1動態(tài)壓力傳感器檢定規(guī)程本規(guī)程適用于動態(tài)壓力傳感器(以下簡稱壓力傳感器)的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中的檢驗。壓力傳感器及動態(tài)壓力測量系統(tǒng)的校準可參照本規(guī)程。2引用文獻JJG860—1994《壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程》使用本規(guī)程時，應(yīng)注意使用上述引用文獻的現(xiàn)行有效版本。3術(shù)語和定義3.1動態(tài)測量(dynamicmeasurement)為確定被測量的瞬時值和(或)被測量的值在測量期間隨時間(或其他影響量)變化所進行的測量。3.2動態(tài)壓力(dynamicpressure)在所研究的領(lǐng)域內(nèi)，隨時間變化的壓力。3.3頻率響應(yīng)(frequencyresponse)壓力傳感器對正弦壓力激勵的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性，由幅頻特性和相頻特性組成。3.4幅頻特性(amplituderesponse)K(f)在正弦激勵下，壓力傳感器的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)與激勵間的幅值比和頻率的關(guān)系，即壓力傳感器的幅值靈敏度與壓力信號頻率的關(guān)系。3.5相移(phaseshift)φ在正弦激勵下，壓力傳感器的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)與激勵間的相位差。3.6相頻特性(phaseresponse)φ(f)相移與激勵信號頻率的關(guān)系。3.7諧振頻率(resonantfrequency)w壓力傳感器具有最大幅值響應(yīng)時的激勵信號的頻率。3.8時域特性(propertiesinthetimedomain)壓力傳感器對特定的激勵(通常是階躍壓力)在時間域的響應(yīng)特性。時域特性指標主要包括振鈴頻率、上升時間、建立時間以及過沖量等。3.9振鈴頻率(ringingfrequency)wa壓力傳感器階躍響應(yīng)中所含的自由振蕩頻率。壓力傳感器階躍響應(yīng)的最終穩(wěn)定值。3.11上升時間(risetime)t壓力傳感器被階躍壓力激勵時，其響應(yīng)值從階躍響應(yīng)幅度的10%過渡到90%所需2壓力傳感器被階躍壓力激勵時，其響應(yīng)值從階躍響應(yīng)幅度的10%時刻起至與終值之差進入階躍響應(yīng)幅度的±5%范圍以內(nèi)時刻止所需的時間。3.13過沖量(overshoot)δ壓力傳感器被階躍壓力激勵時，其響應(yīng)中超出終值部分的最大值與階躍響應(yīng)幅度之3.14靈敏度(sensitivity)壓力傳感器響應(yīng)變化量與激勵變化量之比。在規(guī)定的某激勵值上通過一個小的激勵變化△x,得到相應(yīng)的響應(yīng)變化△y,則比值K=△y/△x即為壓力傳感器在該激勵值處的靈敏度。本規(guī)程定義兩種靈敏度：a)靈敏度K。,采用靜態(tài)壓力檢定得到的靈敏度，某些壓力傳感器對靜態(tài)壓力不響應(yīng)，此時為采用階躍壓力檢定得到的靈敏度。b)幅值靈敏度K(f),壓力傳感器的靈敏度與壓力信號頻率的關(guān)系，即幅頻特性。4概述壓力傳感器是一種能夠感受壓力，并按照一定的規(guī)律將壓力值轉(zhuǎn)換成電信號或其他信號輸出的器件，其工作原理如圖1所示。其輸出信號通常為電壓、電流、電荷、頻率或數(shù)據(jù)等。壓力傳感器按照其敏感方式的不同可分為壓電式、壓阻式、應(yīng)變式、電容式、電感式、光學式、諧振式等。輸出信號壓力信號輸出信號壓力敏感元件信號調(diào)理電路圖1壓力傳感器工作原理5計量性能要求壓力傳感器計量性能要求見表1。6通用技術(shù)要求6.1新制造的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)應(yīng)堅固，外露件的鍍層、涂層應(yīng)光潔，不應(yīng)有剝脫劃痕。接插件應(yīng)完好牢固。使用中和修理后的壓力傳感器不應(yīng)有影響其計量性能的缺6.2壓力傳感器的銘牌上(或在其他位置)應(yīng)標明產(chǎn)品名稱、型號、規(guī)格、測量范圍、準確度等級、制造單位(商標)、出廠編號、制造年月等信息，并清晰可辨。6.3用于差壓測量的壓力傳感器壓力輸入端口處應(yīng)有能區(qū)分高壓(H)和低壓(L)的標志。3計量性能幅值靈敏度允許誤差相移允許值靜態(tài)準確度等級標準級壓力傳感器普通級壓力傳感器一1.檢定幅值靈敏度允許誤差和相移允許值時最少選擇以下頻率點之一：8Hz,16Hz,80Hz160Hz,1kHz。檢定選用的頻率點在檢定證書中應(yīng)注明。2.對靜態(tài)激勵無響應(yīng)的壓力傳感器，靜態(tài)準確度等級不作要求，3.幅值是指去掉直流分量后的正弦波幅值。7計量器具控制計量器具控制包括首次檢定、后續(xù)檢定和使用中的檢驗。7.1檢定條件7.1.1標準器標準器含正弦壓力標準、激波管動態(tài)壓力標準、快開閥動態(tài)壓力標準7.1.1.1正弦壓力標準必須滿足下列條件：a)正弦壓力標準的性能指標應(yīng)滿足表2的要求。計量性能頻率范圍幅值靈敏度測量不確定度相移測量不確定度一等正弦壓力標準0<f≤200200<f≤10005°二等正弦壓力標準O<f≤2002°200<f≤10005°1.一等正弦壓力標準檢定標準級壓力傳感器，二等正弦壓力標準用于檢定普通級壓力傳感器。2.幅值是指去掉直流分量后的正弦波幅值。b)所產(chǎn)生的壓力幅值應(yīng)能根據(jù)壓力傳感器的量程進行調(diào)節(jié)。c)檢定頻率范圍根據(jù)壓力傳感器工作頻率范圍確定。7.1.1.2激波管動態(tài)壓力標準必須滿足表3的要求。4指標階躍壓力上升時間t<1×10~6s平臺壓力持續(xù)時間z>4×10~3s平臺壓力波形不平度優(yōu)于±2%階躍壓力幅值不確定度<4%(k=2)7.1.1.3快開閥動態(tài)壓力標準必須滿足表4的要求。指標階躍壓力上升時間tn<5×10~3s平臺壓力持續(xù)時間r平臺壓力波形不平度優(yōu)于±0.5%階躍壓力幅值不確定度7.1.2輔助設(shè)備與標準配套的測量系統(tǒng)，其工作頻率范圍必須覆蓋壓力傳感器的工作頻率。檢定時用到的信號調(diào)理器和記錄分析儀器應(yīng)滿足下列條件：a)電荷放大器誤差優(yōu)于±1%。b)電壓及應(yīng)變放大器誤差優(yōu)于±0.5%。c)A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)≥12bits,最高采樣頻率≥1MHz,線性度優(yōu)于±0.2%。d)測量電路的信噪比大于40dB。7.1.3其他儀器設(shè)備激波速度測量系統(tǒng)、氣源及控制系統(tǒng)、頻率計、示波器、氣壓計、溫度計、濕度計、扭矩扳手等，可根據(jù)檢定工作需要配套。7.1.4檢定環(huán)境條件7.1.4.2相對濕度：不大于75%。7.1.4.3大氣壓力：(90～106)kPa。7.1.4.4檢定設(shè)備周圍應(yīng)無振動、強電磁場、放射性源等影響檢定的外界干擾。7.2檢定項目首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗項目見表5。7.3檢定方法7.3.1外觀檢查用目視方法檢查，外觀應(yīng)符合6.1～6.3的要求。7.3.2靜態(tài)準確度等級及靈敏度K,檢定5檢定項目首次檢定后續(xù)檢定使用中檢驗6.1外觀+++表1,靜態(tài)準確度等級++十表1,幅值靈敏度允許誤差++十表1,相移允許值△△△上升時間十一一振鈴頻率+一一過沖量+一建立時間+—注：“+”表示應(yīng)檢項目；“-”表示可不檢項目；“△”表示標準級壓力傳感器需檢的項目普通級壓力傳感器不作要求。按JJG860—1994《壓力傳感器(靜態(tài))檢定規(guī)程》執(zhí)行。7.3.3用正弦壓力標準進行檢定的一般要求、檢定步驟和計算方法正弦壓力標準見附錄B。7.3.3.1一般要求a)使用標準壓力傳感器時，壓力傳感器和標準壓力傳感器應(yīng)對稱安裝，使兩只壓力傳感器感受相同的壓力變化。不能采用對稱安裝方式的，如僅進行幅頻特性檢定，其感壓面中心距要小于壓力波波長的1/10;如進行相頻特性檢定，其感壓面中心距要小于壓力波波長的1/100。檢定標準級壓力傳感器時，應(yīng)將標準壓力傳感器和壓力傳感器對換安裝位置分兩次進行檢定，以兩次檢定數(shù)據(jù)的平均值作為最終檢定結(jié)果；檢定普通級壓力傳感器時不作此要求。b)檢定標準級壓力傳感器時，對每個頻率點的測量次數(shù)不少于12次(即首次安裝后測量不少于6次，對換安裝位置后再測量不少于6次);檢定普通級壓力傳感器時，對每個頻率點的測量次數(shù)不少于6次。c)有冷卻裝置的壓力傳感器，檢定時冷卻裝置應(yīng)處于工作狀態(tài)。壓力傳感器在使用中需考慮腔室或管路響應(yīng)時，應(yīng)連同腔室或管路一起檢定。d)檢定時的工作介質(zhì)為氣體或液體。e)檢定前，壓力傳感器、測試儀器至少通電預(yù)熱30min。7.3.3.2檢定步驟a)安裝壓力傳感器。接通壓力源，檢查系統(tǒng)密封狀況。調(diào)整壓力值，使得檢定壓力的最大值小于壓力傳感器的量程上限值。b)調(diào)整信號調(diào)理器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使其處于最佳工作狀態(tài)。c)調(diào)整正弦壓力標準產(chǎn)生頻率為f;的正弦壓力。d)采集標準壓力傳感器和壓力傳感器的響應(yīng)，按7.3.3.1的要求重復測量m次。6采用附錄B的方法計算如下參數(shù)：n;j=1,2,…,m)。j=1,2,…,m)。2,…,m)。將計算結(jié)果以數(shù)據(jù)文件形式保存在計算機中。e)重復c)~d)步驟，直到完成全部選定頻率點的檢定。f)如檢定標準級壓力傳感器，需對換標準壓力傳感器和壓力傳感器安裝位置，重復a)~e)步驟。7.3.3.3正弦壓力標準檢定結(jié)果計算方法a)幅值靈敏度相對誤差率點處壓力傳感器的幅值靈敏度平均值：幅值靈敏度相對誤差按公式(2)計算b)相移根據(jù)上述θ、θ。值，按公式(3)計算壓力傳感器的相移平均值：7.3.4用激波管動態(tài)壓力標準進行檢定的一般要求、檢定步驟和計算方法激波管動態(tài)壓力標準見附錄C。7.3.4.1一般要求a)壓力傳感器應(yīng)齊平安裝在激波管的末端法蘭或側(cè)壁上，齊平安裝指壓力傳感器的最前端在安裝后應(yīng)與周圍的平面齊平，沒有影響壓力傳感器響應(yīng)的溝槽、洞穴、縫隙、小腔室或管路等(圖2)。檢定時，壓力傳感器應(yīng)按規(guī)定的安裝條件和安裝力矩安裝，避免產(chǎn)生安裝頻率響應(yīng)和安裝應(yīng)變響應(yīng)。b)進行檢定工作前要清理激波管內(nèi)腔，保持清潔，激波管內(nèi)腔應(yīng)沒有油氣、水氣膜片碎屑和其他雜物。在兩次檢定之間要有5min以上的間隔時間，以消除膜片破膜時產(chǎn)生溫度變化的影響，使之恢復到室溫狀態(tài)。c)根據(jù)壓力傳感器的量程，確定檢定時其所承受的最大壓力ps(見附錄C)的取JJG624—20057(a)端面安裝(b)側(cè)壁安裝(c)側(cè)壁安裝圖2壓力傳感器齊平安裝示意值范圍。應(yīng)考慮壓力傳感器在階躍壓力作用下可能產(chǎn)生過沖，應(yīng)使ps與過沖量的和小d)根據(jù)ps的取值范圍，選擇p?,p?,控制激波馬赫數(shù)M。使激波管產(chǎn)生較好的階躍壓力波形，各參數(shù)的關(guān)系按附錄C計算。e)在檢定時，采用端面安裝，反射激波階躍壓力△ps按公式(C9)計算；采用側(cè)f)在檢定時應(yīng)考慮與階躍壓力同時產(chǎn)生的階躍溫升以及破膜和激波帶來的沖擊加g)有冷卻裝置的壓力傳感器，檢定時冷卻裝置應(yīng)處于工作狀態(tài)。壓力傳感器在使h)如因故無法齊平安裝，壓力傳感器的感壓面有小腔室或管路出現(xiàn)，則需考慮管路容腔效應(yīng)的影響，管路最低諧振頻率應(yīng)10倍于壓力傳感器的諧振頻率。在直管時，管路諧振頻率可按公式(4)估算：的容積大于小孔徑管路的容積時，可按公式(5)估算管腔的諧振頻率：i)進行幅頻特性檢定時，采樣頻率應(yīng)為壓力傳感器諧振頻率(或振鈴頻率)的10倍以上；進行相頻特性檢定時，采樣頻率應(yīng)為壓力傳感器諧振頻率(或振鈴頻率)的50倍以上。在進行數(shù)據(jù)處理時，所用數(shù)據(jù)應(yīng)不少于20個自振波的數(shù)據(jù)量。8j)壓力傳感器、測試儀器至少預(yù)熱30min。7.3.4.2檢定步驟a)安裝壓力傳感器。b)安裝激波管膜片。c)向激波管加壓，采用人工或自然破膜方式產(chǎn)生激波。d)將試驗原始數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的方式保存在計算機中。7.3.4.3激波管動態(tài)壓力標準檢定結(jié)果計算方法a)上升時間t,壓力傳感器被階躍壓力激勵時，其響應(yīng)值從階躍響應(yīng)幅度的10%過渡到90%所需的時間(圖3)。t,由壓力傳感器對階躍壓力激勵的響應(yīng)曲線直接計算得出。圖3壓力傳感器對階躍壓力激勵的響應(yīng)b)振鈴頻率wa用單位時間內(nèi)的振蕩波數(shù)來表示(圖4),按公式(6)計算式中：t——N個振蕩波所需的時間。圖4由時域波形計算振鈴頻率c)過沖量δ壓力傳感器被階躍壓力激勵時，其響應(yīng)中超出終值部分的最大值與階躍響應(yīng)幅度之JJG624—20059式中：△u?——響應(yīng)中超出終值部分的最大值；u——階躍響應(yīng)幅值。d)建立時間t壓力傳感器被階躍壓力激勵時，其響應(yīng)值從階躍響應(yīng)幅度的10%時刻起至與終值之差進入階躍響應(yīng)幅度的±5%范圍以內(nèi)時刻止所需的時間(圖3)。建立時間由壓力傳感器對階躍壓力激勵的響應(yīng)曲線直接計算得出。靈敏度K,可以由靜態(tài)檢定得到。階躍壓力激勵時，壓力傳感器的靈敏度K。按公式中：u——壓力傳感器被階躍壓力激勵后，其階躍響應(yīng)幅度值(圖3);△p——階躍壓力值，根據(jù)使用的壓力標準按附錄C或附錄D計算。7.3.5用快開閥動態(tài)壓力標準進行檢定的一般要求、檢定步驟和計算方法快開閥動態(tài)壓力標準見附錄D。7.3.5.1一般要求a)根據(jù)壓力傳感器的量程，確定快開閥動態(tài)壓力標準所產(chǎn)生的階躍壓力幅值范圍。應(yīng)考慮壓力傳感器在階躍壓力作用下可能產(chǎn)生過沖，使階躍壓力與過沖量之和小于壓力傳感器的量程上限值。檢定所用的介質(zhì)(氣體或液體)應(yīng)盡量與壓力傳感器在使用中要用的一致；所產(chǎn)生的壓力階躍方向應(yīng)盡量與壓力傳感器在使用中遇到的壓力方向相同。b)壓力發(fā)生裝置的閥門(或膜片)與壓力傳感器最前端安裝平面之間的容積應(yīng)最小，距離應(yīng)最短，該腔室的諧振頻率盡可能為壓力傳感器諧振頻率的10倍以上。要考慮溫度、振動及沖擊加速度、安裝等各因素對檢定的影響。c)有冷卻裝置的壓力傳感器，檢定時冷卻裝置應(yīng)處于工作狀態(tài)。壓力傳感器在使用中需考慮腔室或管路響應(yīng)時，應(yīng)連同腔室或管路一起檢定。d)對靈敏度K,以外的項目進行檢定時，快開閥動態(tài)壓力標準所產(chǎn)生的階躍壓力上升時間應(yīng)不大于壓力傳感器上升時間的1/3。7.3.5.2檢定步驟a)安裝壓力傳感器。b)啟動系統(tǒng)，使其產(chǎn)生階躍壓力。c)將試驗原始數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)文件的方式保存在計算機中。7.3.5.3快開閥動態(tài)壓力標準檢定結(jié)果計算方法與7.3.4.3方法相同。按本規(guī)程要求檢定合格的壓力傳感器，出具檢定證書，檢定證書內(nèi)頁格式見附錄G.1。檢定不合格的壓力傳感器，出具檢定結(jié)果通知書，并注明不合格項目和內(nèi)容，檢定結(jié)果通知書內(nèi)頁格式見附錄G.2。7.5檢定周期壓力傳感器檢定周期一般不超過1年。在惡劣條件下使用的壓力傳感器，建議在使用前和使用后分別進行檢定。JJG624—2005附錄A單自由度二階線性系統(tǒng)壓力傳感器的動態(tài)特性比較復雜，不同的壓力傳感器其數(shù)學模型的階次和自由度可能是不同的。為簡化起見，描述壓力傳感器動態(tài)特性時，通常將其數(shù)學模型近似為單自由度二階線性系統(tǒng)(以下簡稱二階系統(tǒng))。在多數(shù)場合，這種近似是有其合理性的。壓力傳感器可以用如圖A1所示的典型質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)來表述。x(t)圖A1有阻尼的質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)其運動方程可以用二階微分方程來描述：k——彈性系數(shù)；m——質(zhì)量；x(t)——作用力函數(shù)(由壓力產(chǎn)生)。對式(A1)進行拉氏變換，經(jīng)整理得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)式中：Y(s)——響應(yīng)函數(shù)的拉氏變換；式中：X(s)——激勵函數(shù)的拉氏變換；固有頻率是壓力傳感器在無阻尼(c=0)時，敏感元件的自由振蕩頻率，此時，響應(yīng)信號對激勵信號有90°的相移。s為復變量。ξ為阻尼比，它是實際阻尼與臨界阻尼之比。式(A2)表述的模型是假定壓力傳感器能以靈敏度K來響應(yīng)靜態(tài)壓力[即s=0時，式(A2)中靈敏度為K]。通常，以電荷量為響應(yīng)的壓力傳感器對靜態(tài)壓力是不響應(yīng)的。此時，可引入高通RC濾波器來修正。例如，壓電式傳感器就可以用這種傳遞函數(shù)來逼近：此時s=0,則響應(yīng)為零。式(A2)和式(A3)是用變量s寫出來的。它在頻率域上描述了系統(tǒng)的特性。給定了激勵函數(shù)，就可用拉氏反變換導出函數(shù)在時間域上的方程。假定有幅值為A的階躍壓力作用到式(A2)表述的傳感器上，那么,信號的時域響應(yīng)即為y(t)=A{1-(1/β)·e-(6!/β)·sin[wat+aretan(β/ξ)]}圖A2所示為不同阻尼比(ξ)的二階系統(tǒng)對單位階躍激勵的時域響應(yīng)。y(t)Wnt圖A2不同阻尼比(ξ)的二階系統(tǒng)對單位階躍激勵的時域響應(yīng)圖A3所示為二階系統(tǒng)的幅頻特性曲線，計算公式為wn——固有頻率，rad/s;CJWno附錄B正弦壓力標準正弦壓力標準采用正弦壓力發(fā)生器作為激勵源，用正弦壓力對壓力傳感器進行檢定。正弦壓力發(fā)生器的種類繁多，依工作原理分類有諧振式、調(diào)制式、汽缸-活塞式等。其工作介質(zhì)有氣體和液體兩種，工作頻率范圍各不相同，目前各種正弦壓力發(fā)生器的總體工作頻率范圍可覆蓋(0～20)kHz。正弦壓力標準一般采用比較法原理，即采用標準壓力傳感器測量激勵信號，與壓力傳感器的響應(yīng)進行比較的方法進行檢定。圖B1所示為一種采用正弦壓力標準檢定壓力傳感器的原理。當正弦壓力發(fā)生器對兩只傳感器施加頻率為f;的相同的正弦壓力激勵時，兩只傳感器的響應(yīng)經(jīng)過信號調(diào)理器后被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同時采集，得到兩個離散電壓序列。采用B.2或B.3的方法進行計算，就可以求出標準壓力傳感器測量到的正弦壓力幅值A(chǔ)a(等于標準壓力傳感器響應(yīng)電壓幅值與標準壓力傳感器幅值靈敏度的乘積)和相位θ,以及壓力傳感器的響應(yīng)正弦信號的幅值B?和相位θ。按規(guī)程的7.3.3.3可計算出壓力傳感器的幅值靈敏度誤差和相移。標準壓力標準壓力傳感器數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)B壓力傳感器正弦壓力發(fā)生器信號調(diào)理器信號謂理器計算機壓力源圖B1正弦壓力標準檢定壓力傳感器原理雖然數(shù)字電壓表和相位計可以分別測量正弦信號的幅值和相位，然而本規(guī)程使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步采集標準壓力傳感器和壓力傳感器的響應(yīng)，采用DFT法(B.2)或最小二乘擬合法(B.3)計算正弦信號的幅值和相位，以減少正弦信號的失真對測量結(jié)果的B.2離散傅立葉變換(DFT)法計算正弦波幅值和相位理想正弦信號可用下述四參數(shù)表達式表示y(t)=Ccos(w?t+θ)+Dw?——正弦信號角頻率；θ——正弦信號的相位；D——正弦信號的直流分量。JJG624—2005信號的角頻率與頻率的關(guān)系為w=2πf。以時間間隔△t進行離散化抽樣后，在采樣點上獲得的離散時域信號序列可相應(yīng)表述為y(i△t)=Ccos(woi+θ)+D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)序列為時刻t?,t?,t?,…,t?-1的采集樣本yo,yi,y?…,y-1,即序列y[i](i=0,1,2,…,n-1),其離散傅立葉變換(DFT)為(B1)時域信號y和頻域序列Y的點數(shù)都為n。對應(yīng)于時域采集到的信號y的時間間隔△t,頻域序列Y的頻率間隔為(B2)Y[i]為頻率間隔為△f的n點復數(shù)序列，包含幅值和相位兩方面信息。如果采樣間隔為△t,而且第一個采樣點(i=0)位于0,那么第i個數(shù)據(jù)就是在i△t采樣的。后樣，如果頻率間隔為△f,那么第i個DFT樣本就發(fā)生在頻率為i△f處。因此，如果正弦信號頻率可以表示為f?=N△f(B3)式中：N——整數(shù)，且0<N<n。DFT的結(jié)果的復數(shù)序列中，頻率為f?的譜線值為式中：Y[N]=A+BjA,B——第N點DFT的實部和虛部。(B4)則頻率為fo的正弦信號，其幅值和相位分別為C=√A2+B2(B5)θ=arctan(BlA)(B6)推薦在已知正弦信號頻率的條件下采用本方法，并且時域信號序列y[i](i=0,1,2,…,n-1)應(yīng)包含整數(shù)個周期的正弦波，以避免進行DFT運算時由于頻譜泄漏影響計算結(jié)果的準確度。B.3最小二乘擬合法計算正弦波幅值和相位理想正弦信號可用下述四參數(shù)表達式表示y(t)=Acos(W?t)+Bsin(o?t)+D或y(t)=Ccos(w?t+θ)+D以時間間隔△t進行離散化抽樣后，在采樣點上獲得的離散序列可相應(yīng)表述為y(i△t)=Acos(wgi)+Bsin(woi)+D或y(i△t)=Ccos(woi+θ)+DJJG624—2005擬合的方法，計算出正弦波的四個參數(shù)。這里提供兩種正弦擬合方法：一種用于采樣頻率和被測信號激勵頻率均已知時；另一種用于信號頻率未知時。每一個途徑包括兩種算法：一種通過矩陣運算；另一種通過迭代過程。對于已知信號頻率的情況，當初始條件相同時，上述兩個算法結(jié)果一致。但兩者的收斂性不一樣，使用矩陣算法的收斂速度比不使用矩陣的快，特別是信號周期數(shù)小于5個時。B.3.1正弦波三參數(shù)(已知頻率)最小二乘擬合算法B.3.1.1矩陣算法設(shè)理想正弦信號為y(t)=Acos(w?t)+Bsin(wt)+D取或?qū)ふ褹、B、D,使下式所述殘差平方和最?。簽榱苏页龊线m的A、B、D值，首先構(gòu)造下列矩陣：公式(B7)可用下列矩陣方式表示：(y-Yx)(y-Yx)這里，(*)T表示(*)的轉(zhuǎn)置.可以得出公式(B8)最小時的最小二乘解：擬合函數(shù)為9=Acos(w?t?)+Bsin(o?t;)+D將其轉(zhuǎn)換為幅值和相位表達形式；r;=yi-Acos(w?t;)-Bsin(w?t;)JJG624—2005擬合殘差有效值為B.3.1.2代數(shù)方程算法設(shè)數(shù)據(jù)記錄序列為包含了一系列在時刻t;(i=1,…,n)上采集的正弦信號樣本然后計算下面的九個和：使用這些和，計算：D=y-A?α-B?β擬合函數(shù)如下：y;=A?cos(w?t?)+B?sin(w?t)+D其幅值和相位表達形式：γ?=Ccos(u?t+θ)+DJJG624—2005C=√A}+B?其中：三參數(shù)正弦曲線擬合是一種閉合的線性過程，絕對收斂。四參數(shù)正弦曲線擬合則不然，尚無確切的數(shù)學公式可直接計算獲得擬合參數(shù)，所有已知的方法都屬非線性迭代擬合過程，若擬合初始值距離目標值“太遠”,則很容易導致迭代過程發(fā)散或收斂到局部最優(yōu)點而不是總體最優(yōu)點上，致使擬合結(jié)果錯誤。而且，擬合初始值是否與目標值足夠“接近”,又缺乏實際判據(jù)，很難對其進行量化控制，只能在擬合不收斂時，重新選取初始值或重新獲取測量數(shù)據(jù)。希望能找到一個判據(jù)，當判據(jù)要求滿足時，四參數(shù)正弦波曲線擬合過程是絕對收斂的。下面的過程具有這樣的特點。設(shè)正弦數(shù)據(jù)記錄序列中時刻t?,t?,…,t。的采集樣本yi,yz,…,y。,待估計的y(t;)=Ccos(w·t;+θ)+D假設(shè)待估計的正弦波角頻率目標值為。,待估計的正弦波采樣序列所含信號周期個數(shù)為p;則有，△um=W?/p,在區(qū)間[u?-△wmx,W+△u]內(nèi)的任意角頻率下，殘差平方和e(o)的極值存在且惟一。這樣，便將四參數(shù)正弦波曲線擬合中，對幅度、頻率、相位、直流分量四個參數(shù)的四維非線性搜索，變成了對頻率分量造成的e(w)的一維線性搜索，可保證在區(qū)間[。-△omx,。+△wm]內(nèi)，用三參數(shù)擬合法a)設(shè)定擬合迭代停止條件為h。。JJG624—2005法或其他方法獲得每個信號周期內(nèi)所含信號采樣點數(shù)m,并獲得序列所含信號周期個其收斂區(qū)間界為△omx=w?p=2πv/nse)若pw<pr,則p=pw,有wo∈[r,og],O?=r,Or=u;w=O?+0.618否則，重復d)~f)的過程。激波管動態(tài)壓力標準激波管動態(tài)壓力標準采用階躍壓力對壓力傳感器進行檢定，它可以產(chǎn)生上升時間為納秒級的階躍壓力。激波管動態(tài)壓力標準主要由激波管本體、壓力源(壓縮氣體或真空泵)及控制臺、激波速度及其他氣動參數(shù)測量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及分析控制系統(tǒng)等組成壓力傳感器壓力傳感器差壓室壓力控制臺壓力源數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)輸出設(shè)備信號調(diào)理器測速系統(tǒng)低壓室測溫測壓圖C1激波管動態(tài)壓力標準檢定傳感器原理簡單型激波管為恒定截面的細長管，由膜片分成兩部分，具有較高壓力的稱高壓室，具有較低壓力的稱低壓室。兩室壓差達到某一定值時，膜片爆破，高壓室的氣體沖向低壓室形成入射激波，激波后陣面壓力突變形成一個正的階躍壓力，階躍壓力保持恒定的時間稱恒壓時間。入射波到達低壓室端面后被反射，形成反射激波和反射激波階躍激波管工作時的波系和流場情況及符號標志如圖C2所示。符號及其含義：p?——破膜前的低壓室壓力；p?——破膜前的高壓室壓力；p?——入射激波壓力；Ps——反射激波壓力；△p?——人射激波階躍壓力；△ps——反射激波階躍壓力；圖C2激波波系T?——工作介質(zhì)的初始溫度；△T?——入射激波階躍溫升；△Ts——反射激波階躍溫升；M?——反射激波馬赫數(shù)；x?——反射激波、接觸面、反射稀疏波互相交會的位置；△r?——入射激波階躍壓力恒壓時間；△rs——反射激波階躍壓力恒壓時間；xs——低壓室內(nèi)腔的有效長度；x?——側(cè)壁安裝的壓力傳感器與膜片之間的距離；式中：T——低壓室工作介質(zhì)的初始溫度，K。C.2參數(shù)計算方法當激波管的工作介質(zhì)為空氣時，其參數(shù)均可用入射激波壓力比pz?或入射激波馬赫數(shù)M。按下述公式計算(以下除注明外，壓力為絕對壓力，單位MPa;溫度單位K)JJG624—2005入射激波馬赫數(shù)：M,=vla=[(1/7)(6p??+1)]!?初始壓力比：P?1=P?/P?=Pz{1-(pzt-1)[7(6pz?+1)]-1/2}-7=(1/6)(7M2-1){1-(1/6)(M.-1/M,)}-入射激波壓力比：P??=P?1p?=(1/6)(7M2-1)入射激波階躍壓力：=(p??-1)p?=(716)(M2-1)p?入射激波溫升比：=P??(p?+6)/(6p??+1)入射激波階躍溫升：△T?=T?-T?=(T?;-1)T=[(p?-1)/(6pz?+1)]T?反射激波壓力比：Psi=pslp?=pz?[(8pz?-1)/(p??+6)]=(1/3)(7M2-1)[(4M2-1)/(M2+5)]反射激波階躍壓力；=(ps-1)p=2[(4p??+3)(p??-1)/(p??+6)]p,=(7/3)(M2-1)[(4M2+2)/(M2+5)]p反射激波溫升比：=(2p??+5)(8pz?-1)/[7(6p??+1)]=[(4M2-1)(M2+2)]/(9M2)反射激波階躍溫升：△T?=Ts-T?=(Ts-1)T(C11)={[4(4p??+3)(pz?-1)]/[7(6p??+1)]{T(C11)={[2(M2-1)(2M2+1)]/(9M2)}T?當p?=2,室溫為20℃時，由式(C1)~式(C11)可得如下參數(shù)入射激波馬赫數(shù)初始壓力比膜片爆破壓力入射激波壓力入射激波階躍壓力入射激波階躍溫升反射激波壓力比反射激波壓力反射激波階躍壓力反射激波階躍溫升M。=1.363p??=4.34△p=(p?-1)p?=3.34pp?=2p?△p?=P△T?=0.23Tps?=3.75Ps=3.75p?△ps=2.75p?△T?=0.48T?附錄D快開閥動態(tài)壓力標準快開閥動態(tài)壓力標準采用階躍壓力對壓力傳感器進行檢定，其產(chǎn)生階躍壓力上升時間依不同的標準有較大差異，一般在微秒(μs)至毫秒(ms)量級。雖然快開閥動態(tài)壓力標準產(chǎn)生的階躍壓力上升時間比激波管長，但其壓力值范圍較寬、壓力平臺保持時間理論上可以無限長、幅值誤差可比激波管小一個數(shù)量級，因而很適于壓力傳感器靈敏度的檢定以及低頻特性的檢定。目前此類標準動態(tài)壓力幅值可以覆蓋壓力范圍(0～1000;MPa,幅值準確度可達0.1%。一種可產(chǎn)生正階躍壓力的快開閥動態(tài)壓力標準如圖D1所示。它可采用氣體或液體作工作介質(zhì)，快開閥門將高壓室和低壓室隔開，高壓室容積遠大于低壓室，壓力傳感器安裝在低壓室。檢定時通過快速打開快開閥門使低壓室壓力突然升高，加載于壓力傳感器。低壓室壓力和高壓室壓力達到平衡的時間(階躍壓力上升時間)主要取決于開閥速度、高壓室和低壓室的結(jié)構(gòu)以及流體的黏性。閥門開啟前低壓室和高壓室的壓力可以準確控制，閥門快速開啟后低壓室最后達到的穩(wěn)態(tài)壓力由于具有足夠長的穩(wěn)定時間，可以實現(xiàn)準確測量，其測量不確定度主要取決于用于測量其壓力的數(shù)字壓力計的準確度等標準標準壓力傳感器快開閥門數(shù)字壓力計壓力傳感器低壓室信號調(diào)理器信號調(diào)理