本书全面系统地介绍了当前的膛压测试与计量技术，并对其不足之处进行了分析，给出了可行的解决方案。笔者希望本书能为读者提供技术创新的灵感和研究思路，同时对膛压测试与计量技术的不断提高起到一定的推动作用。本书可作为从事膛压和其他力学测试计量工作的科技人员以及高等院校相关专业、学科的教师、学生的参考书。

致读者 本书由中央军委装备发展部国防科技图书出版基金资助出版。 为了促进国防科技和武器装备发展，加强社会主义物质文明和精神文明建设，培养优秀科技人才，确保国防科技优秀图书的出版，原国防科工委于 1988 年初决定每年拨出专款，设立国防科技图书出版基金，成立评审委员会，扶持、审定出版国防科技优秀图书。这是一项具有深远意义的创举。 国防科技图书出版基金资助的对象是： 在国防科学技术领域中，学术水平高，内容有创见，在学科上居领先地位的基础科学理论图书；在工程技术理论方面有突破的应用科学专著。 学术思想新颖，内容具体、实用，对国防科技和武器装备发展具有较大推动作用的专著；密切结合国防现代化和武器装备现代化需要的高新技术内容的专著。 有重要发展前景和有重大开拓使用价值，密切结合国防现代化和武器装备现代化需要的新工艺、新材料内容的专著。 填补目前我国科技领域空白并具有军事应用前景的薄弱学科和边缘学科的科技图书。 国防科技图书出版基金评审委员会在中央军委装备发展部的领导下开展工作，负责掌握出版基金的使用方向，评审受理的图书选题，决定资助的图书选题和资助金额，以及决定中断或取消资助等。经评审给予资助的图书，由国防工业出版社出版发行。 国防科技和武器装备发展已经取得了举世瞩目的成就，国防科技图书承担着记载和弘扬这些成就，积累和传播科技知识的使命。开展好评审工作，使有限的基金发挥出巨大的效能，需要不断摸索、认真总结和及时改进，更需要国防科技和武器装备建设战线广大科技工作者、专家、教授，以及社会各界朋友的热情支持。 让我们携起手来，为祖国昌盛、科技腾飞、出版繁荣而共同奋斗！ 国防科技图书出版基金 评审委员会 Ⅲ

目 录

第 1 章 塑性变形测压技术

1.1 概述

1.1.1 塑性变形测压技术发展简史及概况

1.1.2 塑性变形测压的基本原理

1.2 我国常用的铜柱测压系统

1.2.1 测压铜柱及铜柱测压器

1.2.2 铜柱测压的压力换算方法

1.3 铜柱静态特性分析

1.3.1 柱形铜柱变形的基本物理现象

1.3.2 柱形铜柱变形的数学模型

1.3.3 柱形铜柱特性的验证和分析

1.3.4 测压铜柱的温度修正方法及其研究

1.4 铜柱动态特性分析

1.4.1 铜柱测压系统的动态数学模型

1.4.2 铜柱动态数学模型的验证

1.5 柱形铜柱的静动差修正

1.5.1 模拟实验与量纲分析的应用

1.5.2 仿真计算与量纲分析的应用

1.6 铜球测压技术

1.7 塑性测压系统的量值传递体系

1.7.1 我国静态校准铜柱的量值传递体系

1.7.2 准动态压力校准系统的量值传递体系

1.7.3 用多脉宽校准实现铜柱动态校准的试探

1.7.4 通过材料实验实现铜柱动态校准

参考文献

第 2 章 膛压电测技术

2.1 膛压电测技术概述

2.1.1 膛压电测技术的特点

2.1.2 膛压电测传感器安装位置选择

2.1.3 膛压测量传感器安装的典型结构

2.2 用力传感器测量膛压

2.2.1 用力传感器测量膛压的基本原理

2.2.2 带套筒的传感器结构

2.3 膛压存储测量技术

2.3.1 放入式电子测压器的原理及结构

2.3.2 放入式电子测压器的工作过程

2.4 弹底测压技术

2.4.1 弹底测压的传感器问题

2.4.2 弹底测压的信号引出问题

2.5 强电磁干扰下的膛压测量

2.5.1 电热化学炮的电磁环境

2.5.2 典型的电热化学炮测压装置

2.5.3 测压系统的电磁屏蔽设计

2.5.4 测试系统接地电路的抗干扰设计

2.6 测压管道的动态响应

2.6.1 管道的分布参数系统模型

2.6.2 直管道分布参数模型的仿真与分析

2.6.3 直管道集中参数模型的仿真与分析

2.6.4 直管道的时域响应特点

2.7 附录：管道动态响应的数学模型推导

2.7.1 原始方程组

2.7.2 方程组化简

2.7.3 方程组求解

参考文献

第 3 章 压电式膛压传感器

3.1 压电式膛压传感器的特点

3.2 石英及类石英压电晶体

3.2.1 石英晶体的特性

3.2.2 石英晶体压电敏感元件的切割和组合模式

3.2.3 石英晶体的缺陷及双晶现象

3.2.4 磷酸镓压电晶体的基本特性

3.2.5 CGG 晶体家族

3.3 压电式膛压传感器的结构

3.3.1 膜片式压力传感器的基本结构

3.3.2 压电压力传感器的加速度补偿

3.3.3 压电测压传感器的温度补偿和隔离技术

3.3.4 压电测压传感器的应力隔离

3.4 压电式膛压测量系统

3.4.1 电荷测量的基本原理

3.4.2 静电计式放大器

3.4.3 电荷放大器

参考文献

第 4 章 电阻式膛压传感器

4.1 电阻式膛压传感器概述

4.2 应变式膛压传感器

4.2.1 管状弹性元件的设计

4.2.2 采用自紧技术的管状弹性元件

4.2.3 应变片及其粘贴

4.2.4 应变压力传感器的密封方式

4.3 金属压阻式膛压传感器

4.3.1 主要的金属压阻材料

4.3.2 金属压阻式膛压传感器的结构

4.3.3 波纹隔离膜片的设计

4.4 硅压阻式膛压传感器

4.4.1 OEM 压阻高压传感器原理

4.4.2 承压中厚膜片的静态设计

4.4.3 中厚圆平板的固有频率

4.4.4 液压腔的设计

4.4.5 液压腔内液体的选择

4.5 高压传感器本体的材料

4.5.1 沉淀硬化不锈钢

4.5.2 马氏体时效钢

参考文献

第 5 章 压力静态校准

5.1 活塞式压力计简介

5.1.1 活塞式压力计发展概况

5.1.2 活塞式压力计的主要类型

5.2 活塞式压力计的工作原理

5.2.1 活塞受到的重力及其他外力的分析

5.2.2 活塞组件有效面积的分析

5.2.3 活塞式压力计工作方程的讨论

5.3 确定活塞有效面积的原理

5.3.1 模型 1: 初等模型

5.3.2 模型 2: 近现代模型

5.3.3 模型 3: 未来的模型

5.3.4 参考有效面积 A?的实际确定

5.4 活塞组件压力变形系数的确定方法

5.4.1 压力变形系数的理论计算方法

5.4.2 应用 "相似法" 确定压力变形系数

5.5 确定可控间隙活塞式压力计有效面积的 HW 方法

5.5.1 可控间隙活塞式压力计的模型

5.5.2 HW 方法确定 A?,cc 的特点

5.5.3 活塞压力变形系数 b 的确定方法

5.5.4 零间隙套筒压力 p_z 的确定方法

5.5.5 系数 d 的确定方法

5.5.6 最佳相对套筒压力的确定

5.5.7 HW 模型的非线性问题

5.5.8 回归曲线的不确定度

5.6 有限元法及计算机仿真在活塞式压力计检定中的应用

5.6.1 活塞式压力计计算机仿真的模型

5.6.2 目前计算机仿真的功能及局限

5.7 用活塞式压力计校准传感器的方法

5.7.1 膛压测量传感器静态校准的时机

5.7.2 静态校准的条件

5.7.3 压力传感器静态校准的方法

5.7.4 传感器特性的计算方法

5.8 测压铜柱的静态校准

5.8.1 铜柱静态校准用设备和仪器

5.8.2 校准实验的条件

5.8.3 铜柱静态校准的方法

5.8.4 铜柱校准数据的处理

参考文献

第 6 章 压力动态校准的压力源

6.1 压力动态校准概述

6.1.1 动态校准的各种功能

6.1.2 动态校准压力源的波形

6.2 传压介质的物态方程

6.2.1 气体的物态方程

6.2.2 液体的物态方程和体积弹性模量

6.2.3 含气泡液体的体积弹性模量

6.2.4 固体、液体、气体统一的物态方程

6.3 压力传播的基本规律

6.3.1 小扰动传播

6.3.2 有限振幅波的传播及其特征线

6.3.3 简单波

6.3.4 激波

6.3.5 激波、稀疏波、接触面及固壁的相互作用

6.4 动态校准用气体激波管

6.4.1 气体激波管的工作原理

6.4.2 理想激波管流动参数计算

6.4.3 真实激波管的简介

6.4.4 压力动态校准用激波管的特点

6.4.5 超高压校准用火药气体激波管

6.4.6 变截面激波管提高激波压力

6.4.7 激波管用于动态压力校准的几个关键问题

6.5 快速阀门式阶跃压力发生器

6.6 半正弦压力脉冲发生器

6.6.1 落锤装置的实用模型

6.6.2 半正弦压力脉冲发生器设计

6.6.3 液压油的选择及其力学参数的确定

6.6.4 半正弦压力源的结构

6.7 窄脉冲 (准 函数) 压力发生器

6.7.1 飞片造压的基本原理

6.7.2 开放式飞片液压脉冲发生器

6.7.3 封闭式飞片液压脉冲发生器

6.7.4 激光驱动飞片技术的应用

6.7.5 激光直接驱动强激波

6.7.6 霍普金森杆式压力脉冲发生器

6.8 动态压力校准用水激波管

6.8.1 水激波管装置结构

6.8.2 水激波管工作的基本原理

6.8.3 水激波管典型实验的数据

6.9 模拟膛内环境的校准装置

参考文献

第 7 章 膛压动态校准的方法及数据处理

7.1 膛压传感器准静态校准

7.1.1 准静态压力校准的基本原理

7.1.2 压力源脉宽的选择

7.1.3 标准测压系统测量值的不确定度评定

7.1.4 压力传感器准静态校准的方法及不确定度评定

7.1.5 利用压力曲线逐点比对的校准方法

7.2 膛压测量塑性敏感元件的准动态校准

7.2.1 准动态校准系统的特点

7.2.2 常温准动态校准的方法

7.2.3 动态常温压力表的编制

7.2.4 高低温校准及温度修正表编制

7.2.5 准动态校准技术的一些讨论

7.2.6 塑性敏感元件静动态校准数据的关系

7.3 模拟火炮膛内环境条件下的校准

7.3.1 铜柱、铜球的放入式测压器的准动态校准

7.3.2 放入式电子测压器的校准

7.4 压力电测系统时域响应特性的校准

7.5 膛压电测系统频域响应特性的校准

7.5.1 获取频域非参数模型的基本原理

7.5.2 频域非参数模型计算的注意事项

7.6 膛压测量系统的参数模型辨识

7.6.1 通过实验获取系统的输入、输出信号

7.6.2 选择模型的函数形式

7.6.3 模型参数的最佳估计

7.6.4 模型检验

7.7 最小二乘辨识方法

7.7.1 基本最小二乘辨识法

7.7.2 用 QR 分解法求解最小二乘参数

7.7.3 奇异值分解法用于最小二乘辨识

7.7.4 完全最小二乘法辨识系统参数

7.7.5 膛压测量系统辨识实例

7.8 目前膛压测量系统参数辨识存在的问题

7.9 动态压力溯源问题

7.9.1 光学测压技术的探索

7.9.2 完善反求技术实现动态测量溯源

参考文献