高温环境下动态压力校准技术研究.docVIP

1 绪 论 1.1 本课题的研究背景及其意义 在武器的研制和生产中，有许多研究对象需要测量的是随时间快速变化的瞬态温度，如枪炮膛内火药气体的温度，身管内外壁的瞬态温度，膛内气流温度，自动武器导气室内气体温度，火箭及导弹燃气射流温度，高能燃烧剂及静态破裂剂的燃烧温度，爆炸与爆轰温度，温压弹爆炸瞬间温度场，钻地弹侵彻过程弹头温度等等。这些瞬态温度的共同特点是温度高，变化快测量条件恶劣，常伴有高压或高速气流流动，多为不可重复一次性过程。因此，测量条件非常困难，技术难度很高。 随着科学技术的发展和新技术的应用，特别是国防尖端科学技术的发展。我国以传统的静态计量测试技术为主的情况，已远远不能满足当代技术发展的需求了。近年来，动态参数测试技术的迅速发展，已成为国外计量测试技术发展的必威体育精装版动向之一，特别令人瞩目。为了确保动态参数测试准确可靠与统一，就要求在积极发展动态参数测试技术的同时，大力开展动态校准技术的研究[18]。 现代高技术战争中，精确制导武器的当量提高和大量使用，对国防工程、人防工程构成了严重威胁。为此，国内都在大力开展常规武器侵扯爆炸效应、岩土介质中爆炸地冲击、结构的抗爆性能等方面的研究。在这些研究中，压力是经常需要测试的力学参数之一[29]。压力的测试离不开传感器技术，传感器广泛应用于各个领域。利用传感器要获得准确的测量结果，就必须对传感器进行校准。 随着被测信号如枪、炮膛压信号幅值的增大，高动压测试技术的发展遇到了一个突出的课题，就是解决高动压传感器与测试系统传输特性的校准和高动压下灵敏度的测定。由于此方面的问题没有得到较为满意的解决，使得高动压传感器研制和已有的高压传感器性能的评定以及测试结果的分析均受限[1]。对于压力传感器的频率响应特性，校准的幅度超过100MPa的技术，在国际上一直没有取得突破性的进展。由于高压传感器在其工作压力下的频率响应特性是研究高动压测试的关键，所以在高压下对传感器频率响应特性的校准成为国际上传感器研究的关键。 动态校准的目的是为了获得传感器的动态特性，包括动态数学模型和动态性能指标等，其首要问题是产生频带宽、幅值高的动态激励信号。量程为100MPa至1000MPa的高压传感器在工程技术上有着广泛而重要的应用前景。压力传感器动态校准的测试方法很多，如激波管校准法、落锤式液压动态标定装置等。 1.2 本课题的国内外研究现状及发展 1.2.1国外研究现状 美国从50年代开始研究压力动态测试和校准的理论和方法，并取得了很大的成就。其落锤式校准装置的导轨高2.44m，锤重2.72kg～29.48kg,用于校准液压压力传感器，峰值压力为(35～1406)×105Pa，脉冲宽度为1ms～12ms[2-6];AVL公司研制的B620落锤法动态压力标定系统，其标定范围是1000bar～8000bar(1MPa=10bar),持续时间2.5ms[7-9]。 俄罗斯建立了完整的动态压力量传体系，拥有多种动态压力校准设备。法国也建立了动态压力国家标准。美国从六十年代起开展了广泛的研究，颁布了ANSI B88.1-1972A Guide for the Dynamic Calibration of Pressure Transducers[10]。 图1.1德国PTB实验室的振动台力源示意图，它为一种典型的正弦激振力源。该力源的特点是输出稳态正弦激励信号，可通过扫频的方法得出力传感器的动态特性。 加速度计 负载质量块 力传感器 图1.1 德国PTB实验室稳态正炫激振力源装置示意图 1.2.2国内研究现状 我国从二十世纪七十年代开始进行压力动态校准理论的研究，八十年代开始了高压动态校准理论的研究。航空部一院计量站于1979年建立了完整的激波管动压校准系统。八十年代初，洛阳工程兵研究所探讨了用炸药爆炸的高压激波管原理。八十年代初