在密闭或接近密闭的容器内发生燃烧或传播爆炸波时,压力随时间变化。直接测定此压力的压力传感器有机械式压力计、压电式压力量计、电容压力计、电阻丝应变压力计、电感压力计、光学压力计等。
1. 机械式压力计
测定静压用布尔登管式压力计和U形压力计,这类压力计一般对2000Hz以下的频率没有响应。利用金属薄膜压力弹性变形的薄膜压力计,根据金属种类、形状、膜的厚度等得到各种特性的压力计,适于测定爆炸压力。
图2-43 弹性膜压力计
图2-44 自由活塞压力计
还有用光学或电学的方法显示薄膜的变形速度和变形量的压力计(见图2-43) 。还有如图2-44那样的自由运动的活塞动作,以2500次/秒的高速摄影机进行摄影,用此描述出时间和变位曲线,从活塞质量求出加速度,而标出压力的方法。
另外,只需获得最大压力值,使用铅板爆破计比较方便。它是测定安装在容器上铅板(或其他金属板) 的凹陷量,再按事先做成的校正曲线求出压力值。响应频率在3000Hz以下,用于低频高压场合最好。
2. 压电式压力传感器
将压力加至某种晶体上会产生电位差,这种现象称为压电现象。压电式压力传感器就是按此道理制成的,结构如图2-45所示。压力变化ΔP产生的电压信号由(KA)ΔP/C给出。K为压电系数; A为表面积; C是电容。晶体的C可由C=εS/4πd给出,式中d为厚度、ε导电率。
图2-45 压电式压力传感器
3. 电容式压力计
如图2-46所示,由向一个方向动作的弹性膜与固定膜组成一组电容、测定电力范围用改变膜的厚度进行调节,响应频率可至1000Hz。电容式压力计优于压电式压力计,它能测静压、温度适应范围广、坚固等。缺点是灵敏度提高则线性降低。
图2-46 电容式压力传感器
4. 电阻丝应变压力计
又称应变计,它利用金属丝受压变形时电阻发生变化的原理,它们之间有如下关系:
K=(ΔR/R)/(ΔL/L) (2-76)
式中,R及ΔR为电阻及电阻变化; L及ΔL为长度及长度的变化; K是应变感度,各种金属丝有其固定的常数。
该种型式压力计,分为薄膜承受压力,用电阻丝测出变形的方法,和作用薄膜上的压力由可伸缩的筒承受,将其变形用电阻测量仪表测出的方法。与此相类似的压力计,还有将上述伸缩筒代之以受力变形时发生磁性变化的磁致伸缩管,这就是磁致伸缩压力计。
5. 电感式压力计
它是将压力变化转换为电感变化而进行测定的仪器。有变化铁芯的磁导率,改变线圈间铁芯的位置及偏斜永久磁铁的磁场等方法。一般多用于特殊目的,不常用测定爆炸压力。频率响应在10kHz之下,传感器易做成大型的。
6. 光学压力计
这类压力计有两种,一种是利用光学测定物理的位移; 另一种是用光学摄取密度变化,使用纹影照像和干涉仪。前者根据光学上不均匀介质的光线绕射,利用刀刃 (Knife edge)对光遮栏,观测作为亮度差的折射率变化; 后者用分成两个光路的光的干涉,求介质折射率变化的方法。无论哪一种,为获得大视野,装置都很庞大,使用很不方便。