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航天测试中压力测量技术的研究

摘要:随着航天事业的发展，不同压力传感器被应用在航天测控中。而压力

测量系统故障是一个系统性的问题，需要加强压力测量技术的研究才能有效提高

航天压力测量的有效性。有鉴于此，本文分析航天压力测量的早期和当前现状，

并且对航天压力测量的技术进行分析并且对未来发展趋势进行展望，以期我国航

天压力测量技术的得到进一步地提高。

关键词：压力测量；测量技术；航天测量

压力测量过程按照测量原理可分为液柱式、弹性式、电阻式、电容式、电感

式和振频式，压力测量过程按照属性可分为就地测量压力表、远传式压力表。要

实现空间飞行环境下压力参数的准确测量(测量不确定度不能超过规定值),则要

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求压力传感器具有一定的检测可靠性。航空压力测量技术在航空工业中占据重

要地位，在整个航空测量中扮演着非常重要的作用和角色。

一、早期航天测控的压力测量技术

20世纪50年代，我国在航天测控中的压力测量主要运用电位器式压力传感

器。其工作原理为压力推动电刷在电位器上的位置，将压力信号通过机电转换元

件转化为电压信号输出。这种压力传感器的优点为输出信号大，免去了信号调节

环节，但其体积较大，质量较重，环境适应力有限，难以满足越来越复杂的航天

[3]

环境。

20世纪70年代，我国在航天测控中的压力测量主要运用应变片式压力传感

器。这种传感器使压力测量在力学环境中的适应性增强，并且提高了测量结果的

[4]

准确性。但它在体积、质量方面相较于之前的电位器式压力传感器仍没有明显

提高，且需要信号调理电路。

目前，大多数的测量技术系统各个模块设备之间，以及不同的架构组件，及

其接口的通用性，标准化等比较分散，没有形成统一的标准，没有形成全局“大

[5]

系统”化。未来测量技术系统发展，将是以通用化、系统化、集成化、标准化

为发展方向，建立最优化的测量技术系统。[6]

二、当前航天测控的压力测量技术

20世纪80年代之后，随着固态半导体技术的发展，出现了薄膜应变式压力

传感器、硅压阻式压力传感器等。同时，根据在航天器测控中的不同环节，应用

了不同的压力测量技术，如脉动压力测量技术运用于气体脉动压力测量、低温脉

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动压力测量等。

（一）脉动压力测量技术

脉动压力测量技术主要用于飞行器表面气体脉动压力测量与低温脉动压力测

量。飞行器在空间中活动时会面临湍流、分离流等情况，及时准确测量出飞行器

所处空间的压力参数是飞行器能够安全飞行的重要环节。

低温脉动压力测量主要运用薄膜应变式压力传感器，工作时需要在宽频带和

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超低温环境下完成压力测量任务。运用离子束溅射沉积技术将介质压力注入压

力仓，此时平膜片会根据压力的大小发生弹性变化，使电桥发生失衡，产生的信

号经放大、滤波后输出。

（二）差压测量技术

火箭伺服系统的压力测量特点为压差较大，并且准确性要求较高，常采用变

气隙电感式压力传感器。这种传感器的体积较小，其膜片的位置会随着压力的变

化而变化，且随着膜片与电感器件之间的间隙改变。压力小的一边间隙小，压力

大的一边间隙大。

（三）微压测量技术

航天器在高空时微小压力的变化都会对其产生影响，微压测量技术就是测量

微小压力变化的技术，经常使用的传感器类型为金属薄膜电容式压力传感器。

（四）数字化压力测量技术

提高数字化压力测量技术的水平是实现总线技术的基础，目前在这方面使用

较多的是控制器局域网络总线压力传感器。与传统传感器相比，其精度高、误差

小、管理难度低，且具有自我诊断能力。

三、未来航天测控中压力测量技术的发展趋势

（一）计算机辅助测量(CAT)发展应用

计算机辅助测量(CAT)利用计算机协助进行测量的一种方法，是一个值得重

点关注发展的技术领域，将CAT技术应用于测量领域，辅助人们准确科学地完成

测量的任务，提高测量速度和测量精度。开发计算机辅助测量系统可以高效完成

参数的测量、采集及存储工作，然后利用数据库系统，管理试车参数和计算性能

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参数。利用CAT技术的高性价比资源，对压力进行测量，并对试验数据进行处

理，输出试验结果等，提高精度等级和可靠