[發明專利]一種極小量程壓力系統準靜態校準用緩沖器及設計方法

有效

• 申請號: 202010925099.1
• 申請日: 2020-09-06
• 公開（公告）號: CN111998995B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 孔德仁;施宇成;張學輝;馬雪嬌
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01L27/00
• 分類號: G01L27/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 汪清

本發明公開了一種極小量程壓力系統準靜態校準用緩沖器及設計方法，包括傳力件、減振件、上端蓋、緩沖器本體、壓縮彈簧、造壓油缸；所述沖擊緩沖器本體連接在造壓油缸上；所述上端蓋連接在沖擊緩沖器本體上；所述傳力件內表面中心黏連減振件；所述壓縮彈簧設置在緩沖器本體與傳力件之間，處于預壓縮狀態；所述傳力件上端伸出上端蓋的中心通孔；傳力件可相對上端蓋上下運動；設計方法提出了添加活塞緩沖器后的落錘數學模型，得到了緩沖器相關參數表達式，使得該緩沖器可產生完整的低于1MPa的半正弦壓力激勵，從而實現極小量程壓電式壓力傳感器系統的準靜態校準。

技術領域

本發明屬于準靜態校準用緩沖器領域，特別是一種極小量程壓力系統準靜態校準用緩沖器及設計方法。

背景技術

壓電式壓力傳感器“電荷泄露”的特性決定了其從根本上不適用于靜態校準，國外的廠家以及國內的計量院和計量單位通常使用落錘/擺錘式壓力校準系統(落/擺錘系統如圖1，圖2所示，造壓油缸如圖5所示，是產生半正弦壓力的關鍵部件)，通過準靜態校準的方法校準傳感器特性。壓力準靜態校準系統能夠實現壓力測量系統及傳感器組件的靈敏度、線性度、重復性等參數的校準，該校準系統適用于國內外常用的沖擊波壓力傳感器，如：PCB、Kistler及國產動態壓力傳感器，并符合動態壓力傳感器檢定規程(JJG624-2005)要求，落/擺錘原理在南京理工大學孔德仁《塑性測壓器材準動態校準技術及實驗研究》中有詳細介紹。

目前壓電式壓力傳感器系統的一大研究與應用方向是極小壓力測量。以爆炸場沖擊波超壓測量為例，由于近場裝藥爆炸反應復雜，多類毀傷元耦合作用于測試系統，壓電式壓力傳感器在近場測得的壓力數據難以準確反應沖擊波壓力的毀傷能力，所以壓力遠場的測試技術逐步得到重視。根據以往的測試數據，遠場的壓力峰值遠低于1MPa；此外，由于每次爆炸場試驗耗資巨大，有時會通過縮比試驗進行研究分析，其壓力值也不會很大。而目前常見的用于準靜態校準用的落錘壓力校準系統產生半正弦壓力峰值最低有效壓力為10MPa，擺錘壓力校準系統產生半正弦壓力峰值最低有效壓力低于落錘，約為1MPa左右(一種便攜式手動操作擺錘壓力發生器，申請號：CN201611261754.8)，其主要原因是落/擺錘的錘體自身帶有一定的重量，即使不安裝配重片，僅一定高度(或角度)就能產生一定數量級的壓力，若將高度(或角度)控制得很小，則有可能導致錘體不能完全彈起，使得輸出不是一個完整的半正弦信號。

發明內容

本發明的目的在于提供一種極小量程壓力系統準靜態校準用緩沖器及設計方法，以用于落錘/擺錘的緩沖器及其設計算法，通過該緩沖器可產生完整的低于1MPa的半正弦壓力激勵，從而實現極小量程壓電式壓力傳感器系統的準靜態校準。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種極小量程壓力系統準靜態校準用緩沖器，包括傳力件、減振件、上端蓋、緩沖器本體、壓縮彈簧、造壓油缸；

所述沖擊緩沖器本體連接在造壓油缸上；所述上端蓋連接在沖擊緩沖器本體上；所述傳力件內表面中心黏連減振件；所述壓縮彈簧設置在緩沖器本體與傳力件之間，處于預壓縮狀態；所述傳力件上端伸出上端蓋的中心通孔；傳力件可相對上端蓋上下運動。

一種極小量程壓力系統準靜態校準用緩沖器的設計方法，包括以下步驟：

步驟1、構建緩沖器整個碰撞過程的運動方程：將整個重錘撞擊傳力件和活塞桿直至分離的碰撞過程看作完全非彈性碰撞過程，視傳壓介質體積模量不發生改變，構建整個碰撞過程的運動方程；

步驟2、構建整個碰撞過程的協調方程，即油缸容積變化量表達式；

步驟3、構建整個碰撞過程的物理方程，即油缸內的油壓與油缸容積變化量的關系式；