张博涵,杨军,谢兴娟,张大治,姜延欢

(航空工业北京长城计量测试技术研究所,北京 100095）

0 引言

目前压力测量的主要方法是依靠传统的压力传感器进行检测,虽然测量精度高,成本低,但是也存在因重复性和长时性工作所产生的磨损、测量准确度下降、失常校准、无法溯源等问题。为解决这些问题,许多国家的计量技术研究机构不断地探索如何将激光技术应用于压力测量和校准领域中[1-4]。其中,德国联邦技术物理研究所(PTB)设计了一种基于折射率的水脉冲压力激光干涉测量方法[5];北京长城计量测试技术研究所进行了基于激光干涉法的液体脉冲压力校准和正弦压力校准研究等[6-7];而针对气体介质,中国科学技术大学的许玉蓉[8]等人设计了一种法布里-珀罗腔的氩气折射率精密测量方法,并建立了气体静态压力和折射率的关系;四川大学的邓博文[9]等人利用迈克尔逊干涉仪原理,通过静压下的干涉条纹得到气体压强和折射率之间的关系;美国国家标准与技术研究院(NIST)也在计划通过激光干涉法来实现气体压力和温度的测量[11]。本文针对气体压力测量中的溯源问题,通过理论分析,建立了基于光程变化的气体压力测量模型,并通过实验进行验证。

1 气体压力测量原理

根据克劳修斯-莫索提(Clausius-Mossotti)方程[12]和洛伦兹-洛伦茨(Lorentz-Lorenz)方程[13]可知,对非极性、且均匀的气体介质,有

式中:n为气体折射率;ε0为真空介电常数,F/m;Nj为单位体积内的j分子的分子数;αj为分子极化率,(C·m2)/V。……