DB31∕T 1323-2021 航空航天用压力传感器动态测试方法(上海市).pdf

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1、ICS 17.100 CCS N 11 0031 上?每市士也方标3佳DB31月1323一2021航空航天用压力传感器动态测试方法Dynamic test method of pressure transducers for aeronautic and astronautic applications 2021-10-29发布2022-02-01实施、A叫什扩川叩-43f温州刀、盯铀矿们、哈上海市市场监督管理局发布ol!/，t.m毒品曲DB31月1323-2021目次前言.皿1 范围.2 规范性引用文件.3 术语和定义.4 测试内容和条件.4.1 航空航天用压力传感器的测试内容.2 4.2

2、航空航天用压力传感器的测试要求.3 5 测试设备和方法.3 5.1 正弦压力标准装置.3 5.2 阶跃压力标准装置.5 5.3 动态压力测试的辅助设备.8 附录A(规范性)正弦压力信号的基频确定.9 附录B(规范性正弦信号三参数DFT法计算正弦披幅值和相位.10 附录C(规范性激波管阶跃压力信号数据处理方法.11 C.1 简介.11 C.2 参数计算方法.附录D(资料性航空航天用压力传感器动态测试报告(格式样例参考文献I DB31月13232021前本文件按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分z标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由上海市市场监督管理局提出。本文件由上海市航

3、天工业标准化技术委员会归口。本文件起草单位z上海市计量测试技术研究院、上海飞机制造有限公司、中国航发上海商用航空发动机制造有限公司、昆山双桥传感器测控技术有限公司、上海精密计量测试研究所。本文件主要起草人E张忠立、主灿、徐子翼、林正幡、王冰、孙波、翁俊、徐再、刘春光、张进明、任学弟。皿DB31月1323一2021航空航天用压力传感器动态测试方法1 范围本文件规定了航空航天用压力传感器动态测试的内容、测试要求、测试设备以及测试方法等。本文件适用于航空航天领域压力传感器及压力测量系统的基于正弦压力标准装置的频率响应测试以及基于激波管标准装置的阶跃响应测试。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中

4、的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件z不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单适用于本文件。JJG 624-2005动态压力传感器3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1 航空航天用压力传感揭pr倒盯etransducer for aeronautic and astronautic applicatioDS 在航空航天领域使用的一种能感受压力信号包括但不限于高频高压压力信号).并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出电信号的器件或装置。3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 动态测试dynamic test 为确定

5、被测量的瞬时值和(或被测量的值，在测量期间随时间(或其他影响量变化所进行的测试。来撑:JJF1008-2008.10.5.有修改动杏压力dynamic pressure 在所研究的领域内，随时间而变化的压力。来源:JJF1008-2008.1.9J 正弦压力标准装置sinusoidal dynamic pr囚晦町estandard 能产生可控频率的正弦压力激励，对压力传感器或压力测量系统进行动态测试的装置。幅值灵敏度range sensitivity 在一确定频率的正弦压力激励下，压力传感器的响应变化量与激励变化量之比。相穆pbase sbift 给定某一频率的正弦压力激励下，被测压力传感器的

6、稳态响应与标准压力传感器信号之间的相位差。DB31月1323-20213.7 3.8 3.9 来源:JF1008-2008，10.11，有修改谐振频率resonant fr吨uency压力传感器具有最大幅值响应时的激励信号频率，即压力传感器测得的固有频率值。来源:JF1008-2008，10.12，有修改上升时间rise time 压力传感器被阶跃压力激励时，其输出值从阶跃响应幅度值的10%过渡到90%所需的时间。来源:JF1008-2008,10.16J 过坤量overshoot 压力传感器被阶跃压力激励时，其输出响应中超出终值部分的最大值与阶跃响应幅度值的百分比。来源:JF100g-200

7、8.10.18J 3.10 建立时间settling time 压力传感器被阶跃压力激励时，其输出值从达到阶跃响应幅度值的10%时刻起至与终止值之差进入终止值的士5%范围以内时刻止所需的时间。来源dlF1008-2008.10.17J 3.11 平台压力持辑时间必.eppressure durntion 阶跃压力幅值保持稳定的持续时间。来源:JG1142二2017.3.1.6J4 测试内容和条件4.1 航航天用压力传感器的测试内辑航空航天用压力传感器的测试内容及相应要求应至少符合表1的规定。表1航空航天周压力传感器的制试肉窑及相应要求测试内容首次测试静态准确度十幅值灵敏度相对误差+相移十上升时

8、间十谐振频率+过冲撞+建立时间+一一一一一一注1:表中十表示应测试内容一表示可不测试内容。注2:本文件中渺及静态准确度，其测试方法遵循JJG860中的规定。使用中测试十+十+注3:搞值灵敏度相对误差、相移是采用正弦压力标准装置，按照附求A和附录B的方法进行测试z上升时间、谐振频率、过1中盐和建立时间是采用激波管压力标准装置，按照附录C的方法进行测试。2 DB31月1323-20214.2 航空航天用E力传感器的测试要求4.2.1 压力传感器的铭牌上或其他位置)应标明产品名称、型号、规格、测量范围、准确度等级、制造单位(商标)、出厂编号、制造年月等信息，并清晰可辨，且应有技术文件或说明书明确压力

9、传感器的激励电压。4.2.2 用于差压测量的压力传感器压力输入端口处应有能区分高压(H)和低压(L)的标志。4.2.3 压力传感器固有频率应不小于实际或设计使用工况环境的压力变化频率的10倍，若为压阻式压力传感器，则其固有频率应不小于实际或设计使用工况环境的压力变化频率的5倍。注g实际或设计使用工况环境的压力变化频率是指根据实际或设计工况得到的预估频率.4.2.4 压力传感器的正常工作压力量程应至少覆盖其实际使用工况环境的压力变化范围，其最大耐压值应至少为量程上限的2倍。4.2.5 标准测试环境条件=温度20C土5C，相对湿度75%，大气压力90kPa106 kPa，测试设备周围应无振动、强电

10、磁场、放射性源等影响测试结果的外界干扰。5 测试设备和方法5.1 正弦压力棒准装置5.1.1 技术要求航空航天用压力传感器动态测试的正弦压力标准装置应满足表2中的要求。表2正弦压力标准装置的技术要求频率范围f幅值灵敏度测量不确定相移测量不确定度U1Hz 度U时(k=2)(k=2)。f2002%10 200f1 000 2%1.5。1 000f5 000 5%50 5 000f20 000 10%100 注1帽值是指去除直流分量后的正弦波帽值.注2:正弦压力标准装置的正弦频率和压力范围应能根据被测压力传感器进行调节。5.1.2 频率响应测试的测试要求、测试步骤及计算方法5.1.2.1 测试要求频

11、率响应测试的测试要求包括以下几点z正弦压力波失真度5%10.%10.%15.%a)压力传感器的安装。安装被测压力传感器与标准压力传感器应对称安装，使其感受相同的压力变化，做完所有的测试频率点后将标准压力传感器和压力传感器对换安装位置进行第二次测试，以两次测试数据的平均值作为最终测试结果。b)标准装置的检查。正弦压力标准装置内腔应清洁，无杂物。若有，可用清洁的气体吹扫。c)测试频率点的选取。测试颇率点可根据实际使用工况指定，当被视压力传感器量程覆盖oHz 5000 Hz时，一般在oHz200 Hz、200Hzl 000 Hz,l 000 Hz5 000 Hz、5000 Hz以上，这4个范围段内各

12、选择至少1个频率点;当被测压力传感器量程未覆盖oHz5 000 Hz时，在量程3 DB31月1323-2021范围内均匀选择6个或更多点，对每个频率点的测量次数不少于12次(即首次安装后测量不少于6次，对换安装位置后再测量不少于6次。d)工作介质的选取。测试时的工作介质宜为清洁的空气或无毒、无害和化学性能稳定的气体。e)采样频率的选取。采样频率宜为当前测试频率点的500倍以上。f)预热。测试前，压力传感器、测试仪器应根据仪器厂家说明书中的要求进行预热，或至少通电预热30min。5.1.2.2 测试步骤5.1.2.2.1 安装压力传感器。接通压力源，检查系统密封状况。调整压力值，使得测试压力的最

13、大值小于压力传感器的量程上限值。5.1.2.2.2 调整信号调理器及数据采集系统，使其处于最佳工作状态。5.1.2.2.3 将正弦压力标准装置调至选定的测试频率点。5.1.2.2.4 采集标准压力传感器和被测压力传感器的响应，得到时域信号序列为如，仇，.Y.-l重复测量m次。若测试颜率大于1000Hz.则需要进行低通滤波。为了保证槐波器的截止频率高于基频，先按照附录A的方法确定正弦压力信号的基波频率力，之后按附录B的方法计算如下参数z-CAj、CBj:分别对应于某一测试频率下标准压力传感器和被测压力传感器输出的正弦压力的幅值。=1.2.m);一-()Aj、()Bj:分别对应于某一测试频率下标准

14、压力传感器和被测压力传感器输出的压力相位(j=1.2.m)。注s下标A、B分别代表标准压力传感掘和被割压力传感器，j为重复测量次数。将计算结果以数据文件形式保存在计算机中。5.1.2.2.5 重复5.1.2.2.3-5.1.2.2.4步骤，直到完成全部选定频率点的测试。5.1.2.2.6 对换标准压力传感器和被测压力传感器的安装位置，重复5.1.2.2.1-5.1.2.2.5步骤。5.1.2.2.7 采集保存数据波形并进行分析处理，处理后的结果可参考附录D记录。5.1.2.3 测饿结果的计算方法正弦压力标准装置测试结果的计算主要为以下参数za)幅值灵敏度相对误差z对于所选定的一系列测试频率点f

15、;.根据5.1.2.2得到CA;j、C问值，按公式(1)计算各频率点处压力传感器的幅值灵敏度平均值24 1手、C因-K(f;)=_主J百旦(i=1.2.n;j=1.2.m).叫1)j-l IUj 式中zP IUj一一标准压力传感器所测的压力的幅值，可以通过标准压力传感器的静态灵敏度KAs和截距aA按公式(2)进行计算zP CAaA-Aij一二F-r一(2)豆、A.最后幅值灵敏度相对误差由公式(3)计算得到zK(j;)-KB 8K(f;)=A J;A,X lOO%i=1.2.n).(3)且Bs式中zKB一待测压力传感器的静态灵敏度。DB31月1323-2021注，下标t代表测试频率点序号.b)相

16、移z对于所选定的一系列测试频率点元，根据5.1.2.2得到8Aij、8B;j值，按公式(4)计算压力传感器的相移平均值z以fJ=tz也-8Aij)川=1，2，叫5月.2，m).4)5.2 阶跃压力标准装置5.2.1 适用装置阶跃压力标准装置根据发生原理的不同可分为激波管压力标准装置和快开阔压力标准装置。快开阔压力标准装置的阶跃压力上升时间比激披管长，更适于低频特性的测试。为满足航空航天用压力传感器高频特性的测试，本文件的测试方法采用激波管压力标准装置。5.2.2 技术要求航空航天用压力传感器动态测试的激波管动态压力标准装置应满足表3中的要求。表3激波普动态压力标准技术要求项目指标阶跃压力上升时

17、间1 us 平台压力持续时间二;:;4ms 平台压力波形不平度优于土2%阶跃压力帽值不确定度0)(A.1)得到其频域信号序列YO，Y1，Y.-1，其中YO为直流分量，对Y1，Y.-1的前半部分取模，得到!Y1!,!YM!，对应的频率序列为/J，./MD其中，I+1 n为偶数M=-(A.2)I n+1 1 n为奇数找到!Y1!，!YMI中的最大值，记为!YIMax，见式(A.3):!Y N I=I Y I M.x(A.3)其中N为正整数(O0)(B.l)其中.y，。为实数.Y1Y，-1为复数序列，满足Yi=Y,-i 上标籍表示共辄，故频域信号序列的有效部分只有YO乱，YM其中z1;+1 n为偶数

18、M=-I n+l 卜亏n为奇数其对应的有效频率序列为10./1.IM(JO=O)。在激励正弦信号角频率。已知的情况下，其频率10，见式(B.3):如果10能够表示为式(B.4):10一。一-2(B.2)(B.3)fo=NAf447nD.t 其中.t为时间序列t1.tz.t的时间间隔.1是频率序列10，11.IM的频率间隔.N为正整数(ONM)。那么，复数YN即对应正弦信号角频率的，可以将YN写成实部和虚部的形式，见式(B.5):YN二A+Bj其中.A为复数YN的实部.B为复数YN的虚部。则正弦信号的三个参数可由下式得到zC=，jjf2丰wl12(A注0)()=larc叫2+(A 0)=Yo 1

19、0(B.5)(B.6)C.1 简介附录C(规范性激波管阶跃压力信号撤据处理方法DB31月1323-2021激波管动态压力标准采用阶跃压力对压力传感器进行检定，它可以产生上升时间为纳秒级的阶跃压力。激波管动态压力标准主要由激披管本体、压力掘(压缩气体或真空泵及控制台、激波速度及其他气功参数测量系统、数据采集及分析控制系统等组成。简单型激披管为恒定截面的细长管，由膜片分成两部分，具有较高压力的称高压室，具有较低压力的称低压室。两室压差达到某一定值时，膜片爆破，高压室的气体冲向低压富形成人射激波，激波后阵面压力突变形成一个正的阶跃压力，阶跃压力保持恒定的时间称恒压时间。人射波到达低压室端面后被反射，

20、形成反射激波和反射激波阶跃压力。激波管工作时的压力和被动情况及符号标志如图C.l所示。a)膜片爆破前的情况b)膜片爆破后稀疏波反射前的情况c)稀琉波反射后的情况d)反射激波的波动情况圄C.1激渡管中压力与温动情况示意图罔巾，队是膜片爆破前的高压腔压力，1是膜片爆破前的低压腔压力z扣是膜片爆破后产生的激波压力，扣是高压腔爆破后形成的压力.P2与扣的接触面称为温度分界面。虽然z与扣所在区域DB31月1323-2021的温度不同，但它们的压力值相同。膜片爆破后，高压腔内形成稀疏披，稀疏被披头传播到高压腔端面后反射，称为反射稀疏波，其压力减小为扣。当激波到达低压腔端面反射后，压力增大为扣，称为反射激波

21、。z和Ps是再标定时用到的压力，视传感器的安装位置而定，当被标定的传感器安装在侧面时，用到扣，当被标定的传感器安装在端面时，用到扣，两者的关系是PZ扣。C.2 参鼓计算方法当激波管的工作介质为空气时，其参数均可由低压腔压力P1和人射激波马赫数M.按下述公式计算(以下除注明外，压力为绝对压力，单位MPa，温度单位K):初始压力比2u队/1=PZ1 1一(ZI一1)7(6户ZI+1)-1/Z 7=(1/的(7M，Z-1)1一(1/6)(M.一l/M.)-7 人射激波压力比zZIZ/豆1=(1/6)(7M.2-1)入射激披阶跃压力zt:.PZ=pz-P1=(PZ1-1)1=(7/6)(M.z-1)1

22、 入射激波温升比zTz,=Tz/T,=Z1(z1+6)/(6ZI十1)=(7 M.Z-1)(M.2+5)/(36M.2)其中，T1为低压腔内的初始温度，Tz为入射激波扫掠后的温度。人射激波阶跃温升z反射激披压力比z反射激波阶跃压力z反射激波温升比zIlTz=Tz-T,=(TZ1-1)T1=(P2 21-1)/(621+1)T,=(M.2-1)(7M.2+5)/(36M.z)J T,扣S/P1=PZ1(8ZI-1)/(ZI+6)=(1/3)(7M/-1)(4M.2-1)/(M.2+5)A户5-P1=(51-1)1=2(4P21+3)(P21一1)/(户21+6)户I=(7/3)(M,2-1)(4

23、岛1，2十2)/(M.2+5)J1TS1二T5/T1=(221十5)(8p21-1)/7(621+1)=(4M,2-1)(M.2+2)J/(9岛轧2)其中，Ts为反射激波扫掠后的温度。反射激波阶跃温升2(C.l)(C.2)(C.3)(C.4)(C.5)(C.6)(C.7)(C.8)DB31月1323-2021tTs=Ts-T1=(Ts1-1)T1=4(421+3)(P21一1)J/7(6p21+1)J T1(C.9)=2(M 52-1)(2M.2十1)J/(9M.2)T1 PI可事先给定，一般采用当地大气压;M.由测速系统决定。测速系统由两个安装在激波管侧面的测速压力传感器、相应的电荷放大器和

24、电子计数器组成。入射激波的速度为z-U(C.10)其中，1为两个测速传感器之间的距离，t为激波通过两个传感器间距所需的时间，可以按下式计算zt二ntt其中，n为电子计数器所记录的脉冲个数，tt为脉冲的周期。当速度U巳知时，马赫数可以如下式计算z(C.ll)M，=旦aT(C.12)其中，aT为低压腔内的音速，可以根据下式得到:的=331哈瓦(C.13)其中，T1为实验时低压腔的初始温度。13 DB31月1323二2021送检单位g制造单位g名称=型号g编号E测试范围测试项目频率/Hz14 附录D(资料性)航空航天用压力传感器动态翻试报告(格式样例囊D.1航空航天用压力传感器动态测试报告传感椿信息

25、测试信息测试报告编号g测试日期g环境温度g相对湿度，测试员s核验员g口正弦压力测试口阶跃压力测试正弦压力测试数据记录标准压力传感器响应标准压力被割压力传帽值灵敏度揭值灵敏度相帽值/MPa帽值/MPa相位/。感椿相位/。K!,)对误差lJK!,)(V/MPa)正弦压力信号时域图正弦压力信号频谱图相移伊(j，)/。DB31月13232021阶跃压力剖试数据记录建立时间|测试大气压力膜片厚度 激波速度低压腔马赫数人射激波反射激波灵敏度上升时间谐振频率过J中量阶跃压力 阶跃压力K.编号Pl/MPa/mm v/Cm/s)温度T1岛if.t/s fd/Hz 8 t./s palMPa A户S/MPaCV/MPa)阶跃压力信号时域图阶跃压力信号频谱图到试结:日期g年月日15 DB31月1323-2021参考文献1J GB/T 26807-2011 硅压阻式动态压力传感器2J JJF 1008-2008 压力计量名词术语及定义3J JJG 624-2005 动态压力传感器4J JJG 860 压力传感器静态)5J JJG 1142-2017 动态压力标准器16