压力测量（精选9篇）
压力测量 篇1
1 压力变送器的简介及其概念
1.1 压力变送器的简介
随着科学技术的不断进步, 现在的工业企业生产过程自动化水平有了很大的提高, 压力变送器的使用逐步推广开来。压力变送器主要用于测量和控制工业过程压力参数和流量, 其显示数值的准确情况对生产安全、贸易结算和质量控制具有重要的意义。
1.2 压力变送器的概念
压力变送器是一种传感器受压后并将压力变化量按一定比例转换为标准输出电信号的仪表。将变送器输出的电信号传输到中心控制室中, 并进行压力指示、记录或控制处理, 最终在计算机上显示出压力。
2 压力变送器测量方法及检定结果处理
2.1 压力变送器测量方法
根据国家检定规程JJG882—1994《压力变送器检定规程》, 进行压力变送器的检定。在测量之前, 应根据被检仪器的量程不同, 对压力变送器进行检定, 压力标准器可采用相应范围的二等活塞压力计, 被检器的供电电源及输出信号检测仪器可采用恒流电源和6位半高性能数字万用表。然后, 安装和连接上述仪器, 对检定系统进行预热, 预热时间应不少于十五分钟, 而后对被检器连续预加测量上限 (或下限) 三次。若压力变送器为0.2级, 应在测量范围内, 均匀合理地选取至少六个检定点 (包括零点) , 并对其连续进行三次检定, 最后根据检测的数据和规程要求评定被检器的误差。
2.2 检定结果处理
应使基本误差 (若有3个测量循环时, 则应取最大误差值) 、回程误差以及影响量引起的输出下限值、量程变化符合规程中各自允许误差的要求, 用绝对误差方式表示允许误差时, 可按下列公式计算:
式中:
△——绝对误差方式表示的允许误差;
Am——变送器规定的输出量程;
C——规定的允许误差指数。
对所得的数据进行检定, 首先要用公式计算, 然后需对其进行修约, 应使修约所引起的舍入误差小于变送器允许误差的1/20。下面是修约的进舍规则:当拟舍弃数字最左一位小于5时, 就予以舍去;当大于5时 (包括等于5而其后尚有非零的数) 则进1, 也就是保留的未位数加1;当拟舍数字最左一位为5, 且其后无数字或皆为0时, 所保留的未位为奇数, 则进1, 为偶数, 则舍弃, 检定结果的判定应以修约后的数据为准。
若压力变送器经检定合格, 则出具检定证书;若不合格的, 也应出具相应检定结果通知书, 并列出不合格项目。
3 仪表问题及其调校的基本步骤
3.1 仪表坑出现的基本问题
(1) 仪表的测量范围、上下限及量程不准确;
(2) 仪表的误差与精确度不够;
(3) 仪表的灵敏度、线性度、回差及分辨率不符合标准;
(4) 示值的修正值及修正系数选择不合理
3.2 仪表调校的基本步骤
(1) 检查仪表外观的完整程度, 铭牌、型号、规格、部件、插件、端子、接头、固定附件等齐全与否;
(2) 检查电气线路绝缘情况并使其符合要求;
(3) 检查仪表受压部件的密封性的良好程度;
(4) 根据国家或行业标准及产品说明书、调校规范的要求全面检查和调校仪表的零点、量程、误差等性能。
4 压力变送器出现误差的原因及其解决方法
4.1 压力变送器出现误差的原因
压力变送器的准确度及性能对流量计的计量结果影响非常大。在实际工作中, 由于没有按照设计要求进行压力变送器的选型、安装和使用中的维护保养, 以致经常发生流量计产生计量附加误差的情况。
(1) 没有正确选择压力变送器的准确度等级和量程范围, 没有按照GB/T18603-2001《天然气计量系统技术要求》要求进行选型, 造成“小马拉大车或大马拉小车”现象的出现, 从而导致了计量附加误差。
(2) 压力变送器的零位偏高 (或低) , 造成静、差压值偏大 (或小) , 使计算气量比实际气量偏大 (或小) 。
(3) 压力变送器的三阀发生组漏气或堵塞的情况。高压阀漏气, 将会造成计算气量比实际气量偏小;低压阀漏气将会造成计算气量比实际气量偏大;平衡阀内漏将会造成计算气量比实际气量偏小。
4.2 压力变送器出现误差的解决方法
结合实情况, 我们得出了下列解决压力变送器测量误差的方法:
第一, 导压管不宜太长;
第二, 当测量液体或蒸汽时, 导压管向上流连接到工艺管道, 其斜度应在1/12以上 (包括1/12) ;
第三, 对于气体测量时, 导压管向下连接到工艺管道, 其斜度应大于或等于1/12;
第四, 要避免液体导压管道的布设中间出现高点, 气体导压管的布设中间出现低点;
第五, 应使两导压管之间的温度保持相同;
第六, 导压管的口径应足够大, 以避免磨擦影响;
第七, 应使充满液体的导压管中无气体存在;
第八, 当使用隔离液时, 两边导压管的液体必须相同;
第九, 采用洁净剂时, 应使洁净剂连接处靠近工艺管道取压口, 洁净剂所经过的管路, 其长度和口径应相同, 应洁净剂不通过变送器。
5 结束语
综上所述, 我们已对压力变送器测量误差的产生原因列了出来, 这就相当于找准了病因, 接下来, 我们所要做的是对症下药了, 这不仅有助于对测量结果准确的把握, 而且进一步提高测量的准确度, 为计量工作质量打下坚实的基础。在工作中, 我们要根据自己遇到的特殊情况而具体分析, 因为上述原因不可能都会出现在我们的实际工作中。笔者建议, 在工作中应关注一些细节性的问题, 注重实践, 仔细观察, 这样才会更好的发现问题, 解决问题。
摘要：在实际生产工作中, 我们可以发现, 鉴于采用不同的工作方法, 压力变送器的测量误差是不同的。现在我们面临的问题就是如何减少压力变送器的测量误差, 这个问题的解决, 可以提高把测压元件传感器测得的相关物理压力参数转变成标准电信号的准确性。本篇论文着重针对这个问题加以讨论。
关键词：压力变送器,测量误差,准确性
参考文献
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压力测量 篇2
摘要：在供热系统中，我们必须选择合适的仪表对压力进行测量。在压力测量中要注意减少各种误差，提高准确度。文章对热工压力测量仪表的测量及类型进行分析，并对其应用及检验方法进行探讨。
关键词：热工仪表；压力测量技术；应用
中图分类号：O434 文献标识码： A
引言
在供热系统的生产过程中，为了正确地指导生产操作，确保生产安全，保证热能产量，减少能源消耗和降低成本以及实现生产过程自动化，一项必不可少的工作就是利用热工仪表对相关的参数进行精确的测量。而实现精确测量的前提是做好热工仪表的校验。同时，做好这两项工作是确保供热系统稳定运行的重要前提。
1、热电厂中的压力测量仪表分类
1.1.液压式压力测量仪表
液压式压力测量仪表，其测量原理比较简单，在进行压力测量时，通过平衡被测压力和一定高度液柱的压力即可得出实际的压力。该仪表一般采用玻璃管进行装液，受材质的影响，其测量范围比较小，一般测量的最大压力不能超过0.3MPa。对于工作液的选取也有一定的讲究。由于温度、重力加速度等对工作液体的影响比较显著，因此在不同环境条件下测量所得的结果要进行重力和温度等的修整。该压力测量仪表的显著特点就是灵敏度比较高。
1.2.弹性式压力测量仪表
弹性元件在受到一定压力的时候会发生相应的形变，正式利用了这一原理制成了弹性式压力测量仪表，该仪表也是目前应用最为广泛的压力测量仪表。这种仪表的优点就是结构简单，坚固耐用，而且测量范围相对较宽。
1.3.负荷式压力测量仪表
这种仪表直接根据压力的定义制作而成，砝码和活塞均可以进行精确加工和测量。该类仪表的优点是误差较小，测量限比较宽，可以从数十帕至2500MPa。
1.4.电测式压力测量仪表
电测式压力测量仪表是利用金属或半导体的物理特性，将压力转换为电压、电流信号或频率信号输出，或是通过电阻应变片等，将弹性体的形变转换为电压、电流信号输出代表性产品有压电式、压阻式、振频式、电容式和应变式等压力传感器所构成的电测式压力测量仪表。精确度可达0.02级，测量范围从数十帕至700兆帕不等。
2、热电厂热工测量仪表的常见故障
2.1.温度测量仪表故障
热电动势小于实际值。当热电偶内部有漏电情况发生时，或是接线柱短路、内部受潮、补偿导线短路、测量端损坏、不能正确进行安装、热电偶与仪表刻度存在不一致时都会导致热电动势会小于实际值，从而使温度测量仪表发生故障。热电动势大于实际。当补偿导线不有与热电偶种类相符时，或是其插入深度不够，接线出现松动时都会导致热电动势在比实际值大，使温度测量仪表发生故障。
2.2.液位控制仪表故障
在当前热电厂所有运行的热工测量仪表中，液位控制仪表故障是最为常见也是问题最多的一类故障，而且这类故障发生时，还会严重影响到热电厂运行的安全性。导致锅炉液位受到影响的因素较多，如燃料进料量、蒸汽出品流量和给水流量等，这些流量一旦发生改变则会对液位带来较大的影响，而且在给水温度过低或是蒸汽流量突增时，都会导致液位发生一定的变化，极易导致误操作的发生，从而引发事故。
2.3.流量控制仪表故障
热电厂锅炉运行时其主要介质即为水，所以需要利用流量控制仪表来对水进行测控，而当水出现压力不足，水里有杂质及管路受到阻塞、操作不当及泵动力不足时，都会导致流量控制仪表的指示出现偏小的故障。
2.4.压力测量仪表故障
仪表无指示。当压力管道内部存在着污垢物时，则会导致管道受到阻塞，导致仪表指示偏小或是无指示的情况发生，另外当表内齿轮间隙过大时也极易导致仪表无指示。仪表指针转动不平稳、回转或跳动。导致仪表指针转动不稳定的原因较多，当传动部件间隙过小或是失灵时会导致这种故障发生，而且当仪表处于长时间振动情况下，指针和表盘之间会存在摩擦，从而导致指针出现回转或是跳动，另外上当仪表内部齿轮出现倾斜及夹板弯曲变形时出会导致指针转动不稳、回转及跳动故障的发生。指示偏高或偏低。当传动比例失调或是正零位的示值过大时指示会出现偏高的情况发生。当传动比例失调、弹簧管有渗漏点、导压管线存在渗漏、指针或传动机构存在非正常摩擦等情况下指示会出现偏低。
3、热电厂热工仪表的检修校验方法
3.1.短路法。短路法检修主要是利用导线对热工仪表内部某一元件进行短接处理这主要是利用仪表工作状态的变化来查出故障的范围和因素，通过电流和电压值的改变来甄别仪表元件的完好性并利用仪表的位置以及类型做出故障判断加果仪表内的元件受损则需要更换新的元件加果不能更换则需要彻底更新仪表。
3.2.电阻法。电阻法也是测量热工仪表故障的主要方法之一，电阻法是利用电阻值来检验仪表各元件的性能，同时对元件的运行路线和状态进行判断同时利用电压法检测可以极大的提高检修效率。检测过程中河以利用万用表对仪表的电阻值进行测量其中包括：直流电阻、激磁绕组、步电机等进行校验找出阻值之间的差异，分析损坏仪表元件的部位。
3.3.敲击法。敲击法在仪表检测中不太常见但在实际操作中还是非常实用的主要是通过有效的敲击来检测仪表是否存在接触不良的现象，同时观察仪表内是否有元件松动胶验过程中观察表内是否存在水雾现象，并利用仪表指示灯的亮度和变化来进行观察厂般存在问题都是设备与仪表之间的漏焊造成的。
3.4.信号法。信号法是以仪表内部电路循环原理为基础通过对热工仪表的连通性来进行故障的检查脸测过程中以输出信号的质量为基准对故障发生的原因进行具体分析。信号检测法通过对仪表后接端子板的正负极信号来进行判断若正反速度不同则表明仪表存在不对称信号回路若指针方向偏转则表明桥路或绕组存在问题若电压不稳定则表明电阻存接触不良的现象。
3.5.万电压法。电压法校验主要是指通过热工仪表的电压结构来检测仪表的状态利用热工仪表内各元件的电压强度河以有效的查出仪表存在的故障进而分析故障产生的原因并及时检修。万用表是电压法检测的主要工具，其可以测出各元件之间的电压值荆断元件是否损坏这有助于设备故障的准确判断和及时更换。
3.6.观察法。观察法是热工仪表检修的基础方法之一。观察法在热工仪表检修中起到的作用是其它方法不可比拟的因观察法主要是利用检修人员的观察来对仪器的故障进行判断效果和效率都非常直观肩时仪表故障只是导线未接好、导线之间有断线、接头处接触不良、元件整体损坏等通过观察法能够以较快的速度对热工仪表基本问题进行较为准确的检测从而保证热工仪表故障的及时有效解决。
4、热工自动化仪表故障的维护措施
1）针对人为因素引发障碍进行维护。为了进一步解决因人为因素而造成的热工自动化仪表故障问题，我们则必须要从热工自动化仪表的操作人员维修人员入手。也就是说进一步提高热工自动化仪表维修人员的综合素质。可以在日常工作中，加强对热工自动化仪表维护人员的业务技能与职业道德培训，使其能够更加准确的掌握相关的专业技术知识，同时还要加强其对相应操作规程的学习，也以此进一步强化维修人员自身的责任意识。另外，还应对冶金设备管理工作给予充分重视，避免仪表及部件被窃。
2）对密封不良引发障碍进行维护。①对仪表盖未严格密封障碍进行维护。针对仪表盖未严格密封而造成的仪表障碍进行维护时，维护人员可选用全新的仪表，尤其是其选择的仪表应该优先选择外壳防护等级较高的仪表。且正确安装仪表盖，如有特殊需要，也可以在仪表上安装保护箱，以加强对仪表的保护。②对仪表电缆接线密封不良故障加以维护。针对因仪表电缆接线密封不良而造成的故障进行维护时，我们可以采取严格检查进货源头的方法，在订购设备时就对热工自动化仪表的电缆进行严格审查，注意点啦外径与仪表接头尺寸是否吻合。同时，要根据相应规范进行严格、准确的安装，将密封接头拧紧，也可利用玻璃胶或硅胶等将接口封死，以确保其密封的良好性。
3）对振动原因造成障碍进行维护。针对因振动而造成的故障问题进行维修时，首先则应该进一步加强热工自动化仪表的日常检查工作，以此做好运行记录，以便于有针对性的解决因振动而造成的故障问题。同时，也可以装置防松动的弹簧垫片以及橡胶垫支架以此缓解因振动而产生的故障。
结语
综上所述，热工仪表安装质量的高低将直接关系到机组能否长周期、安全稳定运行。只有在机组安装过程中，严把仪表安装的质量关，才能保证机组在投产之后，长周期、安全稳定运行目标得以实现。
参考文献：
压力测量 篇3
摘要：针对固冲发动机多路压力测量试验需求，利用美国PSI公司产品PSI 9116智能压力扫描阀为测试核心，设计了一套多路压力测量系统。本文对该系统的硬件组成、工作原理和测压系统的软件设计等内容作了详细描述。系统应用软件设计采用NI公司的LabVIEW图形化编程，用户界面简洁直观、操作简单，可扩展性强，具备128路的压力分布测量能力，较好地满足了固冲发动机点火试验参数测量需求。
关键词：固冲发动机：压力测量：智能压力扫描阀
中图分类号：V435 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2014）02-0044-05
0、引言
固体火箭冲压发动机具有比冲高、体积小、结构紧凑、工作可靠、使用方便等优点，是新一代导弹的优选动力装置。固冲发动机主要由燃气发生器、补燃室和进气道等部件组成。在产品研制期间，会对发动机进行一系列的结构特性、燃烧特性试验研究，为获取准确的特性参数，需对发动机进气道、补燃室多个截面、不同方位的压力参数进行测量。传统的固体火箭发动机测量系统有测量通道少、校准过程繁琐、准备时间长等缺点，已不能满足目前通道多、测试条件复杂的试验需求，研究简单、高效的多路压力测试手段成为新课题。
如今应用于试验中的各种传感器不断朝着小型化、集成化、智能化、标准化的趋势发展，加之计算机技术和日益精进的编程语言在软、硬件上的支持，使得压力测量系统的性能不断改进和提升。在风洞试验中，面对多通道压力测试需求，从20世纪90年代起，已开始引进电子扫描压力测量系统用于流场及试验件的压力测量。近年来，随着技术的进步，压力扫描阀的扫描速率不断提高，且通过植入芯片实现了传感器的智能化，使该系统的技术日趋成熟、应用更加广泛。
1、系统组成及工作原理
本系统选用PSI 9116智能压力扫描阀为测试核心，图形化语言LabVIEW编程，模块化设计，搭建了测量能力达到128路的多路压力测量系统。
1.1 系统组成
多路压力测量系统主要由扫描阀单元、气源操纵台、主控计算机及网络等组成，如图1所示。
扫描阀单元由PSI 9116（智能压力扫描阀）、PSI 90DB（扫描阀数据接口）、PSI 9032（大气压力计）、PSI 9034（标准压力源）等部件组成。其中PSI9116智能压力扫描阀为测试核心，共8个模块，每个模块集成16个传感器，具有温度补偿功能；PSI90DB为PSI 9116提供24 VDC电源、同步触发信号和网络接口；PSI 9032是精密大气压力计，用来测量大气压力，对测量参数进行绝压修正；PSI9034是标准压力源，为绝对压力输出，精度0.01%，用于压力扫描器PSI 9116的检定和校准。
气源操纵台配备高压氮气瓶、减压阀、安全阀及操纵气路，为系统提供操纵、校准、检漏和吹除用气，操纵气动作由主控计算机控制。气源操纵台通过减压器实现对高压氮气瓶减压，经气路输送到PSI 9116使用，气源操纵台组成如图2所示。
主控计算机为一台标准工业控制计算机，配备IO板卡，完成数据记录、PSI 9116模块触发及操纵气控制等功能，主控计算机与PSI 9116模块通过以太网交换机连接。
1.2 工作原理
1.2.1 PSI 9116简介
PSI 9116智能压力扫描阀是一种高性能一体式气体压力测量装置，用于多通道干燥无腐蚀性气体的压力测量，其内部集成了压力传感器和气路校准阀。它采集的数据是保证系统精度的EU（工程单位）数据，这些数据是通过上电时读取传感器内部预置的EU转换和温度补偿系数经过内部计算得到，系统还允许用户使用计算机执行多点校准辅助微调内部系数。
PSI 9116是网络式智能压力扫描阀NetScan，nerTM系列中的一员，采用自适应10/100 M以太网接口，使用TCP/UDP/IP协议，支持全双工/半双工操作，多个扫描器可联网组成一个多种参数分布式智能数据采集系统。
PSI 9116具有16个测量通道，每个通道使用单独的气体压力传感器，每个传感器内部都具有记忆全部校准数据的嵌入式记忆电路芯片，精度高达±0.05%，通过内部调零校准、量程校准或多点校准功能来维持高精度；每个传感器都包含一个单独的温度传感器和内部温度补偿系数供补偿算法软件使用，在校准温度范围内，温度漂移误差低至±0.001%FS/℃：PSI 9116具有驱动校准阀，通过软件命令可实现自动调零校准、满量程校准和多点校准，新的零位和增益系数在校准后生效，并可写入传感器内部永久记忆电路。
PSI 9116还具有一个专用的吹除/检漏校准气动阀组，如图3所示。通过软件命令和操纵气源，可以将阀组推到以下4个位置：测量、校准、吹除、检漏充气。图3中示意了系统执行测量功能时的阀位状态，执行推阀命令时须在PSI 9116的推阀控制压力输入端口上加560～860 kPa的压力。
1.2.2 系统布局
系统采用上下位机形式，根据现场布局情况分为现场测量端和远程控制端两部分，上位机与下位机采用以太网连接，实现数据交互与控制，如图4所示。现场测量端位于试车台，放置PSI 9116智能压力扫描阀（下位机）及一些辅助测量设备，负责试验参数的测量：远程控制端为一台工业控制机，即上位机，上位机程序基于LabVIEW编程，负责下位机和气源操纵台控制、试验数据监视、记录及分析等功能：为便于操作，气源操纵台亦放置在远程控制端。
本系统应用于自由射流工况下的固冲发动机数据测量，发动机安装在高空舱内，试验中，舱内气流高速流动，振动剧烈。PSI 9116为差压式测量仪器，系统将扫描阀单元安装于高空舱外，测试管路经预设通道进入高空舱与发动机相连，同时保证了设备运行的安全和稳定，避免了恶劣环境对设备的破坏。为便于测压管路连接安装操作，系统设计专门的转接板，转接板接口按扫描阀模块呈矩阵式分布，便于测压通道查找及插接。转接板与发动机之间预置转接管路，试验前，根据测试需求可快速连接。
1.2.3 系统工作
系统工作主要有试验前准备、试验参数测量及试验后处理三阶段工作。试验前准备主要完成测量通道配置、管路检漏、通道校准和管路连接等工作；试验阶段完成数据测量、文件保存及数据处理分析等内容；试验后期需对测量管路进行吹除、关闭操纵气等操作，以下详细介绍主要操作。
（1）管路检漏
试验前，为确保测试准确，需进行气路泄漏检查。执行检漏功能时，测量输入管路的外端用堵头堵死，在校准端口加上合适的检漏压力，将阀组推到检漏位置，使压力充满到各测量管路内，充气完毕，再将阀组推回到测量位置，然后周期性地采集压力数据，分析每个输入通道的压力降低过程，以判断其泄漏程度。
（2）通道校准
为使仪器测试准确，达到高精度测量，不仅要求所用压力传感器的重复性、线性度好，温漂滞后小，更重要的是在试验前对其进行零点校准。
用户可以通过校准软件控制PSI 9116模块内部固件，对模块传感器进行调零和满量程校准操作，获得最佳的测量精度。在执行调零和量程校准功能时，先将阀组推到校准位置，然后才执行校准操作，校准完毕通过软件控制回到测量位置。
其中调零校准不需要校准器（源），PSI 9116为智能式电子压力扫描器，自动进行数字温度补偿、非线性补偿功能，传感器补偿参数出厂时已经校准并记忆到内部FLASH存储器。使用时，量程校准是指对PSI 9116进行满量程校准，执行量程校准需要连接标准压力源PSI 9034，输出满量程压力到校准端口。
（3）数据测量
主控计算机可控制PSI 9116采样速率，同时按预设时间间隔读取缓冲区数据，记录并显示实时压强曲线，数据记录可根据需求选择手动或自动两种不同的启动方式。
现场测量端触发后，PSI 9116按照通道顺序自动扫描（采集）所有传感器输出，扫描器以设定扫描速率执行，数据保存到内部缓冲区，供主机存取，同时模块将根据现场实测温度，调取内部保存的温度补偿系数，自动进行数字温度补偿和数据转换。
（4）管路吹除
试验过程中，灰尘、水汽等不可避免地进入测试管路，可能带来管路堵塞、传感器腐蚀等危害，因此，试验完毕需对管路进行吹除清理。在执行吹除功能时，PSI 9116阀组推到吹除位置，在输入端口加上适当吹除压力，吹除气流将通过各测量通道的输入管路排出，将异物吹出输入管路。
2、软件设计
2.1 软件设计平台
发动机参数测量软件设计采用美国NI公司图形化语言LabVIEW编程，LabVIEW是一种基于图形开发、调试和运行程序的集成化环境，是第一个借助虚拟面板用户界面和方框图建立虚拟仪器的图形程序设计系统，该语言面向测试工程师，编程方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力，并提供了许多子VI供编程者直接调用。利用IabVIEW模块化和图形化的编程方法，可以在很短时间里设计、构建和修改自己的虚拟仪器系统，无需进行任何繁琐的计算机代码编写。
2.2 软件流程
软件运行时首先建立网络连接，主控计算机与PSI 9116模块实现通讯，如果网络连接错误，用户进行故障检查，重新运行软件；连接成功后，软件自动读取配置文件，配置文件自动默认最近一次试验信息设置，如果本次试验信息需要更改，进人参数设置界面进行参数设置：参数设置完毕可以进行检漏、校准、调零等操作；完成以上操作后，试验准备完毕，方可进行参数测量，参数测量结束可以进行数据分析；试验完毕，最后完成管路吹除，软件流程如图5所示。
2.3 软件设计
软件设计基于事件，模块化设计。程序根据使用需求，设计了参数设置模块、主界面和数据分析模块等三大模块。
（1）参数设置模块
参数设置模块主要完成测点位置信息配置、通道显示状态设置、PSI 9116采样频率等信息，并生成配置表，供本次试验应用。试验件差异以及同一试验件不同的试验目的，测量参数会随之产生变化，因此，试验参数设置模块是相当重要的模块，对后续参数对照、数据分析至关重要。在软件设计时，通道信息没有固化，可根据实测需求随时改动；在实际试验中，测量通道最多可达128路，不可能对所有通道都进行实时监测，通道显示状态设置实现对重要参数的显示勾选，达到重要通道参数清晰直观显示的目的。
试验参数默认读取前一次配置文件，沿用上次试验配置信息，如果本次试验测试通道、显示曲线需更改，可按实际情况重新进行参数设置。
（2）主界面
软件的各项主要功能都集中在主界面，不仅实现数据波形实时显示和记录，同时下位机检漏、校准和吹除等功能都在此界面完成。软件主界面分三大区块：图形显示区、功能区和参数显示区，如图6所示。
图形显示区用于显示测量通道实时波形曲线，由于通道较多，采用按模块分页显示的方式，现场测量端的8个PSI 9116模块采集的参数分别在对应的分页内显示，每个图形显示框最多可选8路曲线，显示曲线由参数设置模块设定；参数显示区主要显示校准信息，在通道校准时，显示各通道校准的标准压力、实测压力参数及校准精度，大气压力值由大气压力计测得，用于压力测量的绝压校正，该显示区也采用分页设计，由一个下拉勾选框实现模块切换；功能区用于执行检漏、校准、吹除、数据采集和存储等功能，由图6可以看出，模块状态栏有连接、测量、校准、吹除和检漏等呈矩阵分布的状态灯，每一行表示一个模块，每一列表示执行的功能，在执行该功能时可以单选或全选，全选时可通过全选框勾选实现。
（3）数据分析模块
数据分析模块是对试验后期数据的再现和分析，数据分析模块实现了以下功能：数据回放，各通道压力曲线显示；为便于数据分析，用户可以对曲线进行一系列操作：曲线选择、移动、局部放大、缩小，单、双光标读数功能；对波形数据实现滤波处理；数据积分及FFT功能，实现总冲计算及频谱分析功能；完成数据剪辑、数据格式转换等功能。
3、系统应用
多路压力测量系统已成功应用于弹发匹配试验系统流场测量和某型固冲发动机地面转级吹试试验。弹发匹配试验系统流场压力分布测试试验在限流喷管出口处特定位置安装特制的总压耙，总压耙布置的测点能反映试验系统来流的压力分布情况，装置感受到的压力由多路压力测量系统测量并记录，弹发匹配试验系统流场压力分布测试曲线如图7所示，图中压力曲线为来流流场在该测点的压力测量值，表征了试验系统来流流场压力分布的一致性。在流场测试中，实测结果与理论计算相符，为弹发匹配试验系统一来流分系统调试提供了有效参数，验证了系统设计的准确性，为系统验收提供了帮助：在某型固冲发动机产品进行的多次考核试验中，利用多路压力测量系统取得了发动机的许多重要参数，为该型发动机改进设计提供依据，促进型号研制的进展。
4、结论
压力测量 篇4
人体的足(鞋)底压力参数及分布特征反映了有关足的结构功能及整个身体姿势控制等情况,对医学、体育竞技及鞋类设计等领域有着重要意义[1,2]。国内外研究者普遍使用测力台、压力板及鞋垫系统等仪器测量足(鞋)底压力参数[3],大多数研究者能根据实验目的选择恰当的测量方法,但仍有部分研究者混淆足(鞋)底压力测量界面,将由不同仪器测量的不同界面的压力参数相互代替使用[4],从而造成所测得的数据不能真实反映研究所需的足部压力状况。
目前,对足(鞋)底压力测量方法比较的研究非常少。本论文采用常用的Footscan压力板与Novel鞋垫系统测量裸足及穿板鞋时“足-地”界面、“鞋-地”界面与“足-鞋”界面的压力参数,通过分析比较三个界面在足部7个分区的峰值压力、接触面积、峰值压强及冲量,探讨三种足(鞋)底压力测量方法测得的数据之间的关系,为日后各领域对足(鞋)底压力测量方法的选用提供参考。
2 实验部分
2.1 实验对象
20名健康青年大学生参加了本实验,男女性各10名。所有受试者均无重大足部与下肢损伤。受试者的基本信息参数见表1。
2.2 实验仪器
1)Footscan压力板
比利时RSscan公司生产,压力板长1 m,数据采集频率为250 Hz,在有效传感器区域(975 mm*325 mm)内有8192个传感器。Footscan压力板只能测量人体站立或行走一到三步的足(鞋)底压力参数,能测量“足-地”界面与“鞋-地”界面压力参数。
2)Novel Pedar-X鞋垫系统
德国Novel公司生产,数据采集频率为100 Hz,每只鞋垫表面分布99个压力传感器,通过电缆线与控制盒相连。 Novel Pedar-X鞋垫系统能记录连续多步的步态,能测量“足-鞋”界面的压力参数,能反映穿鞋时的足部受力情况。
3)实验用鞋袜
普通板鞋23号,25号各一双(如图1),鞋底邵氏硬度为69度;薄棉袜20双。
由于鞋底结构会影响足(鞋)底压力分布,实验用鞋的选择对测量结果影响很大。板鞋的鞋底结构简单,没有专门的减震结构,鞋底材料单一,底部平坦,可尽量减少由鞋底特殊结构及特殊材料引起的足(鞋)底压力改变,使穿鞋时足的状态尽量与裸足接近,便于比较分析,且普通板鞋是青年大学生穿着较多的一款鞋,采用板鞋作为实验用鞋具有一定的实用价值,本研究选用穿着板鞋的状态进行初步探究,为之后针对更多种类鞋的研究做铺。
2.3 实验过程
1)采用起始二步法[5](如图2)。将跑道设计为三段:第一段为2 m防静电塑胶跑道,第二段为1 m长压力板,第三段为4 m长防静电塑胶跑道;
2)受试者裸足以自然正常步速走过压力板,测量“足-地”界面压力参数;
3)受试者穿戴好放置了Novel足底压力鞋垫实验鞋,以自然正常步速走过压力板,同时测量“足-鞋”界面与“鞋-地”界面压力参数;
4)每个状态测量三次。
3 结果分析与讨论
将足(鞋)底分为7个区域:第1趾骨、第2～5趾骨、前掌内侧、前掌外侧、足弓、足跟内侧和足跟外侧。由于左右足的压力分布具有一致性[6],故本研究只选用左足压力参数。数据用spss16.0软件分析,对实验数据进行单因素ANOVA统计学分析。统计结果用undefined表示,差异显著性用P<0.05表示。
3.1 三个界面峰值压力的比较
峰值压力是指在接触时间内某个区域达到的最大压力。男女性三个界面的峰值压力分别见表2、3。
由表2、3可知,男女性“足-地”界面与“足-鞋”界面的峰值压力在前掌外侧与后跟外侧有显著性差异,女性还在第1趾骨处有显著性差异,足部内外侧的差异可能是鞋底曲挠性及鞋帮面结构对行走时足部内外翻的影响导致的,趾骨区域压力的差异可能是因为在蹬离地面时,鞋对趾跖关节的曲挠运动有一定的束缚而导致的;男女性“足-地”界面与“鞋-地”界面的足底峰值压力都在第2～5趾骨及腰窝处有显著性差异,女性还在后跟内侧处有显著差异,且在这两个区域“鞋-地”界面的峰值压力较大。男女性“足-鞋”界面与“鞋-地”界面间的峰值压力在第2～5趾骨、前掌外侧、腰窝及后跟外侧均有显著性差异,女性还在第1趾骨与后跟内侧处有显著性差异,且在这些区域“足-鞋”界面的峰值压力大多比“鞋-地”界面小,这可能是因为鞋底有一定缓冲作用,降低了“足-鞋”界面的峰值压力。
注:P1为“足-地”与“足-鞋”界面间P值,P2为“足-地”与“鞋-地”界面间P值,P3为“足-鞋”与“鞋-地”界面间P值。
注:P1为“足-地”与“足-鞋”界面间P值,P2为“足-地”与“鞋-地”界面间P值,P3为“足-鞋”与“鞋-地”界面间P值。
3.2 三个界面接触面积的比较
足部与地面或鞋内底的接触面积受体重、鞋帮、底材料和结构及鞋的合脚性等影响。表4、5为男女性三种界面间接触面积的比较。
注:P1为“足-地”与“足-鞋”界面间P值,P2为“足-地”与“鞋-地”界面间P值,P3为“足-鞋”与“鞋-地”界面间P值。
注:P1为“足-地”与“足-鞋”界面间P值,P2为“足-地”与“鞋-地”界面间P值,P3为“足-鞋”与“鞋-地”界面间P值。
由表4、5可知,男女性“足-地”界面、“足-鞋”界面及“鞋-地”界面两两之间的接触面积在足底大部分区域都存在显著性差异,其中“鞋-地”界面的接触面积最大,“足-鞋”界面的接触面积最小,这是因为本研究中的实验鞋为板鞋,其鞋底的形状比裸足足底大很多,故“鞋-地”界面接触面积最大;穿鞋时足部有一定束缚,足底尺寸变小,且板鞋鞋底平坦,鞋前尖没有一定翘度,曲挠性也较差,故足部与鞋内底贴合度不会很好,导致“足-鞋”界面间接触面积最小。
3.3 三个界面峰值压强的比较
在接触时间内某个区域单位面积承受的最大压力为该区域的峰值压强。峰值压强的大小与峰值压力及接触面积有关,压强过大会对足部造成较大危害。表6、7分别为男女性三个界面间峰值压强的比较。
注:P1为“足-地”与“足-鞋”界面间P值,P2为“足-地”与“鞋-地”界面间P值,P3为“足-鞋”与“鞋-地”界面间P值。
注:P1为“足-地”与“足-鞋”界面间P值,P2为“足-地”与“鞋-地”界面间P值,P3为“足-鞋”与“鞋-地”界面间P值。
由表6、7可知,男性“足-地”界面与“足-鞋”界面的峰值压强在趾骨区域、腰窝及后跟内侧处有显著性差异,女性在趾骨区域、前掌外侧及后跟外侧处存在显著性差异,且在这些区域“足-鞋”界面的峰值压强更大,这是因为“足-鞋”界面的接触面积更小,而峰值压力两者差异不大产生的;男女性“足-地”界面与“鞋-地”界面的峰值压强均在第2～5趾骨、腰窝及后跟内外侧处有显著性差异,男性还在前掌内侧,女性在前掌外侧处有显著差异,这可能是受鞋的影响及接触面积不同造成的;男女性“足-鞋”界面与“鞋-地”界面的峰值压强在绝大多数足底区域均有显著性差异,这可能是因为这两个界面接触面积差异较大。
3.4 三个界面冲量的比较
某个区域的压力对时间的积分即为该区域的冲量。由于足部承受的能量与足部病变有很大关系,而我们可以用冲量来预测足部承受的能量[7],研究足底各个区域冲量对足部损伤有重要意义。男女性三个界面间冲量的比较见表8、9。
由表8、9可知,男性“足-地”界面与“足-鞋”界面的冲量在前掌内外侧与后跟内侧有显著性差异,女性在除腰窝及后跟外侧的其它足底区域均存在显著性差异,且“足-地”界面的冲量在足底各个区域均更大,这是因为鞋底能缓冲地面对足部的冲击力,吸收部分能量;男性“足-地”界面与“鞋-地”界面的冲量在除第1趾骨外其它足底区域均有显著性差异,女性在第2～5趾骨、腰窝及后跟内侧有显著性差异;男女性“足-鞋”界面与“鞋-地”界面的冲量在绝大多数足底区域均有显著性差异,且“鞋-地”界面的冲量更大,这也是因为鞋底的缓冲作用。
注:P1为“足-地”与“足-鞋”界面间P值,P2为“足-地”与“鞋-地”界面间P值,P3为“足-鞋”与“鞋-地”界面间P值。
注:P1为“足-地”与“足-鞋”界面间P值,P2为“足-地”与“鞋-地”界面间P值,P3为“足-鞋”与“鞋-地”界面间P值。
4 结论
穿板鞋前后“足-地”界面与“足-鞋”界面的足底压力差异较大,可见鞋对足底压力影响较大,因此对于日常生活中足底压力的研究需要穿鞋测量,且应规范实验用鞋;穿鞋后鞋底与足底的压力差异也较大,特别是在第2～5趾骨及腰窝区域,因此不能用“鞋-地”界面的鞋底压力代替“足-鞋”界面的足底压力;三个界面的压力参数均存在差异,且各参数分布规律不一致,相互之间不可推测,三种测量方法得到的结果不能混用。
参考文献
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[6]张庆来,孟站领.正常青年人左右足底压力分布特征的对比分析[J].中国组织工程研究与临床康复,2007,11(5):889-892.
压力测量 篇5
在煤矿安全监测监控系统中, 为了实现对管道气体流量和管道负压等的监测, 压力检测是非常关键和必要的[1,2,3]。目前, 采用4-20m A电流信号传输在煤矿中应用具有很大优势, 电流信号抗干扰能力强, 能够远距离传输。因此, 文中采用了以1210为测压传感头、XTR105为信号调理电路, 设计了多通道压力测量系统, 同时为了方便其他传感器信号的传输, 设计中还加入了分站功能, 可以从外部引入频率信号, 对信号进行处理后显示并向上位机传输。该设计具有功能强, 电路设计简单, 成本低, 可靠性高, 易于实现的多种优点。
1 1210压力传感器和XTR105特性简介
权衡设计要求、成本、开发难易程度等各种因素, 最后选取美国MEAS的1210压力传感器作为压力探头, 选用XTR105实现电压电流信号转换。本设计中需要测量三种压力信号, 分别为:0~10k Pa的差压信号, -100~0k Pa的负压信号, 0~200k Pa的绝压信号。为此选用了三种1210传感器, 分别为:1210A-002D-3S, 1210A-015D-3S, 1210A-030A-3S。
XTR105是一片拥有两路精确电流源的4~20m A双线电流转换器, 它为测量放大器和单片集成电路上的电流输出电路提供完整的电流激励[4]。
2 系统设计
在参考了1210和XTR105数据手册的基础上[5,8], 借助典型电路, 综合设计要求, 讨论并设计了带有电源反电压保护的基于XTR105的变送电路, 及由LPC1227控制AD7705进行A/D转换与液晶显示的多通道压力测量系统。因此, 整个电路可分成测量变送电路、A/D转换电路、频率输入隔离电路、数据通信电路、单片机控制电路和显示电路6个模块。系统结构图如图1所示。
2.1 测量变送模块
系统中测量变送模块有三个, 电路基本一致。文中仅列出差压部分电路如图2所示, 该模块主要功能是将压力信号转换为4~20m A电流信号。压力传感器首先将采集到的压力信号转换为0~100m V的电压信号, 然后通过运放AD8572将该电压信号放大, 输入到XTR105将该电压信号转换为电流信号。为了达到精度要求在XTR105外围电路中接入了三极管TIP3055, 以将外部电源电流与消耗严格地分开, 从而降低XTR105的内部功耗及发热, 减少热漂移以提高电路性能[6,7]。该模块正常工作之前需要进行调零和进行放大倍数的调整。在差压为零时调整变阻器R33的阻值大小, 使OUT输出为4m A;调整输入差压为10k Pa时, 调整变阻器R20的阻值大小, 使OUT输出为20m A。绝压和负压的调整与差压调整类似, 此处不进行详述。调整之后系统就会根据压力值的不同而输出4~20m A电流信号。
(1) 本设计的变送模块4~20m A电流输出主要由R33调0电阻和R20调满度电阻决定, 输入输出关系如下式:
Io=4m A+VIN (40/R20)
式中VIN为VIN+和VIN-两端的输入电压。R20为XTR105的接入电阻。
(2) Rz调零电阻:本设计RZ=R33+R35, 通过测量它与压力传感器之间的电位差进行调零, RZ为压力传感器下限电阻值大小, 调节RZ使XTR105在常温下, 压力传感器在压力为零时输出4m A。经测量此电阻值约为80。
(3) RZ调满度电阻:本设计RZ=R20, 该电阻是用来设置增益, 根据压力传感器的数值大小设置器件的放大增益。计算得出的值约为70欧姆。
(4) D1, D2, D3, D4为二极管, 可避免电源反接而造成的破坏, 反接时会产生1.4V的电压而对电路起到保护作用。C7, C11, C12起到消噪作用[8,9,10]。
2.2 A/D转换与控制模块
本设计采用LPC1227作为主控芯片, 采用16位AD芯片AD7705。由于AD7705只有两个通道所以在设计时还需要占用主控芯片本身的1个AD转换通道, AD转换的具体分配为, 10k Pa的差压占用AD7705的通道1, 管道负压占用AD7705的通道2.本设计对绝压的精度要求不是特别高, 所以绝压占用了主控芯片的1路AD。本设计把A/D转换处理得到的数据, 由LPC1227控制最终在液晶屏上显示三个压力值。AD7705与主控制芯片LPC1227的连接图如图3所示。
针对本设计中遇到问题, 在使用AD7705时需要注意以下几个问题[11,12,13]。
(1) 时序注意要点:数字接口迷失的时候可以通过ADIN输入持续32个脉冲周期 (DCLK) 以上的高电平将复位AD7705的数字接口, 复位之后要等待500us以上才能访问AD7705芯片, 否则AD7705会出现端口迷失。
(2) 初始化:如果AD7705复位引脚直连VCC, 最好在初始化程序中加入初始化序列, 不然ready信号不会输出。
(3) 输入范围:如果AD7705采集单端信号, 则输入必须在0到VDD之间, 而不可以超出或为负, 如果一个输入为负, 则另一个输入会有灌入电流的现象, 芯片无法正常运行。
(4) 布局布线:数字地与模拟地的隔离, 走线和走线长短一定要保证, 否则容易出现转换结果的偏差。
2.3 显示电路
显示电路有PCF8566液晶驱动模块和LCD屏组成, 主控芯片通过I2C总线形式控制液晶驱动模块, 来实现数据的显示功能。电路如图4所示。
2.4 频率输入及隔离电路
外部频率输入电路如图5所示。频率输入范围200-1000Hz, 峰峰值8V。输入的频率信号通过光耦隔离后传给主控芯片, 通过主控芯片的捕获功能来实现频率信号的采集。
2.5 数据通信电路
主控芯片与上位机的数据交换通过RS485总线来实现。电平转换芯片采用MAX3082.具体电路如图6所示。
3 实验结果分析
3.1 压力数据采集测试
本实验采用如图4所示的压力产生装置, 产生不同的负压和绝压;利用图5产生微差压。负压表量程为-0.1~0MPa, 精度等级为0.25级;正压表量程为0~0.25MPa, 精度等级为0.5;差压表量程为0~40k Pa, 精度等级为0.25级。通过本系统测量压力值。实验结果如表1所示。由表1可以得出, 该测量系统的误差在±1% (F.S) 以内, 精度较高, 可以适用于精度要求高测量不同类型压力的场合。
3.2 频率数据采集测试
本文采用数字信号发生器来模拟频率信号, 产生200-1000Hz的方波, 输入到系统中, 分别模拟0-10%的瓦斯浓度和0-1000ppm的一氧化碳浓度。由测量结果可以看出浓度数据的精度在±1% (F.S) 以内, 精度符合设计要求。
4 结论
压力测量 篇6
1 建立误差模型修正系统误差
先通过理论分析来建立系统误差模型, 由误差模型求出误差修正表达式, 误差修正表达式中一般含有若干误差因子, 修正时, 先通过校准技术来求得这些误差因子, 然后利用误差因子和修正公式来消除或减小系统误差的影响。至于误差模型的建立, 必须根据具体情况进行具体分析, 没有统一的方法可寻。
2 利用校正曲线通过查表法修正系统误差
在较为复杂的仪器中, 对较多的误差来源往往不能充分的了解, 因此难以建立适当的误差模型。这时可通过实验, 即通过实际校准求得校准曲线, 然后将曲线上各校准点的数据存入存储器的校准表格中, 在以后的实际测量中, 通过查表来求得修正后的测量结果。用查表法来处理误差时, 显然列表的数据越详细查表结果越准确, 但这明显不合实际。精度每增加一倍相应的数据量 (即存储空间) 也会增加一倍。无限制地要求精度会使的存储数据量按几何倍率上升。在实际操作中, 为了减少存储空间用计算量的增加来实现。取得较少的校准点后, 在表中查不到的数据由内插法 (分段直线拟合) 来计算。以此来提高精度, 减少残余误差。
3 非线性的校正
许多传感器、检波器及其它敏感元件的输出信号与被测参数间存在明显的非线性关系。为使智能仪器直接显示各种被测参数并提高测量精度, 必须对非线性进行校正, 使之线性化。本系统采用的力传感器输出也必须要进行线性化处理之所以要线性化, 是因为线性化有很多的好处:为使传感器的输出能不失真地复现输入量的变化, 必须使其幅频特性为常量, 相频特性为线性关系, 这是使用传感器完成量值变化的基本要求。 (1) 传感器线性特性可以简化理论分析和设计计算; (2) 传感器线性特性便于应用线性系统的叠加原理进行对各种干扰因素的补偿; (3) 传感器线性特性便于数据处理和标定; (4) 传感器线性特性主要目的是提高测量精度水平。
非线性校正的方法可以分为代数插值法、分段插值法、最小二乘法等等。
4 误差处理方法
在选择哪种误差处理方法前, 先通过实验测量和观察得到在系统工作范围的一组互异点。也就是得到一个传感器压力-电压输出的数据表。 (表1)
现在对上述数据进行基于直线方程校正、分段直线校正和抛物线插值等方法的非线性处理。以比较哪种方法更有利于本系统使用。
4.1 直线方程校正
使用 (3.00, 0.60) 和 (7.90, 1.58) 两点来求解直线方程:
可得直线校正方程:p1 (x) =.02x
可以验证, 两端点的拟合误差为0, 而在x=.540KG的时候, p15 (.40) =.108V, 误差达到最大值为0.06 V。显然相对于输出不大的电压来说, 这是一个不小的误差数据。
4.2 分段直线校正
分段直线校正有等距节分段直线校正和非等距节分段直线校正两种。在此就以等距节分段直线校正来讨论。
为了方便于计算, 以最简单的二分来讨论。从表1中提取 (3.00, 0.60) 、 (5.50, 1.14) 、 (7.90, 1.58) 三个点来近似替代整个表格, 可得方程:
可以验证, 用两个插值方程对数据表的数据进行非线性校正, 每一点的误差减小了。第一段的最大误差值在点x=3.60KG处, 误差值为0.038 V。第二段的最大误差值在点x=6.50KG处, 误差值为0.0415 V。分段校正明显比直线方程校正的误差要小很多。
4.3 抛物线插值
抛物线插值是在数据中选取三个点 (x0, y0) 、 (x1, y1) 、 (x2, y2) , 相对的插值方程为:
节点选择 (3.00, 0.60) 、 (5.50, 1.14) 、 (7.90, 1.58) 三点。
得:p2=-.00662x2+0.272268x-0.157219
可以验证, 用这一方程进行非线性校正, 在点3.30KG处有最大误差值为0.049 V。
压力测量 篇7
关键词：液压机构,缓冲压力,分合闸缓冲,特性曲线
1 概述
液压操作机构是断路器实现稳定分合闸操作的动力来源;液压机构性能的好坏直接影响断路器的开断, 关合能力和稳定可靠性, 缓冲油缸的设计是液压机构设计的基本部分, 分合闸缓冲油压的大小决定了断路器动作过程中进入缓冲区后运动特性, 分、合闸缓冲的强弱直接影响油缸应力的设计和机构振动的强弱, 特别是分闸缓冲对断路器长燃弧开断有较大影响。分合闸缓冲压力可以通过压力传感器测量和仿真计算两种方法得到, 本文就采用压力传感器测量方法和应用进行简单介绍和分析。
2 瞬态缓冲压力测量原理和传感器选择
2.1 瞬态缓冲压力测量原理
由压力传感器将压力信号经物理效应转化为电信号, 经信号放大和滤波处理后由采集仪和分析软件将电模拟量转化为数字量显示。
2.2 传感器选型和软件选择
由于测量对象为瞬时压力, 油压变化快且变化范围大, 所以所用压力传感器应具有较高的固有频率、极短的上升时间和宽广优良的响应频带, 以保证足够的动态测压精度。
主要技术要求:
量程:高压断路器缓冲油压峰值较大, 故选择量程参考为0-200mpa。
频率:由于测量对象为瞬态变化量, 测量过程在几十ms内进行, 峰值变化在几ms范围内, 要求固有频率在上百KHz以上。
适用环境:高压断路器操作过程中振动较大, 传感器抗震性应能良。一般抗冲击要求几千g以上。
本试验选用绵阳铭宇科技有限公司生产的压力传感器:
本试验才用德国KoCoS MeBtechnic, 仪器可以同时采集压力曲线和特性曲线。
3 实际测量应用
3.1 某断路器试验过程中发现, 工作缸在操作数次后, 分闸缓冲发生变化, 缓冲变得较轻, 行程曲线见图1。经解体检查, 工作缸缸体变形, 具体变形位置见图2。
3.2 缓冲腔压力测试情况
断路器操作电压DC220V, 分闸操作时采集行程曲线和分闸缓冲压力曲线 (图3) 。
测量结果 (表1) :
分闸缓冲压力峰值过高, 分闸行程曲线上的缓冲部分变形, 不满足断路器的设计要求, 需降低缓冲压力, 保证缓冲质量。
改进缸体, 重新投制活塞杆、调整缓冲间隙后在额定操作电压 (DC220V) 条件下进行分闸操作, 测量缓冲压力 (图4) , 测量结果如下 (表2) :
分闸缓冲压力峰值明显降低:最大值为105.1 MPa, 满足设计要求, 经100次额定操作 (电压DC220V, 油压32.6 MPa) 后分闸缓冲良好, 工作缸解体后, 缸体尺寸没有变化。
4 结论
经过分闸缓冲压力测量, 工作缸体得到改善, 缸体应力满足要求, 振动噪声得到控制, 液压机构性能有了提高, 断路器特性曲线明显改善, 达到设计要求, 断路器寿命和稳定性提高, 性能得到优化。同时检验了缓冲油压仿真结果。
参考文献
[1]少学时.传感器原理及应用[M].天津:天津大学出版社.
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压力测量 篇8
压力分布测量是飞行器气动力研究中的一项重要实验,其目的是测量飞行器各部件,如机翼、尾翼、外挂物等表面的压力分布,为研究飞行器各部件的性能及其表面流动特性提供数据,同时也为飞行器及其各部件的结构强度计算提供气动载荷分布数据。
在风洞实验中,压力分布测量已经成为一种常规实验[1,2],是研究飞行器气动特性、验证数值计算方法是否准确的一个重要手段。而在飞行试验中,压力分布测量不仅可对真实大气条件下的飞行器气动特性进行探索研究,也可对相应的风洞实验结果进行验证。
国外一直都很重视飞行试验中压力分布测量的研究,如美国就曾在XF—92A[3]、X—15[4]、F—8超临界翼试验机[5]、F—104气动力试验机[6]、F—111跨音速试验机[7]、F—16XL超音速层流控制试验机[8]、F/A—18A大迎角试验机[9]等飞机上进行过压力分布测量,其研究范围涉及低速、亚音速、跨音速、超音速、高超音速等各个领域,取得了很多的研究成果。我国在20世纪90年代分别对运七飞机[10]和JJ7飞机[11]进行了翼面压力分布测量的飞行试验,取得了一定的成果,但基本上都是在低速或亚音速下进行的,因此非常有必要加强对超音速及以上领域内压力分布测量的飞行试验研究。
1 测试方法与测试原理
从所查到的国内外资料来看,在飞行试验中压力分布测量主要还是直接打孔法和测压带法。这两种方法的测试原理是相同,只是第一种方法是直接在飞行器表面打测压孔,而第二种方法则是在粘贴于飞行器表面的测压带上打测压孔。测压孔通过气路软管与加装在试验机上的压力传感器相连,于是表面测压孔所感受到的压力就可被压力传感器采集下来,再通过其它测试设备进行控制和记录,就可以得到飞行器表面的压力分布。
表面压力分布所测的压力通常以无量纲的压力系数Cp来表示,其计算公式如下:
上两式中,pi表示测压孔表面静压,p∞、q∞、V∞分别表示来流总压、来流静压和来流速度,Ma∞表示来流马赫数。
飞机超音速飞行时,会在空速管前形成一道激波,并且由于空速管头部通常是钝头,所以在空速管的总压管前会形成正激波。
如图1所示,Ma1、p01、p1分别为波前马赫数、波前总压和波前静压,而Ma2、p02、p2则分别为波后马赫数、波后总压和波后静压。则正激波前后总压之间存在如下关系式:
而在正激波前,空气流动仍为绝热等熵流,因此波前总、静压存在如下关系:
将公式(4)代入公式(3)中,就可得到波后总压p02与波前静压p1之间的关系式:
在实际超音速飞行中,波前Ma1就代表了来流马赫数Ma∞,p1就代表了来流静压p∞,而p02则代表了飞机空速管所测得的总压p0。再将上面的式(1)、式(2)、式(5)进行综合就可得到压力系数Cp的计算公式:
由公式(6)可知,只要知道了空速管所测总压p0、来流静压p∞及测压孔表面静压pi,就可以计算出超音速飞行时的来流马赫数,并求出飞行器表面的压力分布。
2 试验机与测试设备
美国一直非常重视试验机的建设,其大部分气动力研究试验都在试验机上进行。在超音速领域内,美国也一直保持着多架试验飞机,如早期的X—15、F—104气动力试验机,以及现在的F—111跨音速试验机、F—15气动力试验机、F—16XL超音速层流控制试验机、F/A—18A大迎角试验机等。美国就曾经在X—15、F—104气动力试验机、F—111试验机、F—16XL试验机上进行过压力分布测量的超音速飞行试验研究,可见图2至图5。
在压力分布测量飞行试验中,一般都选用压力扫描阀测量系统进行表面静压的采集、记录与传输。目前,国际上主要有两家公司生产这种系统,分别是美国的Scanivalve公司和PSI公司。压力扫描阀测量系统一般由压力扫描模块、数字化压力采集单元、压力控制模块、压力校准器及相关配件所组成,其在飞行试验的应用已经比较成熟。
3 超音速飞行试验数据处理
在飞行试验中,一般认为飞机空速系统所测的总压p0是准确的,而所测的静压会出现失真,需要进行修正,通常我们把飞机空速系统所测的静压叫做输入静压psb。在测得空速系统总压p0和输入静压psb后,将其代入公式(6)的第2式中就可以计算出超音速飞行时的指示马赫数Mai,如式(7)所示。
指示马赫数Mai并不等于来流马赫数Ma∞,输入静压psb也不等于来流静压p∞,因此对这两个量都需要进行相应的修正。通常在对飞机的空速系统进行校准后就可以给出飞行时的马赫数修正量ΔMa与静压误差修正量ΔPs,这两个修正量之间存在一定的函数关系,只要知道其中一项,就可以计算出另一项。最终可得到以下关系式:
表面测压孔处静压由压力传感器测得,通常在飞行试验中使用压差传感器,传感器的一端通过气路软管与翼面测压孔相连,另一端则可与飞机空速系统所测静压相连,并以空速系统所测静压作为压力测量系统的参考压力。因此,通过压差传感器就可以测得翼面测压孔处静压pi与飞机空速系统所测静压psb之间的压力差Δpi,如下所示:
将公式(6)～式(10)进行综合整理,就可以得到超音速飞行试验中压力系数Cp的计算公式,如下所示:
(11)
由式(11)可以看到,在测得总压p0、输入静压psb、压力差Δpi以及空速系统的马赫数修正量ΔMa与静压误差修正量ΔPs后,就可以计算出压力系数Cp。
4 飞行试验结果误差分析
4.1 误差分析
在飞行试验中,造成测试误差的因素有很多,如测试设备误差、校准误差、改装误差、试飞方法误差、数据处理误差等等。其中,有一些误差难以定量给出,因此在试验中一般只考虑一些影响较大且易于计算的误差。在压力分布测量飞行试验中,主要需考虑的误差有:压力传感器测量误差和飞机空速系统误差。
压力传感器测量误差可分为系统误差、随机误差和粗差三类。其中,系统误差可在对传感器进行地面校准或补偿调整后尽量消除,而粗差则可在误差计算中进行剔除。飞机空速系统误差主要包括延迟误差和位置误差等,属于测试中的系统误差,可通过对飞机的空速系统进行校准来修正。因此,在接下来的误差分析中主要考虑压力传感器的随机误差以及相应的误差处理方法。
4.2 压力系数标准差的计算
在压力分布测量中,压力系数Cp是一个间接测量量,因此,压力系数的误差可由间接测量误差公式计算得出。设函数y(间接测量的量)和各分量x1,x2,…,xn(各直接测量量)之间的一般函数关系式为:
则函数的标准差σy与各直接测量量的标准差σ1,σ2,…,σn之间有以下关系:
由于马赫数修正量ΔMa与静压误差修正量ΔPs是在对飞机空速系统进行校准后给出的,因此其属于系统误差,不存在标准差。因此,可由公式(11)的第1式得到压力系数标准差的计算公式:
经过计算,最终可得到如下的关系式:
由公式(15)可知,只要得到了表面压力差Δpi、输入静压psb和指示马赫数Mai的标准差,就可以计算出压力系数Cp的标准差σCP。
4.3 测量结果不确定度计算
在超音速飞行试验中,压力分布测量结果的不确定度计算主要可分为以下几步:
1)在每一稳态或准稳态飞行测试状态下,获得压力差Δpi、输入静压psb、指示马赫数Mai的一系列测量值;
2)修正或消除测量中的系统误差;
3)求出以上三个测量量的算术平均值的标准偏差σΔpi,σpsb,σMi,并在计算标准差的过程中应用3σ法则剔除测试中的粗大误差;
4)由公式(15)计算压力系数的标准偏差σCp;
5)计算测量结果的不确定度,一般可采用3σ法,则压力系数的不确定度可表示为:±3σCp,测试结果可表示为:Cp±3σCp。
需要特别说明的是,在超音速飞行试验中,对飞机空速系统的修正(尤其是气动及激波修正量的修正)非常重要,若飞机空速系统的修正量测不准,则整个测试结果的精确度都无法保证。
5 结束语
本文主要对超音速下的压力分布测量飞行试验技术进行了一些研究。文中首先对测压方法、测压原理、试验飞机、测试设备等进行了简要介绍,然后重点对飞行试验数据处理与不确定度分析这两部分内容进行了研究,并最终得出了超音速飞行试验中压力系数的计算公式及测试结果不确定度的计算方法。
与国外发达国家相比,国内在超音速气动力飞行试验领域内的研究还非常少,无法为我国新一代超音速飞行器提供强有力的技术支持,今后非常有必要加强这方面的研究。
摘要：主要对超音速下的压力分布测量飞行试验技术进行了研究。文中首先对压力分布测量的试验方法、测试原理、试验飞机、测试设备等进行了简要介绍。然后重点研究了飞行试验数据处理方法,得出了超音速飞行试验中压力系数的计算公式。最后给出了飞行试验结果误差分析,并得出了测量结果不确定度的计算方法。国内在超音速气动力飞行试验领域内的研究还非常少,本文中所给出的计算方法可为今后的飞行试验提供参考。
关键词：压力分布测量,超音速,飞行试验
参考文献
[1]恽起麟.风洞实验.北京:国防工业出版社,2000
[2]恽起麟.风洞实验数据的误差及其计算方法.气动实验与测量控制,1993;7(4):67—77
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[9] Davis M,Saltzman J.In-flight wing pressure distributions for theNASA F/A—18A high alpha research vehicle.NASA/TP-2000-209018,2000
[10]原正庭.亚音速飞机压力分布测量.航空学报,1998;19(4):486—488
压力测量 篇9
关键词：井下压力计,标准,活塞压力计,测量不确定度
油田井下压力计发展过程、现状及存在问题
自上个世纪50年代以来,油田井下压力计从用一支记录笔仅能记录井下最高压力的一种简单的玻登管压力计发展到现在,压力计的设计和制造已十分精细,并日臻完善。尤其是近三十年来,随着计算机技术的飞速发展,计算机技术在井下压力计中被广泛应用,由记录、走时和感压三大关键系统组成的机械压力计发展到现今广泛使用的电子式井下压力计,其电子压力计品种有几十种之多。有的可以地面直读,有的可将录取的资料在井下储存起来,仪器到地面后再进行回放,测量精度达到0.025%,显著地提高了试井分析的有效性、时效性、准确性,为油田勘探和开发提供了准确数据。近几年,大规模集成电路的高速发展和制造技术的成熟以及成本大幅下降,井下电子压力计在油田开发和勘探中被广泛使用,如静压和流压梯度监测、井筒压力和温度监测、温度衰减测井、酸化、压裂测试、等时测井、产能测试测射联作、压力恢复试井、油藏探边测试、干扰试井、脉冲试井、试注和压降测试等等。为此油田很多企业相继建立了检定井下压力计的标准装置,通过检定(校准)保证井下压力计的正常使用。按照国家计量技术规范JJ1033-2001《计量标准考核规范》要求,在建立计量标准装置中,测量不确定度的评定是一项重要的内容,是评定装置的测量水平的指标。如何评定则按国家计量标准JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》的原则和方法,但在实际应用中很大一部分没有按标准评定,把不能满足检定的装置确定成能满足,有些实验数据是抄袭或杜撰的数据,不符合自身系统的各种因素。因此,有必要通过检定电子式井下压力计标准装置建标过程中的测量不确定度的评定给予一定回答。
检定电子式井下压力计示值误差测量不确定度评定
1 依据及测量方法
依据JJG(石油)09-1999《电子式井下压力计》检定规程,被测电子式井下压力计放置在模拟试验装置中,装置可预置所需要的温度,并与标准活塞压力计连接,在标准器活塞承重盘加上相应的专用砝码W,砝码之重力作用在活塞有效面积所产生的压力可以通过流体传递给被检定电子式井下压力计。通过升压和降压循环将被测电子式井下压力计在各检定点显示值,与标准器产生的标准压力值之差即为被检仪表的示值的误差(测量原理如图1)。
2 数学模型
根据检定规程,其数学模型如下:
式中δ—电子压力计示值误差;
—电子压力计各压力点下的平均示值(MPa);
p0—各压力点下标准器的示值(MPa);
pm—电子压力计的测量上限值(MPa)。
3 测量不确定度来源和分析
根据数学模型被测电子压力计示值误差不确定度取决于输入量和p0的不确定度,而的标准不确定度u()来源主要是测量重复性引起的不确定度u()和电子压力计灵敏阈引起的不确定度u()。p0的标准不确定度u(p0)来源主要是标准器自身误差引起的标准不确定度u(p01)、标准器检定温度与被检电子压力计检定时温度不一致引起的不确定度u(p02)、标准器由于环境空气密度变化引起的不确定度u(p03)。
4 标准不确定度的评定
(1)测量重复性估算的不确定度u()
选一量程60MPa准确度等级为0.05级电子式井下压力计,在标准压力值18MPa、30MPa、48MPa三个点(不仅仅选三个点,应选有代表的点)按检定规程作10次等精度重复性测量,按A类评定,其三列试验标准差计算结果如表1:
举30MPa测量点试验标准差s2计算方法如下:10次pi读数为:
s1和s3计算方法同s2
合并样本标准差sp:
实际测量情况按检定规程要求0.05级电子式井下压力计进行3次升降压检定,故重复性条件下测量3次,以3次测量算术平均值为测量结果,则可得到不确定度u():
自由度:v()=m(n-1)=3(10-1)=27
(2)电子压力计灵敏阈引起的不确定度u(p2)
量程(0—60)MPa,0.05级电子式井下压力计按规程其灵敏阈为±0.05%×0.2,其区间在-0.01%至0.01%之间,则a=0.01%×60/2=0.003MPa,按B类评定,其为均匀分布,包含因子k为,故不确定度:
(3)标准器自身误差引起的标准不确定度u(p01)标准活塞压力计由检定部门出具的检定证书最大允许示值误差为±0.05%,置信度为99.7%,则k为3,按B类评定:
(4)标准器检定温度与被检电子压力计检定时温度不一致引起的不确定度u(p02)
根据检定规程要求,活塞压力计检定环境温度为(20±0.2)℃,电子井下压力计检定环境温度为(20±1)℃,则活塞有效面积的改变量为:
则面积增或减0.0029%,必然引起压力增或减0.0029%,属均匀分布,包含因子为k=姨3,按B类评定。
式中S0—检定时测得活塞有效面积,单位为平方米(m2);
α—活塞杆材料线膨胀系数,取1.2×10-5/℃;
β—活塞筒材料线膨胀系数,取1.2×10-5/℃;
t—使用时的温度,是20±1℃;
t0—检定时的温度,是20±0.2℃;
(5)标准器由于环境空气密度变化引起的不确定度u(p03)
活塞压力计在计算砝码时取空气密度是标准空气密度即1.2kg/m3,实际气候变化空气密度变化在(0.79-1.29)kg/m3。
对钢制专用砝码在空气密度ρf=1.29kg/m3时,重量为:
式中ρc—钢的密度,取7850kg/m3
当空气密度为0.79kg/m3时重量为:
故分布半宽a=(0.006%)/2属均匀分布,包含因子k为,按B类评定。
(6)电子压力计标准不确定度u()的计算
自由度:
(7)标准器的标准不确定度u(p0)的计算
自由度:
5 合成标准不确定度uc(δ)的评定
式中:—偏导数,又称为灵敏系数;
γ(,p0)—输入量和p0之间的相关系数的估计值。
在本例中,各输入量之间均不相关,认为γ(,p0)=0。则:
根据数学模型:(为了与上述不确定度计量单位一致,数学模型改为绝对误差计算公式),则灵敏系数:
合成不确定度的有效自由度
6 扩展不确定度U95
置信概率取95%,按算得的有效自由度近似取整为100,查t分布表得到k95=t95(100)=1.98扩展不确定度:
7 测量不确定度报告
0.05级电子式井下压力计在18,30,48MPa点,量程值60MPa范围内示值误差测量结果的扩展不确定度为:
相对扩展不确定度:
8 测量不确定度验证和结论
按JJF1033-2001《计量标准考核规范》中附录中C.2条方法验证。
选本H0110号准确等级0.05级,测量范围为(0—60)MPa电子式井下压力计对其检定,获得相关一组数据(来自该电子压力计检定记录),再由生产厂或同等级标准测定也获得一组数据(检定证书),有关数据得到表2:
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