• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
  • EI、Scopus、CA、JST收录
  • 力学类中文核心期刊
  • 中国科技核心期刊、CSCD统计源期刊

介质与静压对激波管校准压阻式绝压传感器动态特性的影响

李博 黄楠 杨军 秦海峰 尹肖 张兆晶

邓飞, 张相炎, 刘宁. 点火过程和初始条件对燃烧轻气炮内弹道性能的影响[J]. 爆炸与冲击, 2013, 33(5): 551-555. doi: 10.11883/1001-1455(2013)05-0551-05
引用本文: 李博, 黄楠, 杨军, 秦海峰, 尹肖, 张兆晶. 介质与静压对激波管校准压阻式绝压传感器动态特性的影响[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(5): 054101. doi: 10.11883/bzycj-2019-0309
Deng Fei, Zhang Xiang-yan, Liu Ning. Influences of ignition process and initial conditions on interior ballistic characteristics of combustion light gas gun[J]. Explosion And Shock Waves, 2013, 33(5): 551-555. doi: 10.11883/1001-1455(2013)05-0551-05
Citation: LI Bo, HUANG Nan, YANG Jun, QIN Haifeng, YIN Xiao, ZHANG Zhaojing. Effects of medium and static pressure on dynamic characteristics of piezoresistive absolute pressure sensor calibrated by shock tube[J]. Explosion And Shock Waves, 2020, 40(5): 054101. doi: 10.11883/bzycj-2019-0309

介质与静压对激波管校准压阻式绝压传感器动态特性的影响

doi: 10.11883/bzycj-2019-0309
基金项目: 国家“十三五”技术基础项目(JSJL2015205B015)
详细信息
    作者简介:

    李 博(1990- ),男,硕士,工程师,libo@cimm.com.cn

  • 中图分类号: O354.5; TB935

Effects of medium and static pressure on dynamic characteristics of piezoresistive absolute pressure sensor calibrated by shock tube

  • 摘要: 激波管通常用于动态压力传感器的校准,压阻式绝压传感器在激波管校准过程当中,会出现谐振频率等动态性能指标随着激波管静态压力环境、气体介质变化而改变的情况,影响传感器动态特性的校准。基于压阻式传感器的工作原理,对传感器的敏感膜片结构进行了机理分析,建立了膜片结构与校准环境中介质和静压关系的动态模型;通过ANSYS与SIMULINK软件开展了数值模拟验证工作,模拟结果与理论推导一致。通过激波管校准实验验证了气体介质与静压的影响关系,结果表明:传感器的谐振频率与静压间存在非线性关系,并且随着敏感膜片径厚比的增大而显著增大;系统阻尼比大小与气体介质有关,随着气体密度的降低而升高;传感器的灵敏度与气体介质和静压无太大直接关系。在使用激波管校准压阻式绝压传感器时,应当考虑介质与静压参数对校准结果的影响。
  • 图  1  硅压阻式传感器结构示意图

    Figure  1.  Structural schematic diagram of silicon piezoresistive sensor

    图  2  周边固支圆平膜片剖面图

    Figure  2.  Cross-sectional profile of peripheral fixator diaphragm

    图  3  膜片建模坐标系

    Figure  3.  Coordinate system for modeling of diaphragm

    图  4  膜片位移模拟结果

    Figure  4.  Simulation results of diaphragm deformation

    图  5  C0/HR/H和压力的变化规律

    Figure  5.  Variation of C0/H with R/H and pressure

    图  6  [f(p)f(0)]/f(0)R/H和压力的变化规律

    Figure  6.  Variation of [f(p)f(0)]/f(0) with R/H and pressure

    图  7  压力传感器膜片动力学模型

    Figure  7.  Dynamic model of pressure sensor diaphragm

    图  8  不同气体介质阶跃压力下膜片位移输出

    Figure  8.  Diaphragm deformation versus time under step pressure of different types of media

    图  9  负压激波管实验装置结构示意图

    Figure  9.  Structural schematic diagram of negative pressure shock tube test device

    图  10  激波管校准传感器的输出响应曲线

    Figure  10.  Output response curves of shock tube calibration sensors

    表  1  实验结果

    Table  1.   Experimental results

    实验绝对压力p1/kPa膜片厚度/mm平台时间/msΔp5/kPa传感器输出/mV灵敏度/(mV·kPa−1)谐振频率/kHz阻尼比系数
    1 3.60.1 8.7 2.6 5.892.26159.40.000 14
    2 3.60.1 8.7 2.5 5.682.27159.40.000 14
    3 3.40.1 8.6 2.2 5.122.32159.20.000 13
    4 12.80.110.1 3.6 8.232.28159.60.000 18
    5 33.90.110.7 5.112.032.35160.00.000 35
    6 33.90.210.2 7.517.232.30160.00.000 39
    7 33.80.3 9.813.230.432.31160.10.000 38
    8 33.90.6 8.521.548.782.27160.10.000 47
    9101.30.310.613.831.432.27162.50.000 89
    10101.30.312.613.931.272.25162.80.000 34
    下载: 导出CSV
  • [1] The Instrumentation, Systems, and Automation Society. A guide for the dynamic calibration of pressure transducers: ISA-37.16.01-2002 [S]. USA, 2002: 11−49.
    [2] 国家质量监督检验检疫总局. 动态压力传感器: JJG624-2005 [S]. 北京: 中国计量出版社, 2006: 1−13.
    [3] HJELMGREN J. Dynamic measurement of pressure—a literature survey: SP REPORT 2002: 34 [R]. Sweden: SP Swedish National Testing and Research Institute, 2002.
    [4] JIM L, DAN C. Dynamic pressure calibration: TN-15-0205 [R]. USA: PCB Piezotronics Technical Note, 2005.
    [5] 王文襄, 王冰, 邱江. 压阻式高频动态压力传感器与冲击波超压测量 [C] // 中国力学学会. 第十二届全国激波与激波管学术会议论文集. 洛阳, 2006: 299−304.
    [6] 杨凡, 孔德仁, 姜波, 等. 基于激波管校准的冲击波压力传感器动态特性研究 [J]. 南京理工大学学报(自然科学版), 2017, 41(3): 330–336.

    YANG F, KONG D R, JIANG B, et al. Dynamic characteristic of shock wave pressure sensor based on shock tube calibration [J]. Journal of Nanjing University of Science and Technology, 2017, 41(3): 330–336.
    [7] 葛竹, 马铁华, 杜红棉, 等. 不同驱动气体对激波管校准系统特性的影响分析 [J]. 中国测试, 2017, 43(8): 125–128. DOI: 10.11857/j.issn.1674-5124.2017.08.025.

    GE Z, MA T H, DU H M, et al. Effects of different driving gases on the characteristics of shock tube calibration system [J]. China Measurement & Testing Technology, 2017, 43(8): 125–128. DOI: 10.11857/j.issn.1674-5124.2017.08.025.
    [8] 刘珍妮, 谭晓兰, 杨峻松. 一种硅微压阻式压力传感器的研究 [J]. 机械设计与制造, 2012(1): 103–105. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3997.2012.01.039.

    LIU Z N, TAN X L, YANG J S. Research on a micro piezoresistive pressure sensor [J]. Machinery Design & Manufacture, 2012(1): 103–105. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3997.2012.01.039.
    [9] 袁希光. 传感器技术手册[M]. 北京: 国防工业出版社, 1986: 420−463.
    [10] 袁方超, 李舜酩. SiC压阻式压力传感器感应膜片热-结构耦合分析 [J]. 重庆理工大学学报, 2016, 30(1): 26–31. DOI: 10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.01.005.

    YUAN F C, LI S M. Thermal-structure coupling analysis of sensing diaphragm of piezoresistive silicon carbide pressure sensor [J]. Journal of Chongqing Institute of Technology, 2016, 30(1): 26–31. DOI: 10.3969/j.issn.1674-8425(z).2016.01.005.
    [11] 杨峻松, 谭晓兰, 刘珍妮, 等. 硅压阻式传感器的优化分析 [J]. 北方工业大学学报, 2011, 23(3): 29–36. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5477.2011.03.006.

    YANG J S, TAN X L, LIU Z N, et al. Analysis of index of silicon piezoresistance micro pressure sensor [J]. Journal of North China University of Technology, 2011, 23(3): 29–36. DOI: 10.3969/j.issn.1001-5477.2011.03.006.
    [12] 严子林. 碳化硅高温压力传感器设计与工艺实验研究[D]. 北京: 清华大学, 2011: 11−18.
    [13] LI X, ZHANG L, YANG S M. Modeling of dynamic pressure measurement system and signal reconstruction by deconvolution [C] // Proceeding of International Symposium on Pressure and Vacuum (ISPV’2003). Beijing, 2003: 132−135.
    [14] BEAN V E, BOWERS W J, HURST W S, et al. Development of a primary standard for the measurement of dynamic pressure and temperature [J]. Metrologia, 1994, 30(6): 747–750. DOI: 10.1088/0026-1394/30/6/039.
  • 期刊类型引用(4)

    1. 邓云飞,周楠,田锐,魏刚. S型碳纤维褶皱夹芯结构低速冲击响应特性实验研究. 航空学报. 2022(06): 469-480 . 百度学术
    2. 邓云飞,张伟岐,吴华鹏,王轩,杜晶. 泡沫填充的S型褶皱复合材料夹芯板低速冲击响应特性. 复合材料学报. 2021(08): 2605-2615 . 百度学术
    3. 张一弛,杨毅. 冲击荷载下金属填充梁柱钢节点动力学分析. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2020(01): 24-28 . 百度学术
    4. 肖定军,朱哲明,蒲传金,陆路,胡荣. 爆炸荷载下青砂岩动态起裂韧度的测试方法. 爆炸与冲击. 2020(02): 78-91 . 本站查看

    其他类型引用(4)

  • 加载中
图(10) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  5056
  • HTML全文浏览量:  1402
  • PDF下载量:  52
  • 被引次数: 8
出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-11
  • 修回日期:  2019-11-04
  • 刊出日期:  2020-05-01

目录

    /

    返回文章
    返回