气压单位换算（所有单位换算公式大全）

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气压单位换算（所有单位换算公式大全）

验器设计

原创2021-08-04 10:50·stdhj

直升机机载电子设备空速开关虚拟化仪表试验器设计

编写:贺军

1、概述

"机载电子设备空速开关检测试验器"是用虚拟化仪表控制方式设计的检测和试验"空速开关（P.N.32970-10）"的试验器。

"空速开关（P.N.32970-10）"是安装在直升机上用于自动驾驶系统的一个组件，该组件主要用途功能是当其总压和静压连接之间的压差达到相当于110±5km/h(59.395Kt±2.7Kt)的速度的压力值时，空速开关（P.N. 32970-10）就闭合电气电路。

"机载电子设备空速开关检测试验器"虚拟化仪表主要用于检测"空速开关（P.N. 32970-10）"的气密泄漏指标、空速开关的电子开关工作点检测。

2、空速开关工作原理简介

"空速开关（P.N.32970-10）"外形如图所示。

该组件一个重要的技术指标kt是表示速度单位。

Kt是英文knots的缩写，中文名字叫"节"。此速度单位常用于航海、航空等领域。

1Kt=1n mile/h=1.852Km/h。

1节=1海里/小时=1.852公里/小时。

"空速开关（P.N.32970-10）"采用了两个相互相对安装的空气速度传感胶囊的原理，它们在产生的差压作用下形成接触。

空速开关（P.N.32970-10）特性描述

外形尺寸：76毫米x40毫米 x40毫米。

（2.992英寸 X 1.575英寸 X 1.575英寸）

压力连接：两个配件 M10 X 100 I.S.O.

电气连接: 3针类型 PRL 54125-8-3 AP

电源: 28V DC

温度范围: 运行温度范围 -56℃ 到 +70℃

储存温度范围 -65℃ 到 +90℃

具体规定的防护标准 AIR 7251/B

重量： 110克3%。

空速开关（P.N.32970-10）外观描述

该压力差别开关"空速开关（P.N.32970-10）" 的形式是一个小的圆柱形套管，装有一个方形的安装板，正面有两个压力连接端口，背面有一个电气连接插头。

一个显示制造商名称、产品型号、零件编号、日期、检验印章和修改索引的识别板固定在套管上，如图中显示。

空速开关（P.N.32970-10）工作原理示意图

空速开关（P.N.32970-10）工作原理如图中所示：

在空速开关气路接入端有2个气路接口，一个"全压连接器（T）"，一个"静压连接器（S）"。

在空速开关另一端有一个3芯"电路连接插头"，其中"A"和"C"为电路开关连接线，"B"为空闲线。

空速开关（P.N.32970-10）结构示意图

空速开关（P.N.32970-10）结构示意图如下图中所示。

空速差压开关P/N32970-10由一个圆柱形套管（7）组成，其中两个容器盒（6）和（19）相互安装。

它的两端由前板（11）封闭，前板（11）上安装有总压（13）和静态（10）两个压力连接器，后板（25）上安装有四个固定器（1）和垫圈（28）。

两个板使用沉头螺钉（24）紧固在两根骨架（4）上，两个容器盒也是在该骨架上面。

容器盒上有一个螺纹端，通过四个六角螺母（5）安装和调整它们。

它们由平垫圈（22）和衬套（23）进行电气绝缘，每一个都通过导线（3）连接到连接器的引脚上。

它们根据单元的序列号1至503中序列号不同安装不同的触点，包括：一个容器盒作为平面接触点（21），另一个作为凸接触点（20）。

从连接器（13）的总压力被送入到两个容器盒的双管（17），通过两个热收缩绝缘套（18）在连接点上密封一半-在两个端板上通过O形环密封（16）和在电连接器上通过n个O形环密封（2）和一个平密封垫（26）获得总体压力松紧度。

位于总压接（13）中的隔膜螺钉（12）过滤掉任何压力振荡。

静态压力连接器（10）通过内置过滤器（8）向套管内部提供环境压力。

所述的两个压力连接在前板（11）上与挡板（9）紧密连接具有端部密封的双重功能，通过两个螺母（14）和锁定标签（15）连接到圆柱形套管（7），并且还用于在其面板上安装差动预置开关。

调整容器盒之间的距离，使其总压和静压连接之间的压差达到相当于110±5km/h(59.395Kt±2.7Kt)的速度的压力值时，空速开关（P.N. 32970-10）就闭合电气电路。

总压力通过标识为T的总压力连接（13）馈送到容器盒的内部，而静态通过标识为S的静态连接器（10）馈送到套管的内部。

容器盒随着速度的增加而膨胀，使触点（20）和（21）更接近，直到以110.25公里/小时的速度接触为止。

图例标识说明：

1、螺丝钉

2、O形环封

3、<电>导体

4、骨架

5、六角螺母

6、容器盒

7、圆柱形套管

8、内置过滤器

9、金属板

10、静压连接器

11、前板

12、隔膜螺钉

13、总压力连接器

14、螺母

15、锁定选项卡

16、O形环密封

17、双管

18、热缩绝缘套管

19、容器盒

20、平面接触

21、圆柱形接触

22、平垫圈

23、轴衬

24、紧压螺栓

25、后板

26、平封

27、连接器，连接体

28、垫圈

3、空速的概念

空速是指相对于空气的。根据上的差异，空速可分为、校准空速、、真实空速等几种。

真实空速（True Air Speed），又称真空速。表示飞行器飞行时相对于周围空气运动的速度，其英文缩写形式为TAS，用符号VT表示。

指示空速(Indicated Air Speed），又称表速, 它是根据测量得到的动压，并按海平面标准大气条件下（760毫米水银柱，气温零上15度）空速与动压的关系而表示的速度值，其缩写形式为(IAS)，用符号Vi表示。为了飞行的安全，飞行员操纵飞机所依据的就是指示空速。

校准空速也称校正空速（Calibrated Air Speed），是指示空速经过修正安装误差、仪表指示误差后，在空速表上显示的空速，其缩写形式为(CAS)，用符号Vc表示。

直升机上安装的空速表如下图所示。

4、飞行高度表与大气压力

根据大气层的组成及特点，大气的静压Ps随着高度增加而减小。通过测量气压Ps，间接测量高度，就是气压式高度表的工作原理，这种高度表实质上是测量绝对压力的压力表。

安装在直升机上的飞行高度表如下图所示。

大气压力与海拔高度的关系是:高度增加，大气压力减小，在3000M范围内，每升高12M，大气压减小1mmHg,大约133Pa。

大气压随着高度的增加而降低，但是没有比例关系，海拔越高，降低得越慢。

一般海拔每升高100米，气压就下降0.67千帕（5毫米汞柱），如拉萨海拔3658米，大气压为65.2千帕（489毫米汞柱），仅为海平面大气压（101.3千帕）的64.4%。

标准大气压（Standard atmospheric pressure）

标准大气压是指在标准大气条件下海平面的气压，1644年由物理学家托里拆利提出，其值为101.325kPa，是压强的单位。曾一度将标准温度和压力（STP）定义为0°C（273.15K）及101.325kPa（1atm），但1982年起IUPAC将"标准压力"重新定义为100 kPa。

大气压测量单位:

psi – 磅/平方英寸

cm/Hg – 水银柱高(厘米)

cm/Hg – 水银柱高(英寸)

Pa – 帕～国际制压力单位 (SI) ～1Pa = 1 N/m2

bar – 巴～气压单位～1 bar = 105Pa

mbar – 毫巴～1mbar = 10-3 bar

压力单位之间的换算关系是:

1标准大气压=760mm汞柱=76cm汞柱=1.01325×10^5Pa=10.339m水柱。

1标准大气压=101325 N/㎡。（在计算中通常为 1标准大气压=1.01×10^5 N/㎡)。100kPa=0.1MPa

1 个标准大气压 = 14.7 psi = 76 cm/Hg = 29.92 in/Hg

= 1.01325 bar = 1013.25 mbar

5、动压和静压的压力传感器：

"机载电子设备空速开关检测试验器"虚拟化仪表检测系统中使用的动压和静压的采集压力传感器分别采用日本产的ZSE40F和ZSE40高精度数字式压力传感器，外形如图中所示。

该压力传感器技术性能指标如下：

ZSE40F使用压力范围:在-100.0kPa到+100.0kPa

供电电压：DC12-24V +/- 10% （波度10%以内）

保证耐压力：500kPa

压力分解度：0.1kPa 1mmHg(设备动压测试选用mmHg)

压力反应时间： 2.5ms

重复精度：+/- 0.2%满刻度以内+/- 1个单位以下

模拟电压输出：1-5V +/- 5% 满刻度以内（在电压范围内）

模拟输出直线性：+/- 1% 满刻度以内

模拟电压输出阻抗：1K

使用周围温度范围：操作时0-50℃，保存时-10到60℃（防止结冰）

使用周围湿度范围：35-85%RH（防止结冰）

ZSE40 使用压力范围:在10.0kPa到-101.3kPa

供电电压：DC12-24V +/- 10% （波度10%以内）

保证耐压力：500kPa

压力分解度：0.1kPa

压力反应时间： 2.5ms

重复精度：+/- 0.2%满刻度以内+/- 1个单位以下

模拟电压输出：1-5V +/- 2.5% 满刻度以内（在电压范围内）

模拟输出直线性：+/- 1% 满刻度以内

模拟电压输出阻抗：1K

使用周围温度范围：操作时0-50℃，保存时-10到60℃（防止结冰）

使用周围湿度范围：35-85%RH（防止结冰）

动压和静压加到压力传感器后转换为模拟电压输出后分别加入空速表、高度表和升降速度的比例放大器输入端。ZSE40和ZSE40F接线图如下：

6、空速开关检测试验器气路控制系统设计说明

"机载电子设备空速开关检测试验器"设计中气路控制系统如下图所示。

"机载电子设备空速开关检测试验器"设计气路控制系统由图中所示动压、静压分别由2组可变速微型气泵产生，分别经过控制电磁阀开关后送往动、静压流量控制气阀开关。

动压输出一路到动压输出管口（T动压接口），连接到"空速开关"的"全压端口T"，一路连接到缓冲气流储气罐，另一路连接到压力传感器ZSE40F。

静压输出一路到静压输出管口（S 静压接口），连接到"空速开关"的"静压端口S"，另一路连接到压力传感器ZSE40。

在动压和静压之间连接有一个交连控制阀门和交连控制电磁阀门，该阀门是供在测试"空速开关"泄漏试验时开启动压和静压互通为全压时使用。

7、空速开关（P.N.32970-10）虚拟化仪表检测系统设计说明

在虚拟化仪表检测系统屏幕上显示的空速表和高度表是模拟安装在直升机上的空速表和高度表的，如下图所示。

空速开关（P.N.32970-10）虚拟化仪表试验器控制系统屏幕显示如图所示。

空速开关（P.N.32970-10）虚拟化仪表试验器从虚拟仪表屏幕显示可以直观地看到系统由5大部分组成：

1）、+28V电源管理系统。

2）、+15V电源管理系统。

3）、+5V电源管理系统。

4）、动压控制系统。

5）、静压控制系统。

空速开关（P.N.32970-10）虚拟化仪表试验器外接端口有：

6）、T端口：由动压系统控制。

7）、S端口：由静压系统控制。

8、空速开关（P.N.32970-10）测试方法说明

空速开关（P.N.32970-10）组件与"空速开关组件虚拟化仪表试验器"连接方法如图中所示。

测量空速开关（P.N.32970-10）组件漏气试验时将"空速开关"的"T"端和"S"通过一个"三通接头"连接后接入"空速开关组件虚拟化仪表试验器"的"T"端口或"S"端口。

8.1、空速开关（P.N.32970-10）传统方式气体泄漏测试

机载电子设备传统检测方式检测"空速开关（P.N.32970-10）"的气体泄漏测试方法如下图所示。

传统方式进行泄漏测试时，将"空速开关"尽可能短地将两个接头T和S连接到同一压力源和水银（汞）测试柱。

增加压力至500mb (7.25 psi) ，然后关闭压力源。在10分钟内，试验柱上的压力读数不应下降超过10mb。

然后改为如下图连接方式，重复测试过程采用抽真空到660 mb（9.57 psi）的真空压力在10分钟内不应上升超过13mb（-1885ps i）。

8.2、空速开关（P.N.32970-10）传统方式电子开关测试

电子开关测试在20℃温度下测试，如下图连接方式。

该测试只对连接T端口施加压力。

连续性试验装置所指示的电气接触应在5.72 mb (+ 0.56 mb ,- 0.49 mb) ，0.08294 psi (+ 0.0812 psi , -0.0071 psi) 的压力下进行。

8.3、空速开关（P.N.32970-10）虚拟仪表方式气体泄漏测试

1）、"空速开关（P.N.32970-10）"的气路"T"和"S"经过三通接头将气路管连接到"空速开关组件虚拟化仪表试验器"的"T"端口，使用动压对"空速开关（P.N.32970-10）"进行气体泄漏测试。

2）、用鼠标点击按动"动压气泵控制"按钮打开"动压气泵"电源，用鼠标点击慢慢旋转"空速表PWM调速旋钮"使得"动压气泵"受PWM控制调速慢慢开始增大充气强度，观察空速表从"0km/h"逐渐升高，直到空速表到达300km/h再点击"动压气泵控制"按钮关闭"动压气泵"运行，如下图所示。

此时"空速表数字显示km/h"窗口也同时显示"300"，为了防止测试中操作失误损坏了机载电子设备，在"空速上限（km/h）"设定在"350"，当气压使空速表上升超过"350"时自动切断电源，关闭了"动压气泵"工作电源，停止了动压施加的增加。

"动压气泵控制"按钮按下时"动压气泵电源控制"指示灯同时燃亮。

虚拟化仪表空速表到达"300 km/h"时在"空速开关组件虚拟化仪表试验器"的"T"端口上动压相当于直接连接了一个直升机上安装的"空速表"显示"300 km/h"的动压量值。

关闭了"动压气泵"工作电源，停止了动压施加的增加量值后。"空速表"保持显示在"300 km/h"位置，保持观察10分钟内，"空速表"指示下降不应超过"15 km/h"或者"空速开关（P.N.32970-10）"的生产厂家提供的技术说明书所要求的压力值换算过来的空速值指标。

3）、"空速开关（P.N.32970-10）"的气路"T"和"S"经过三通接头将气路管连接到"空速开关组件虚拟化仪表试验器"的"S"端口，使用静压对"空速开关（P.N.32970-10）"进行气体泄漏测试。用鼠标点击按动"静压气泵控制"按钮打开"静压抽气泵"电源，用鼠标点击慢慢旋转"高度表PWM调速旋钮"使得"静压抽气泵"受PWM控制调速慢慢开始增大抽取气强度，观察高度表从"0 m"逐渐升高，直到高度表到达3 （X 1000m）再点击"静压气泵控制"按钮关闭"静压抽气泵"运行，如图所示。

此时"高度表数字显示X 1000m"显示窗口也同时显示"3.000"，为了防止测试中操作失误损坏了机载电子设备，在"高度上限（x 1000m）"设定在"3.500"，当气压使高度表到达"3.500"时自动切断电源，关闭了"静压抽气泵"工作电源，停止了静压抽气的力度。

"静压气泵控制"按钮按下时"静压气泵电源控制"指示灯同时燃亮。

虚拟化仪表空速表到达"3（x 1000m）"时在"空速开关组件虚拟化仪表试验器"的"S"端口上动压相当于直接连接了一个直升机上安装的"高度表"显示"3000m"的静压量值。

虚拟仪表显示值相当于直接连接一个直升机上安装的"高度表"显示"3000m"的静压量值，如下图所示。