动态压力测量技术.pptVIP

动态压力测量技术 屠佳佳 潘锦锋 压力 压力是流体力学和热力学的重要参数。 静态压力：大小固定、不随时间而变化的压力。 例如，钢瓶中的压力；平静的大气 动态压力：压力值随时间而变化的压力。 例如，流体在管道中流动时产生的压力脉动；内燃机在工作时汽缸中压力周期性的变化；核爆炸后形成的冲击波到达后，当地压力突然升高。 动态压力 引用“振动理论”中对振动形式的分类，将动态压力分为三种形式： 周期性动态压力过程； 复杂变化的压力过程； 随机压力过程。 周期性动态压力过程 周期性动态压力是工程中最常见的动态压力过程，它可以用精确的数学表达式来描写，且压力变化在一定时间间隔T以后能精确重复出现，即： p（t）=p（t+T） 特例：简谐压力过程 p（t）=p0+pmsin（wt+φ0） 复杂变化的压力过程 这是一种非周期的压力过程，它也可以用精确的数学表达式来表示，但是在所有的时间内不存在精确的压力重复。 例如， p0，t≥0 阶跃压力作用：p（t）= 0， t0 pme-atsinwt t ≥0 衰减压力振荡： p（t）= 0，t0 随机压力过程 工程中经常会碰到这样一种动态压力过程，它的波形无法用数学表达式精确地描写，并且在无限长时间内找不到有一段波形是重复出现的。也就是说压力是完全随机的。我们将这种过程成为随机压力过程。 例如，气体高速流过管道所产生的压力脉动。 动态压力测量的特殊问题 在测量动态压力过程时，首先要将动态压力p（t）如实地转变成电压信号u（t）。 压力传感器的输出量是否能及时响应被测压力的变化取决于压力传感器的动态性能。 动态压力测量系统 测量动态压力一般采用电测法，包括模拟测量系统和数字测量系统。 模拟测量系统主要由压力传感器，测量仪器（主要是测量放大器）和波形记录装置构成。 数字压力测量系统 TR-1 SC-1 TR-N SC-N 压力传感器（TR）输出信号经信号调理器（SR）后，其电压幅值在±2.5V、±5.0V(对双极性)或5V、10V(对单极性信号)，这样高的电平主要适用模数转换器输入的要求。 A M U X SHA ADC C P U 信号调理器包括放大器和低通有源滤波器，提高系统的信噪比，输出的信号再经过高速模拟多路开关（AMUX）和采样保持放大器（SHA）。 在动态压力测量系统中，采样保持放大器是十分必要 的，它的功能是在“采样”状态下采样保持放大器的输出信号---即测量信号。而在“保持”状态下，采样保持放大器的输出信号在不变的水平上，以保证模数转换器转换时间内转换电压不变。 采样保持放大器输出信号在模数转换器中转换成并行的数字信息，模数转换的转换时间是决定采集速度的主要因素之一，为了提高转换速度，可采用并行比较模数转换器或串并行比较型模数转换器。 动态压电变送器 在测量动态压力过程时，首先要将动态压力p（t）如实地转变成电压信号u（t）。 动态压力 电荷信号 电压信号 电压信号 压电式 传感器 电荷 放大器 信号调 理模块 其中压电变送器的静态压力范围、动态压力灵敏度、频响在整个测量系统中的作用是很重要的！ 高速数据采集卡 数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线(1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232等总线接入个人计算机。 高速数据采集卡在整个动态压力测量系统中同样占有举足轻重的地位，研华或者NI的相关产品在这一方面的优势还是很明显的。 动态压力测量系统的组成 动态压电变送器 高速数据采集卡 高速数字信号处理 高速算法 高速数字信号处理 不管外围设备速度多快，如果我们的处理大脑处理跟不上，一样会产生动态压力测量跟不上它的频响。在这里，我们引入了DSP的概念。 德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力，借助其产品可以搭建性能匹配的中央处理系统。 高速算法 在动态压力的测量技术中，高速算法是体现我们理论知识的一个重要环节，我们需要根据动态压力的特性，选择合适的算法，达到既能消除干扰，又能提高处理速度的效果。 大脑再强大，没有先进的思考方法，一样很难有所突破，所以说高速算法是整个测量技术中的灵魂。 压力传感器的动态特性 在测量动态压力时，整个测量系统的动态性能主要取决于压力传感器的动态特性。