在工程应用领域和科学技术的研究活动中，经常会接触到动态变化的压力或瞬变压力的测量与分析研究的问题，比如自动化生产过程中的压力监控、内燃机燃烧室压力特性的研究，爆炸过程压力的研究，火箭喷射反冲瞬间推力的测量，等等。压力传感器或压力测量系统能否反映压力的真实情况，测量结果可信度有多高，是人们必须关注的问题。如果用响应缓慢的压力传感器与测量系统去测量上述压力及其变化过程，其结果的真实性和可靠性值得怀疑，也不能用这种结果去指导压力作用的效果评价和分析。因此，需要对压力测量系统进行动态标定，以确定测量系统对动态压力的响应特性，从而正确地评价测量结果的误差及可靠性。

测压系统的动态标定方法，通常是用特定的动态压力标定设备提供已知压力幅值及其随时间规律变化的标准的动态压力，然后经被标定测量系统测得其相应的输出，通过比较和运算处理，获得被标定测量系统的频率响应特性及其他相关的动态特性参数。动态压力标定设备的核心是产生信号的装置，称为动态压力发生器。根据标准动态压力信号类型的异同，动态压力发生器可分为周期压力发生器和瞬变压力发生器。由此，常用的标定方法一般也分为两类：一类为稳态标定法——压力源提供稳定的周期压力。通常采用稳态的正弦压力波为压力源，因此，实用的标定方法就是频率响应法。另一类为非稳态标定方法，压力源提供瞬变压力，实际上常以激波管激波发生器，快速阀气动阶跃函数发生器等为压力源，这类标定方法属于阶跃响应法的范畴。

图9.15　正弦波压力发生器与标定系统原理简图

1—多通道信号分析仪；2—信号发生器；
3—功率放大器；4—电磁机械振荡器；
5—压力发生器；6—压力幅值调节器；
7—校准室；8—标准传感器；
9—变换器；10—被测传感器；
11—变换电路

（1）频率响应法标定

用频率响应法标定压力测量系统或传感器，关键在于为被标定系统或传感器提供标准的频率可调的稳态正弦压力波。正弦压力波的发生是靠机械装置或机电系统对气体或液体的周期压缩或放泄，而使校准室中得到按正弦变化的压力，如往复式活塞压力源，凸轮控制喷嘴稳态压力源等。图9.15是一种正弦波压力发生器与标定系统的原理简图。由信号发生器2给出交变正弦的电信号，经功率放大器3进行功率放大，加到换能器上，使换能器输出一定频率和振幅的机械振动，迫使与其相联系的薄膜振动；这个薄膜是充满液体的压力发生器的一个壁，薄膜振动时，周期性地压缩介质，使其压力随之改变。被校的传感器10和标准的压力传感器8安装在校准室7的两侧。两个传感器的输出信号经变换放大后同时送入多通道信号分析仪，利用多通道信号分析仪可很方便地比较或记录它们的波形，通过计算即可完成系统与传感器的标定。为了监视输入的激振电信号，可在功放输出端取出电压信号接入示波器或利用信号分析仪的波形监视器监视。

改变不同的振动频率可在示波器上得到不同的输出，并利用这些数据求出被校仪表的频率特性。一般标准传感器多采用事先校准好的压电式压力传感器。这类方法仅适用于低压和低频的压力校准中，主要优点是结构简单，易于实现。

以上方法只提供了稳态变化的压力源，但其本身并未提供确定的压力数值以及压力随时间变化的规律，通常是将未知传感器与已知特性的传感器进行比较，从而实现对被测传感器或被测系统的标定。

（2）阶跃压力响应法标定

由于稳态压力源受到频率和压力幅值的限制，很难同时满足高压和稳定频率的动态压力。因此，对于较高压力幅值范围内的压力传感器或压力测量系统的高频响应特性的确定，有赖于阶跃函数理论，利用阶跃信号的宽带特性，实现测压设备的标定。

获得阶跃压力的方法很多，常用的阶跃函数压力源有密闭式爆炸器、高压放电冲击波发生器、激波管激波发生器及快速阀气动阶跃函数发生器等。其中，激波管测定压力传感器频率响应特性为常用的。目前，激波管力、压力标定系统已成为国际计量部门用来校准压力传感器动态性能的标准装置。下面介绍最常用的激波管力、压力动态标定系统。

如图9.16所示为激波管压力传感器动态特性标定系统图。标定系统主要由整个实验装置包括激波管、入射激波测速系统、标定测量系统及气源供给系统组成。

图9.16　激波管标定系统原理框图

激波管校准传感器动态特性的基本原理是：由激波管产生一个阶跃压力来激励被校压力传感器，并用适当的设备记录在这一阶跃压力激励下被校传感器所产生的瞬时响应；根据其过渡过程曲线，运用适当的计算方法，即可求得被校压力传感器的频率响应特性。

激波管由铝片或塑料膜片分隔的两个密闭腔室构成，分别为激波管高压室和激波管低压室，两个密闭腔室具有恒等截面（方形或圆形），内壁光滑，中间有对接法兰。给高、低压室充以不同压力的压缩气体，当高、低压腔的压力差达到一定值时，膜片突然破裂（自然破裂或人工控制破裂）。于是，高压室的气体向低压室迅速膨胀，产生一个比膨胀气体运动速度还快的激波。激波压力的大小可由膜片的厚度决定，根据激波管理论和试验研究表明，激波管中膜片破裂所形成的激波，波阵面压力保持恒定，并以超音速传递，其压力上升时间极短，约为10－9 s。其波动过程如图9.17所示。因此，激波管是一个很理想的压力阶跃变化的发生器。(www.daowen.com)

图9.17　激波管中压力及其波动情况

如图9.17所示为激波管中压力及其波动的情况。膜片未破裂前高压腔和低压腔的压力分别为p与p0，如图9.17（a）所示。膜片破裂时将形成压力为p1的激波。激波朝低压腔传播，其波阵面压力保持恒定。在膜片破裂形成激波的同时，高压腔形成压力为p2的稀疏波，且p2＝p1，但两个压力区的温度不同，p2与p1的接触面称为温度分界面。

当激波达到低压腔端面时，会产生反射，反射使压力增大为p3，并称其为反射激波，如图9.17（d）所示。稀疏波在波头达到高压腔端面时也会产生反射，称为反射稀疏波，如图9.17（d）所示。标定时，可利用的阶跃压力是侧面的激波压力p1和底部端面反射激波压力p3，视被标定系统的传感器的安装位置而定。

根据激波管理论，可求出激波管入射激波掠过侧面时产生的阶跃压力Δp1和底部端面的反射压力Δp3，即

式中　p0——低压室的充气压力，由事先给定，一般采用当地的大气压；

Ma——激波马赫数，由激波管测速系统测定。

激波管标定系统中，激波测速是由距离为L的以两个压电式力传感器为触发开关控制的定时电子脉冲计数器实现的。当激波管中间膜片破裂时，激波掠过压电式压力传感器a，其输出电信号经电荷放大器放大，触发电子计数器开始计时；当激波到达b时，其输出信号经放大加到计数器，触发电子计数器停止计时，于是电子计数器测得激波经过传感器a，b两点间时间为Δt。则激波马赫数Ma为

式中　L——a，b间的距离；

v——校准时的音速，v＝331.3＋0.54 T m/s；

T—试验时低压室的温度；

Δt—计数器测得的时间，μs。

被标定测量系统或测量装置的传感器可装在低压腔的侧壁上，如图9.16所示的d。也可装在低压室的底端面上，如图9.16所示的e。采用哪种安装位置，要根据传感器实际应用安装的情况。两种方法产生的压力不同。一般情况下，底部端面压力是侧压力的2倍以上，因此，传感器装在端面上，感受的压力幅值大，上升时间短，适于大量程压力传感器的标定。传感器装在侧壁上，感受的压力幅值小，上升时间长，因而适于小量程压力传感器的标定。

标定时，瞬态记录仪处于等待记录状态。c是触发传感器，当激波到达c时，c输出一个脉冲信号，经放大加至瞬态记录仪外触发输入端，触发并开始记录；紧接着被标定传感器e也被激波激励，其输出信号经放大送至记录仪输入端，于是e对激波的响应由瞬态记录仪记录下来。瞬态记录仪中所存数据经分析处理后，可得到被校压力传感器的频率响应特性，也可根据传感器阶跃响应曲线确定传感器的固有频率、阻尼比等特性参数。

此外，近年来国外又发展了许多新的设备和手段。例如，采用高压放电形成冲击波的冲击波发生器；采用快速阀门产生上升时间0.9 ms的“气动阶跃函数校准器”，等等。