HB 8543－2018 机载振动筒压力传感器设计要求 Design requirement for airborne vibration-cylinder pressure sensor 2018－07－04发布 2019－01－01实施 中华人民共和国工业和信息化部 发 布 ICS 49.090 V 45 HB 8543－2018 I 目 次 前言…………………………………………………………………………………………………………… II 1 范围…………………………………………………………………………………………………………1 2 规范性引用文件……………………………………………………………………………………………1 3 术语和定义…………………………………………………………………………………………………1 4 设计依据……………………………………………………………………………………………………2 5 设计准则……………………………………………………………………………………………………2 6 设计内容……………………………………………………………………………………………………2 7 设计程序……………………………………………………………………………………………………7 8 设计方法……………………………………………………………………………………………………8 9 设计验证……………………………………………………………………………………………………12 附录 A(资料性附录) 技术指标的计算方法………………………………………………………………13 HB 8543－2018 II 前 言 本标准按照 GB/T 1.1－2009 给出的规则起草。 本标准由中国航空综合技术研究所归口。 本标准起草单位：成都凯天电子股份有限公司。 本标准主要起草人：何 俊、刘 利、刘兴业、罗 静、苏长远、文良玉。 HB 8543－2018 1 机载振动筒压力传感器设计要求 1 范围 本标准规定了机载振动筒压力传感器的设计依据、设计准则、设计内容、设计程序、设计方法和设 计验证要求。 本标准适用于机载振动筒压力传感器(以下简称传感器)的设计。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适应于本文件， 凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T 7665－2005 传感器通用术语 HB 8431－2014 民用大气数据计算机通用规范 RTCA DO－160 F 机载设备的环境条件和试验程序( Environmental conditions and test procedures ) 3 术语和定义 GB/T 7665－2005 确立的术语与定义适用于本标准。 3.1 谐振灵敏度 resonance sensitivity 传感器在满量程压力范围内输出周期量的变化值与满量程输出周期之比。 3.2 压力迟滞 pressure hysteresis 传感器在规定的压力测量范围内，正行程(输出量增大)和反行程(输出量减小)期间，输出特性不一 致的程度，用满量程输出的百分比来表示。 3.3 拟合精度 fit error 传感器经全温度、全压力量程范围标定，测试数据按一定的方法拟合后，压力输出值与压力基准真 值间的最大偏差，用满量程输出的百分比来表示。 3.4 温度迟滞 temperature hysteresis 传感器压力量程范围内的某些压力点上，当温度以逐渐上升和逐渐下降的两种方式接近并达到某一 温度时，压力输出值的差值，用满量程输出的百分比来表示。 3.5 起振时间 start-up time HB 8543－2018 2 传感器从上电到正常工作，达到规定输出周期范围且输出周期波形稳定的时间。 3.6 年漂 year shift 传感器在存贮条件下，一年之内多次测试的最大变化值与满量程压力之比。 4 设计依据 传感器设计依据如下： a) 振动筒压力传感器总要求和大气数据计算机对传感器的要求； b) 适航性要求，传感器应满足的适航要求； c) 传感器可靠性、维修性、保障性要求。 5 设计准则 传感器设计应遵循以下准则： a) 设计的先进性和继承性原则； b) 方案优选、参数优化原则； c) 维修性设计原则； d) 原材料、元器件、标准件选用原则； e) 具有良好的工艺性和经济性原则。 6 设计内容 6.1 传感器组成 传感器主要由受感器和印制电路板组成，主要零组件组成如图 1 所示。 图 1 传感器组成 6.2 传感器工作原理 传感器的敏感元件——振动筒直接与被测介质接触，被测介质的压力与其等效刚度成对应关系，振 动筒的等效刚度与其谐振频率一一对应，通过测试振动筒的谐振频率可反推出被测介质的压力，其工作振 动 筒 压 力 传 感 器受 感 器 印 制 电 路 板振动筒组合振动筒 外筒 基架组合 印制线路板 谐振放大电路 插座法兰盘HB 8543－2018 3原理如图 2所示。 ①骨架组合(拾振)；②温度二极管；③振动筒；④骨架组合(激振)；⑤真空参考腔；⑥外筒； ⑦被测介质；⑧印刷电路板；⑨频率信号( TTL电平输出)；⑩温度模拟(电压输出) 图 2 传感器工作原理 当被测介质的压力为零时，振动筒处于真空谐振状态，当被测介质的压力不为零时，由于压力的作 用，振动筒的刚度发生变化，从而改变振动筒的谐振频率，骨架组合(拾振)检测出振动筒的随压力而变 的谐振频率 fp，同时将其信号经谐振放大电路放大后反馈到骨架组合(激振)，使之产生激振力，维持振 动筒的振动。被测压力 P可通过测量放大器输出信号的频率求出 fp，P与fp的关系见公式(1)。 P2PR PRff λ nEh Ehλ 22 2 0 21＋＋ 4…………………………………(1) 式中： fp ——在内外腔差压 P作用下筒体的固有频率，单位为赫兹( Hz)； f0 ——零压力下筒体的固有频率，单位为赫兹( Hz)； P ——筒体内外腔差压,单位为磅 /平方英寸( psi)； R ——振动筒的平均半径，单位为英寸( in)； E ——筒体材料的弹性模量，单位为磅 /平方英寸( psi)； h ——振动筒的壁厚，单位为英寸( in)； n ——振动筒振动时的周向波数。 其中，固有振动频率的计算见公式(2)。  ··lμλEhf λn R ρRl λn             242222 0 22 22221＋2π 12………………………(2) 式中： πRmλl； f0 ——零压力下筒体的固有频率，单位为赫兹( Hz)； E ——筒体材料的弹性模量，单位为磅 /平方英寸( psi)； ρ ——筒体材料的密度，单位为磅 /立方英寸( lbf/in3)； R ——振动筒的平均半径，单位为英寸( in)； μ ——筒体材料的泊松比； ③ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑩ ⑨ ④ ① ② HB 8543－2018 4 l ——振动筒的长度，单位为英寸( in)； n ——振动筒振动时的周向波数； h ——振动筒的壁厚，单位为英寸( in)。 6.3 功能 传感器用于感受气体的压力，输出与被测压力成对应函数关系的频率信号以及温度电压信号。 6.4 性能 传感器的性能应满足 HB 8431－2014或设计任务书的要求。一般情况下，传感器的性能应包括表 1 所列出的 13项，主要性能指标应不低于表 1 要求值。性能指标具体计算方法参见附录 A。 表 1 主要性能指标 序号 性能指标 型谱 Ф18－131 Ф18－262 Ф13－131 1 压力测量范围 kPa(绝压) 3.5～131 3.5～262 3.5～131 2 工作温度范围℃ －55℃～112℃ －55℃～90℃ 3 过载 kPaA 390 786 390 4 谐振灵敏度 18%～25% 5 压力迟滞 ppmFS ≤100 ≤150 ≤200 6 拟合精度 ppmFS ±100 ±150 ±200 7 温度迟滞 ppmFS ±100 ±150 ±300 8 起振时间 ms ≤700 ≤700 ≤700 9 年漂 ppmFS/a ≤100 ≤150 ≤200 10 重复性 ppmFS ≤100 ≤150 ≤200 11 压力输出信号 Hz 4 k～8k 4 k～8k 6 k～10 k 12 温度电压信号 V DC 4V～8V；35℃时， DC 6V±0.5 V 13 绝缘电阻 MΩ ≥20 注：型谱Ф18－131， Ф18代表传感器振动筒内径尺寸( mm)，131代表传感器最大测试压力( kPa)； FS即Full Scale