳遞壓力的，所以它的固有頻率比較高，一般可達(dá)10、15kHz?；钊馁|(zhì)量愈輕，活塞桿的剛度愈大，則固有頻率愈高。工作應(yīng)變片（一片或兩片）沿軸向貼在應(yīng)變管的中部。溫度補(bǔ)償片可沿應(yīng)變管周向粘貼。電橋連接方式6—3壓電式測(cè)壓法

壓電式測(cè)壓法適合于壓力作用時(shí)間短的情況下使用，除了用其測(cè)試火藥氣體壓力以外，也可用來(lái)測(cè)試液體和氣體的壓力。壓電效應(yīng)：有一些電介質(zhì)的晶體，當(dāng)它們受到機(jī)械力的作用而發(fā)生變形時(shí)，會(huì)發(fā)生極化，導(dǎo)致晶體表面上出現(xiàn)束縛電荷，所產(chǎn)生的電荷和外力成正比。

可以利用壓電效應(yīng)把機(jī)械量——力(壓力)變換為電量——電荷(電壓)，這就是壓電測(cè)壓傳感器的基本原理。壓電晶體是一種力敏感元件，它可以把力、應(yīng)力、加速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)化為電量以進(jìn)行非電量的電測(cè)。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壓力標(biāo)定機(jī)電荷放大器電壓放大器測(cè)量記錄儀器提高靈敏度的方法在壓電式傳感器中，壓電元件常用兩片或兩片以上組合在一起。由于存在極性，因此有兩種連接方法。1）并聯(lián)法

兩壓電片的負(fù)極都集中在中間電極上，正電極在兩邊的電極上，這種連接方法稱(chēng)為并聯(lián)。輸出電容C‘為單片電容的n倍；輸出電壓U等于單片電壓Ua；極板上電荷量Q’為單片電荷量Q的n倍，即

Q＇=nQ

U=Ua

C＇=nCa

壓電式壓力傳感器2)串聯(lián)法正電荷集中在上極板，負(fù)電荷集中在下極板，而中間的極板上片產(chǎn)生的負(fù)電荷與下片產(chǎn)生的正電荷相互抵消，這種接法稱(chēng)為串聯(lián)。

Q＇=Q

U=nUaC＇=3）比較：

●并聯(lián)接法輸出電荷大，本身電容大（因而接上負(fù)載后時(shí)間常數(shù)大），宜用于以電荷作為輸出量的場(chǎng)合，相對(duì)來(lái)說(shuō)允許被測(cè)對(duì)象變化頻率稍低?！翊?lián)接法輸出電壓大，本身電容小，宜用于以電壓作為輸出量的場(chǎng)合，要求后續(xù)電路有較大的輸入阻抗。壓電傳感器的等效電路

1）測(cè)量系統(tǒng)框圖2）等效電路Ra為傳感器的漏電阻；Cc為連接電纜的分布電容；Ri為相連放大器的輸入電阻；Ci為相連放大器的輸入電路。3）壓電傳感器的靈敏度壓電式傳感器的靈敏度有兩種表示方式：電荷靈敏度Kq、電壓靈敏度Ku。

●電壓靈敏度：?jiǎn)挝粰C(jī)械量（力）作用時(shí)的傳感器輸出電壓值；

●電荷靈敏度：?jiǎn)挝粰C(jī)械量（力）作用時(shí)的傳感器輸出電荷量。●兩者之間關(guān)系：可通過(guò)壓電元件（或傳感器）的電容Ca聯(lián)系起來(lái)，有：壓電測(cè)壓傳感器是發(fā)電型的變換器。壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷很少，為保證壓電晶體產(chǎn)生的電荷不會(huì)泄漏掉，要重視整個(gè)傳感器的電絕緣性能。絕緣零件應(yīng)當(dāng)用聚四氟乙烯、聚苯或有機(jī)玻璃等高絕緣性能的材料制作。為防止沿表面漏電，零件表面要光潔，在裝配前用汽油、酒精或丙酮、四氯化碳清洗2、3次，并把清洗好的零件在60～80℃的溫度下烘烤一小時(shí)。裝配后的絕緣電阻應(yīng)大于1011歐。裝配時(shí)應(yīng)當(dāng)給壓電晶體一定的預(yù)壓力，預(yù)壓力的大小約2．5MPa左右。預(yù)壓力的作用是消除壓電晶體片、活塞、壓塊之間的間隙，防止壓電晶體因撞擊而受損壞，并可以提高測(cè)壓傳感器的固有頻率。（壓電傳感器安裝時(shí)要用扭力扳手）壓電測(cè)壓傳感器的固有頻率和以下的因素有關(guān)：1．傳感器的活動(dòng)零件，如活塞等的質(zhì)量越小，剛度越大，則傳感器的固有頻率越高。2．傳感器殼體的剛度越大，零件的緊因性越好，則固有頻率越高。

壓電傳感器的固有頻率—般可達(dá)25～100kHz。壓電測(cè)壓傳感器時(shí)高頻特性是較好的，可以滿足測(cè)試火藥氣體壓力的要求。但是，壓電測(cè)壓傳感器在測(cè)試緩慢的壓力變化時(shí)，卻可能會(huì)引入較大的誤差，壓電測(cè)壓傳感器的低頻特性不好，這是壓電傳感器的一個(gè)缺點(diǎn)。產(chǎn)生這個(gè)缺點(diǎn)的原因在于靜電荷泄漏。很明顯，壓電傳感器的絕緣電阻也不可能是無(wú)限大的；測(cè)試電路輸入的阻抗也不可能是無(wú)限大的，這樣就不可避免的要發(fā)生靜電荷的泄漏，破壞了壓力和電量(電壓)之間的正比關(guān)系。在測(cè)試快速變化過(guò)程時(shí)，由于持續(xù)時(shí)間短，漏電的影響不大；但是對(duì)于緩慢變化的過(guò)程，漏電可能產(chǎn)生較大的誤差。1）由于壓電傳感器的輸出信號(hào)非常微弱，需將其輸出電信號(hào)進(jìn)行放大才能測(cè)量出來(lái)；2）壓電傳感器的內(nèi)阻抗相當(dāng)高，不是普通放大器能放大的，需進(jìn)行阻抗匹配；3）連接電纜的長(zhǎng)度、噪聲對(duì)系統(tǒng)輸出有明顯影響。測(cè)量電路

壓電式傳感器的輸出可以是電壓信號(hào)，也可以是電荷信號(hào)。當(dāng)采用電壓輸出信號(hào)時(shí)，這時(shí)把傳感器看作電壓發(fā)生器；當(dāng)采用電荷輸出信號(hào)時(shí)，這時(shí)把傳感器看作電荷發(fā)生器。

放大器有兩種形式：●電壓放大器，●電荷放大器

兩種放大器的主要區(qū)別：●使用電壓放大器時(shí)，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)電纜電容的變化非常敏感，尤其是連續(xù)電纜長(zhǎng)度變化更為明顯；

●使用電荷放大器時(shí)，電纜長(zhǎng)度變化的影響差不多可以忽略不計(jì)。

電荷放大器的作用是將壓電傳感器輸出的電荷量進(jìn)行電荷-電壓轉(zhuǎn)換、放大和歸一后以電壓量輸出，供采集和分析儀器輸入。1）注意傳感器及連接電纜線的輸出阻抗、防潮防濕；2）傳感器靈敏度的歸一化處理；3）注意電荷放大器的上、下限頻率選擇；4）電荷放大器的“工作”及“復(fù)位”開(kāi)關(guān)的位置；5）要注意全系統(tǒng)的共地。使用注意事項(xiàng)：由于壓電加速度計(jì)是高阻抗輸出產(chǎn)品，配套的電荷放大器也必須與之匹配，輸入阻抗一般均大于109，如要得到良好的低頻測(cè)量效果和低噪聲，甚至要大于1012以上。需要注意的是電荷放大器的靈敏度設(shè)置問(wèn)題——?dú)w一化。將電荷放大器上的傳感器靈敏度選擇旋鈕設(shè)置為所使用的傳感器靈敏度系數(shù)的值，即傳感器靈敏度歸一化。

（前面板上端的三個(gè)波段開(kāi)關(guān)設(shè)置）中間的一個(gè)波段開(kāi)關(guān)是用來(lái)選擇被測(cè)的振動(dòng)加速度和電荷放大器的輸出電壓的比例系數(shù)（即工程單位）而設(shè)定的選擇旋鈕。歸一化后，工程單位旋鈕所對(duì)應(yīng)的擋位值，即為被測(cè)量值和電荷放大器輸出電壓的比例系數(shù)，如測(cè)得電荷放大器輸出電壓的大小，可用此系數(shù)直接計(jì)算得到所測(cè)量參量的大小。

例如：某壓電式壓力傳感器的靈敏度為：20pC/MPa。

按照壓電加速度傳感器的靈敏度調(diào)節(jié)電荷放大器的輸入靈敏度，這個(gè)工作叫歸一化。調(diào)節(jié)輸出增益為100mv，則每MPa輸出100mv，調(diào)節(jié)為10mv則每MPa輸出10mv?！?-4壓阻式測(cè)壓法固體受力后電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱(chēng)為壓阻效應(yīng)。壓阻式壓力傳感器是基于半導(dǎo)體材料(單晶硅)的壓阻效應(yīng)原理制成的傳感器，就是利用集成電路工藝直接在硅平膜片上按一定晶向制成擴(kuò)散壓敏電阻，當(dāng)硅膜片受壓時(shí)，膜片的變形將使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化。硅平膜片上的擴(kuò)散電阻通常構(gòu)成橋式測(cè)量電路，相對(duì)的橋臂電阻是對(duì)稱(chēng)布置的，電阻變化時(shí)，電橋輸出電壓與膜片所受壓力成對(duì)應(yīng)關(guān)系。硅平膜片在圓形硅杯的底部，其兩邊有兩個(gè)壓力腔，分別輸入被測(cè)差壓或被測(cè)壓力與參考?jí)毫?。髙壓腔接被測(cè)壓力，低壓腔與大氣連通或接參考?jí)毫?。膜片上的兩?duì)電阻中，一對(duì)位于受壓應(yīng)力區(qū)，另一對(duì)位于受拉應(yīng)力區(qū)。壓阻式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成被測(cè)壓力壓阻式壓力傳感器壓力標(biāo)定機(jī)電壓放大器測(cè)量記錄儀器被測(cè)壓力壓阻式壓力傳感器壓力標(biāo)定機(jī)電阻應(yīng)變儀測(cè)量記錄儀器電容式測(cè)壓方法同上電感式測(cè)壓方法同上電容式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成——微小壓力（力）被測(cè)壓力電容式壓力傳感器壓力標(biāo)定機(jī)放大器測(cè)量記錄儀器放大器：交流橋路調(diào)制放大器（頻率調(diào)制、脈寬調(diào)制）補(bǔ)充：電容測(cè)量系統(tǒng)的主要性能、特點(diǎn)（一）

主要性能1、

靜態(tài)靈敏度是被測(cè)量緩慢變化時(shí)傳感器電容變化量與引起其變化的被測(cè)量變化之比。對(duì)于變極距型其靜態(tài)靈敏度kg為

可見(jiàn)其靈敏度是初始極板間距的函數(shù)，同時(shí)還隨被測(cè)量而變化。減小δ可以提高靈敏度。但δ過(guò)小易導(dǎo)致電容器擊穿（空氣的擊穿電壓為3kV／mm）?？稍跇O間加一層云母片（其擊穿電壓大于103kV/mm）或塑料膜來(lái)改善電容器耐壓性能。一般δ＝0.1～1mm左右，

Δδ/δ≈0.01～0.1。實(shí)際應(yīng)用中，為了提高傳感器的靈敏度、增大線性工作范圍和克服外界條件（如電源電壓、環(huán)境溫度等）的變化對(duì)測(cè)量精度的影響，常常采用差動(dòng)型電容式傳感器。此類(lèi)電容傳感器僅適于微小位移的測(cè)量（0.01μm～數(shù)百微米）；非接觸測(cè)量。對(duì)于變面積型其靜態(tài)靈敏度為常用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度、位移、液位，還可根據(jù)極板間介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變來(lái)測(cè)量溫度、濕度、容量等。

顯然，輸出電容?C與被測(cè)量之間是非線性關(guān)系。只有當(dāng)(?δ/δ<<1時(shí)，略去各非線性項(xiàng)后才能得到近似線性關(guān)系為C＝C0(?δ/δ)。由于δ取值不能大，否則將降低靈敏度，因此變極距型電容式傳感器常工作在一個(gè)較小的范圍內(nèi)（1cm至零點(diǎn)幾mm），而且?δ最大應(yīng)小于極板間距δ的1/5～1/10。2、非線性對(duì)變極距型電容式傳感器，當(dāng)極板間距變化時(shí)，其電容量的變化：可見(jiàn)，差動(dòng)式的非線性得到很大改善，靈敏度也提高了一倍。如果電容式傳感器輸出量采用容抗XC=1/(ωC)，那么被測(cè)量?δ就與?XC成線性關(guān)系，不需要滿足?δ<<δ這一要求了。在忽略邊緣效應(yīng)時(shí)，變面積型和變介電常數(shù)型（測(cè)厚除外）電容式傳感器具有很好的線性，但實(shí)際上由于邊緣效應(yīng)引起極板或極筒間電場(chǎng)分布不均勻，導(dǎo)致非線性問(wèn)題仍然存在，且靈敏度下降，但比變極距型好得多。

采用差動(dòng)形式，并取兩電容之差為輸出量?C（二）

特點(diǎn)1．溫度穩(wěn)定性好傳感器的電容值一般與電極材料無(wú)關(guān)，僅取決于電極的幾何尺寸，且空氣等介質(zhì)損耗很小，因此只要從強(qiáng)度、溫度系數(shù)等機(jī)械特性考慮，合理選擇材料和幾何尺寸即可，其他因素(因本身發(fā)熱極小)影響甚微。而電阻式傳感器有電阻，供電后產(chǎn)生熱量；電感式傳感器存在銅損、渦流損耗等，引起本身發(fā)熱產(chǎn)生零漂。2．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造。能在高低溫、強(qiáng)輻射及強(qiáng)磁場(chǎng)等各種惡劣的環(huán)境條件下工作，適應(yīng)能力強(qiáng)，尤其可以承受很大的溫度變化，在高壓力、高沖擊、過(guò)載等情況下都能正常工作，能測(cè)超高壓和低壓差，也能對(duì)帶磁工件進(jìn)行測(cè)量。此外傳感器可以做得體積很小，以便實(shí)現(xiàn)某些特殊要求的測(cè)量。3．動(dòng)態(tài)響應(yīng)好電容式傳感器由于極板間的靜電引力很小，（約幾個(gè)10-5N），需要的作用能量極小，又由于它的可動(dòng)部分可以做得很小很薄，即質(zhì)量很輕，因此其固有頻率很高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短，能在幾MHz的頻率下工作，特別適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。又由于其介質(zhì)損耗小可以用較高頻率供電，因此系統(tǒng)工作頻率高。它可用于測(cè)量高速變化的參數(shù)，如測(cè)量振動(dòng)、瞬時(shí)壓力等。4．可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量、具有平均效應(yīng)當(dāng)被測(cè)件不能允許采用接觸測(cè)量的情況下,電容傳感器可以完成測(cè)量任務(wù)。當(dāng)采用非接觸測(cè)量時(shí),電容式傳感器具有平均效應(yīng),可以減小工件表面粗糙度等對(duì)測(cè)量的影響。電容式傳感器除上述優(yōu)點(diǎn)之外，還因帶電極板間的靜電引力極小，因此所需輸入能量極小，所以特別適宜低能量輸入的測(cè)量，例如測(cè)量極低的壓力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很靈敏，分辨力非常高，能感受0.001m甚至更小的位移。

不足：1．輸出阻抗高，負(fù)載能力差

直流電阻趨于無(wú)窮大，交流阻抗1/(jωC)由于C一般較小，當(dāng)頻率ω不太高時(shí)交流阻也很大。電容式傳感器的容量受其電極幾何尺寸等限制，一般為幾十到幾百pF，使傳感器的輸出阻抗很高，尤其當(dāng)采用低頻范圍內(nèi)的交流電源時(shí)，輸出阻抗高達(dá)106～108Ω。因此傳感器負(fù)載能力差，易受外界干擾影響而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法工作，必須采取屏蔽措施，從而給設(shè)計(jì)和使用帶來(lái)不便。容抗大還要求傳感器絕緣部分的電阻值極高（幾十MΩ以上），否則絕緣部分將作為旁路電阻而影響傳感器的性能（如靈敏度降低），為此還要特別注意周?chē)h(huán)境如溫濕度、清潔度等對(duì)絕緣性能的影響。高頻供電雖然可降低傳感器輸出阻抗，但放大、傳輸遠(yuǎn)比低頻時(shí)復(fù)雜，且寄生電容影響加大，難以保證工作穩(wěn)定。2．寄生電容影響大傳感器的初始電容量很小，而其引線電纜電容(l～2m導(dǎo)線可達(dá)800pF)、測(cè)量電路的雜散電容以及傳感器極板與其周?chē)鷮?dǎo)體構(gòu)成的電容等“寄生電容”卻較大，①降低了傳感器的靈敏度；②這些電容(如電纜電容)常常是隨機(jī)變化的，將使傳感器工作不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度，其變化量甚至超過(guò)被測(cè)量引起的電容變化量，致使傳感器無(wú)法工作。因此對(duì)電纜選擇、安裝、接法有要求。3、輸出特性非線性變極距型電容傳感器的輸出特性是非線性的，雖可采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)來(lái)改善，但不可能完全消除。其他類(lèi)型的電容傳感器只有忽略了電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)時(shí)，輸出特性才呈線性。否則邊緣效應(yīng)所產(chǎn)生的附加電容量將與傳感器電容量直接疊加，使輸出特性非線性。隨著材料、工藝、電子技術(shù)，特別是集成電路的高速發(fā)展，使電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)得到發(fā)揚(yáng)而缺點(diǎn)不斷得到克服。電容傳感器正逐漸成為一種高靈敏度、高精度，在動(dòng)態(tài)、低壓及一些特殊測(cè)量方面大有發(fā)展前途的傳感器。

電感式壓力測(cè)量系統(tǒng)組成——有位移存在被測(cè)壓力電感式壓力傳感器壓力標(biāo)定機(jī)放大器測(cè)量記錄儀器放大器：交流橋路調(diào)制放大器（頻率調(diào)制）放大器優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，測(cè)量力小銜鐵為0.5～200×10-5N時(shí)，磁吸力為(1~10)×10-5N。②分辨力高機(jī)械位移：0.1μm，甚至更小；角位移：0.1角秒。輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可達(dá)數(shù)百mV/mm。③重復(fù)性好，線性度優(yōu)良在幾十μm到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。不足：存在交流零位信號(hào)（零點(diǎn)殘余電壓），不宜于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。

補(bǔ)充：電感類(lèi)測(cè)量系統(tǒng)的特點(diǎn)§6-5塑性測(cè)壓法

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?lái)，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，究其原因主要是塑性變形測(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。塑性測(cè)壓法具有明顯的經(jīng)濟(jì)性和可靠性優(yōu)點(diǎn)，因此，在膛壓測(cè)量尤其是重武器膛壓測(cè)量領(lǐng)域，塑性變形測(cè)壓法應(yīng)還有相當(dāng)長(zhǎng)的技術(shù)壽命。目前常見(jiàn)的塑性測(cè)壓器件有測(cè)壓銅柱、銅球等。我國(guó)過(guò)去基本上沿用前蘇聯(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(guò)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。銅柱測(cè)壓法銅柱測(cè)壓法所用的測(cè)壓試件是銅柱。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)壓器按其結(jié)構(gòu)和使用方法不同，可分為旋入式測(cè)壓器和放入式測(cè)壓器兩種。

塑性測(cè)壓器測(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^(guò)活塞作用于塑性測(cè)壓器件（測(cè)壓銅柱、銅球等），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，該關(guān)系通常表示成數(shù)表的形式，稱(chēng)為壓力對(duì)照表。

§6—6測(cè)壓系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定與動(dòng)態(tài)標(biāo)定

測(cè)壓系統(tǒng)的標(biāo)定分為靜態(tài)標(biāo)定和動(dòng)態(tài)標(biāo)定兩種，靜態(tài)標(biāo)定的目的是確定測(cè)壓系統(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)定的目的是確定測(cè)壓系統(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。靜態(tài)校準(zhǔn)壓力檢測(cè)儀表的靜態(tài)校準(zhǔn)是在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下(溫度20±5℃，濕度≤80％，大氣壓力為760±80mmHg，且無(wú)振動(dòng)沖擊的環(huán)境)，采用一定標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)(其精度需為被校儀表的3～5倍)的校準(zhǔn)設(shè)備，對(duì)儀表重復(fù)(不少于3次)進(jìn)行全量程逐級(jí)加載和卸載測(cè)試，獲得各次校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以確定儀表的靜態(tài)基本性能指標(biāo)和精度的過(guò)程。校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)方法通常有兩種：

1.將被校表與標(biāo)準(zhǔn)表的示值在相同條件下進(jìn)行比較；

2.將被校表的示值與標(biāo)準(zhǔn)壓力比較。無(wú)論是壓力表還是壓力傳感器、變送器，均可采用上述兩種方法。一般在被校表的測(cè)量范圍內(nèi)，均勻地選擇至少5個(gè)以上的校驗(yàn)點(diǎn)，其中應(yīng)包括起始點(diǎn)和終點(diǎn)。a、b、c—截止閥；d—進(jìn)油閥；1—測(cè)量活塞；2—砝碼；3—活塞筒；4—螺旋壓力發(fā)器；5—工作液；6—壓力表或傳感器；7—手輪；8—絲杠；9—工作活塞；10—油杯；11—進(jìn)油閥活塞式壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理標(biāo)定時(shí)，以一定的壓力間距逐次增加壓力，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。

測(cè)壓系統(tǒng)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。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(wèn)題：要獲得一個(gè)令人滿意的周期或階躍的壓力源；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。動(dòng)態(tài)壓力源的分類(lèi)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；非穩(wěn)態(tài)壓力源，如快速卸荷閥、閉式爆炸器、激波管及落錘液壓動(dòng)標(biāo)裝置等。電磁式正弦壓力發(fā)生器機(jī)械式正弦壓力發(fā)生器穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)A1，A2，A3為壓電式壓力傳感器，裝在激波管的側(cè)面，其中A1和A2特性相同，用于測(cè)量激波速度；A3是觸發(fā)傳感器，Ax和Ay為被校壓力傳感器（激波管掠過(guò)側(cè)面的入射激波階躍壓力和底端面的反射激波階躍壓力）；B1，B2，B3為電荷放大器。（a）膜片爆破前情況；（b）膜片爆破后稀疏波反射前情況；（c）稀疏波反射后情況；（d）反射激波波動(dòng)情況動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)非穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)非穩(wěn)態(tài)校準(zhǔn)§6-7壓力傳感器的安裝問(wèn)題

在很多場(chǎng)合，壓力傳感器還不能直接、準(zhǔn)確地安裝在需測(cè)試的部位，往往需要用連接管道將被測(cè)壓力引向壓力傳感器。例如，在測(cè)量火箭燃燒室的壓力時(shí)，要把壓力傳感器齊平地安裝在燃燒室的內(nèi)壁上是有困難的，因?yàn)楦邷貧饬鲿?huì)使傳感器無(wú)法正常工作。通常是用一個(gè)直徑為6．35mm或更小一些的孔道把被測(cè)壓力引向壓力傳感器。在測(cè)量火箭燃?xì)饬鲌?chǎng)的壓力時(shí)，由于還沒(méi)有能承受高速、高溫燃?xì)饬鞯膲毫鞲衅骺晒┦褂茫虼司偷冒褖毫鞲衅髦糜谌細(xì)饬鲌?chǎng)之外，用傳壓管把置于流場(chǎng)中的壓力探頭和傳感器連接起來(lái)。測(cè)量靜態(tài)壓力時(shí)，傳壓管對(duì)測(cè)量精度沒(méi)有多大影響。然而，管道會(huì)使壓力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變壞，造成動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量誤差。如果管道長(zhǎng)度比較短，壓力波在管道中的一階共振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于被測(cè)壓力的頻率，則尚能維持足夠的精度。但是，若連接管道較長(zhǎng)，管道的共振頻率接近甚至低于被測(cè)壓力的頻率，則測(cè)量結(jié)果就難以致信了。下面分別討論三種測(cè)壓管道系統(tǒng)。這種形式的傳壓管系統(tǒng)如圖所示，在動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量中是常見(jiàn)的。它是一個(gè)諧振系統(tǒng)，其固有頻率可按下式計(jì)算：式中C