綜合分析動態(tài)壓力傳感器性能和特征

動態(tài)壓力傳感器越來越多地應(yīng)用于飛行試驗(yàn)中，若只標(biāo)定傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)，則無法對動態(tài)測量結(jié)果提供依據(jù)。本文通過對動態(tài)壓力傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性的全面分析，解決了如何獲得其靜態(tài)性能指標(biāo)和動態(tài)性能指標(biāo)，為更好地滿足測試需求提供依據(jù)。

一般動態(tài)壓力傳感器的性能需要從靜態(tài)特性和動態(tài)特性兩方面來分析，許多在靜態(tài)測量中被認(rèn)為是非常優(yōu)良的傳感器，用于動態(tài)測量時可能出現(xiàn)很高的動態(tài)誤差，無法滿足測試需求。所以為了準(zhǔn)確、可靠、不失真地得到被測壓力信號，使用傳感器前不僅要標(biāo)定它的靜態(tài)性能指標(biāo)，還要標(biāo)定它的動態(tài)性能指標(biāo)。

動態(tài)壓力傳感器的靜態(tài)特性分析
        對于動態(tài)壓力傳感器的靜態(tài)特性分析，一般包括靈敏度、線性度、遲滯、穩(wěn)定性等靜態(tài)性能指標(biāo)。其中靈敏度是指傳感器的響應(yīng)變化 ΔY 與激勵變化 ΔX 之比，傳感器的輸出曲線的斜率就是其靈敏度，由于某種原因可能會引起靈敏度的變化，產(chǎn)生靈敏度誤差；線性度又稱非線性，表征校準(zhǔn)曲線和擬合直線的偏離程度，其中校準(zhǔn)曲線是實(shí)際工作中傳感器的輸入輸出特性曲線，擬合直線最常用的是最小二乘法，它使得各點(diǎn)偏差的平方和最小；遲滯是由于施加激勵值的方向不同，傳感器對其輸出不同的響應(yīng)，它主要是由于敏感元件材料的物理特性和機(jī)械零部件存在的缺陷造成的，相對遲滯誤差是正反行程輸出值間最大差值與輸出滿量程值之比。在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定傳感器的靜態(tài)性能指標(biāo)時，具體框圖如圖1 所示。首先在滿量程范圍內(nèi)平均取九個壓力點(diǎn)，然后通過壓力標(biāo)準(zhǔn)器對壓力傳感器依次施加這些點(diǎn)，通過采集器采集記錄，最后通過輸出顯示設(shè)備顯示其輸出值，如此往復(fù)兩遍，最后通過分析這些數(shù)據(jù)便可得到靜態(tài)靈敏度、線性度、遲滯誤差、重復(fù)性誤差等性能指標(biāo)。

動態(tài)壓力傳感器的動態(tài)特性分析

對于動態(tài)壓力傳感器的動態(tài)特性分析，一般包括時間常數(shù)、上升時間、穩(wěn)定時間、超調(diào)量等時域性能指標(biāo)和帶寬、諧振頻率、相移等頻域性能指標(biāo)。在時域分析中，傳感器受某一激勵后其響應(yīng)輸出隨時間變化的規(guī)律受傳感器本身的阻尼比（ε）、自振頻率（ω）、上升時間（t r ）、靈敏度（K）等特性的影響；在頻域分析中，若給線性系統(tǒng)施加某一頻率的正弦信號 x（t）=Xsin（ωt），其輸出也是同頻率的正弦信號 y（t）=Ysin（ωt+ψ），輸出輸入信號的幅值比A=Y/X 和相角差 ψ 都是 ω 的函數(shù)，它們能夠反映出系統(tǒng)在不同頻率下的幅頻特性和相頻特性。

動態(tài)壓力傳感器的時域分析
        時域性能指標(biāo)可以通過激波管動態(tài)壓力裝置或快開閥動態(tài)壓力裝置獲得，激波管動態(tài)壓力裝置可以產(chǎn)生上升時間非常短的階躍壓力，而快開閥動態(tài)壓力裝置產(chǎn)生壓力的階躍值較高，保持時間可以無限長，且幅值可以精確測量。這兩種方法各有優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

為高壓，低壓兩個室，給高壓室不斷加壓力，當(dāng)加到給定值時，高低壓室之間的膜就會被沖破，氣流就會沖入低壓室，此時產(chǎn)生的激波便會作用于被測壓力傳感器上，傳感器便有輸出響應(yīng)信號，再通過信號處理，數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，便可測得該壓力傳感器的時域參數(shù)。

快開閥動態(tài)壓力裝置具體框圖如圖 3 所示，它通過快速打開快開閥門給被校傳感器一個階躍信號，只是該階躍信號的上升時間不如激波管快，它由低壓室的尺寸、流體的粘性和閥門開啟速度共同決定，它的輸出響應(yīng)再通過信號調(diào)理電路輸出，待足夠長的穩(wěn)定時間之后，傳感器的穩(wěn)態(tài)輸出等時域參數(shù)也可被測量。

動態(tài)壓力傳感器的頻域分析
激波管動態(tài)壓力裝置具體框圖如圖 2 所示，把激波管分頻域性能指標(biāo)可以通過正弦動態(tài)壓力裝置獲得，具體框圖如圖 4 所示。其中正弦壓力發(fā)生器也可有活塞式，諧振式，駐波管式等很多種，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，如活塞式可產(chǎn)生很大的峰峰值，但其工作頻率只有幾十赫茲，駐波管式產(chǎn)生的峰峰值不高，但其工作頻率可達(dá)七千赫茲，所以需要根據(jù)用戶自己的需求來選擇合適的信號發(fā)生器。當(dāng)激勵信號給出后，標(biāo)準(zhǔn)傳感器和感受被測傳感器同時感受到信號，并通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行比對分析，最后計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)分析與處理，便可得到該系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。