压力传感器:使用皮托静态管进行校准

为了测量动态压力，U 型管电力计的每个支腿都连接到来自皮托静态管的静态和总压力端口的未知压力。结果差由以下公式给出:

(1)

这转化为 U 管压力计的柱高度差异。这种压力差异或动态压力，可以使用表达式计算:

(2)

其中α_水是水的密度（U 管压力计的流体），g是重力引起的加速度，h_压力计是 U 管电力计中柱高度的差异。在某些情况下，由于腔室中的流体量不足，电力计可能有偏移，并且高度偏移（h_off）必须在上述等式中考虑如下:

(3)

压力传感器基于电容器的工作原理，电容器由两个导电板组成，由绝缘体分离（图2）。

图 2.电容器 （A） 和电容压力传感器 （B） 的架构。

电容使用公式测量:

(4)

其中α是材料的介电常数，A是板的面积，d是板之间的间距。在电容压力传感器中，其中一个导电板被柔性导电膜片所取代，如图2所示。施加压力时，隔膜偏转，导致d 的变化，从而导致电容的变化。传感器中的电子器件经过校准，可产生特定的电压变化，以实现相应的电容变化，进而可用于测量给定施加压力的电流。

分析中使用了以下常数:水密度，μ水:61.04磅/^英尺3;因重力引起的加速度，g:32.15 英尺/s²;和压力计关闭，h_关闭= 0.8 in.图7显示了用于增加和降低动态压力（仪器离场有和未校正）的操纵测量数据的变化。图 8显示了传感器电流读数与压力的图解，该图是使用公式 3 计算的。

为了获得压力传感器的校准曲线，分别通过增加和递减数据点拟合两条线性曲线。相应的线性拟合方程为:

(5)

(6)

增加曲线和递减曲线的方程几乎相似，两条曲线彼此对齐，如图8所示。因此，可以推断压力传感器没有任何滞后。传感器可以使用将电流与压力（公式 5 或 6）相关的单个校准方程（公式 5 或 6）用于传感器，因此无需使用笨重的 U 管操纵仪系统进行所有未来的压力测量。

图7.气表流体高度随风洞动态压力的变化。请点击此处查看此图的较大版本。

图8.压力传感器的校准曲线。请点击此处查看此图的较大版本。

机电传感器是一些体积更大的测量系统的热门替代品。然而，传感器需要定期使用标准化测量设备进行校准，才能成为有效的实验工具。在本实验中，通过将传感器在亚音速风洞中一系列动态压力条件下产生的电流信号与压力进行比较，校准了现成的电容式机电压力传感器。从U管操纵仪测量。结果表明，传感器电流信号与压力之间存在线性关系，传感器滞后可忽略不计。获得了一个将传感器电流输出与压力相关的校准方程。

现代机电测量系统为自动化实验数据采集提供了途径，可用于实时静态和动态系统的数据监控和分析。然而，适当的校准实践，如本实验中演示的，是必要的，以帮助用户获得准确和可重复的数据，使用上述传感器。