动态压力测试技术介绍

    1　前言

    压力是表征被研究对象流体力学特性的重要参量，对于非稳态流动过程的工况而言，工质的压力不是恒定的，具有动态变化特征，因此需要进行动态压力的测试，以研究其流体力学特性。

    以动压传感器及配套数据采集与处理系统为基础的动态压力测试技术被广泛的应用于石油化工、航空航天、轨道交通等诸多科研领域。张彭岗等^[1]通过高频压力传感器对爆震管内的气体压力特性进行测试和分析，解析了波与火焰的作用机理；汪泉等^[2]借助压力传感器讨论了爆炸火焰的压力特性，为有效控制瓦斯爆炸事故做出努力；梁习锋和陈燕荣^[3]讨论了列车交会空气压力波测量的影响因素，对连接压力传感器的信号线长度、放大器的滤波频率以及采样频率对测试的影响进行了分析和试验，为准确测量列车空气动力学特性提供借鉴。由此可知，动态压力的测量在工程实践和科学研究中的运用具有重要意义，分析相关的测试理论与实践，是认识与提高动态压力测试技术的基础。

    本文通过对与动态压力测试技术相关的内容进行归纳和分析，介绍了有关的理论知识和实践经验，为工程技术人员提供一些动压测试方面的借鉴。

    2　传感器原理

    根据测压原理不同，可以把压力测量的方法分为：①利用重力与被测压力平衡测量；②利用弹性力与被测压力平衡测量；③利用物质其他与压力有关的物理性质测量。

    由于动态压力的测量通常要求较高的响应时间，而重力和弹性力的恢复对时间参量的依赖性较强。而利用物质其他与压力有关的物理性质测压的方法，具有精度高、体积小、动态特性好等优点，更为适合实现工质动态压力的测试。较为常见的动态压力传感器主要包括压电式传感器、压阻式传感器。

    压电式传感器的主要原理是基于压电效应的现象，即一些电介质材料在一定方向上受到外力作用而产生变形时，在它们的表面上会产生电荷，当外力被去除后，表面又回到不带电状态。利用压电效应将压力信号转换为电信号，以实现测量压力的目的，由于电荷的变化具有较好的动态特性，因此压电式传感器适合测量工质的动态压力特征。

    与压电式传感器相似，压阻式传感器的测量原理是通过压阻效应实现的，所谓的压阻效应是指当物质受到外力作用，其电阻率发生变化的现象。很多物质都具有压阻效应，以半导体晶体最为明显，常用的压阻材料是硅和锗。通过构建相关的测试电路，将电阻变化以电信号（电压或电流）形式表征，进而借助电信号与压力信号之间的关系来定量描述动态压力特性。