一種對水下熱敏剪應(yīng)力傳感器進(jìn)行溫度修正的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對水下熱敏剪應(yīng)力傳感器進(jìn)行溫度修正的方法。該方法利用經(jīng)典熱轉(zhuǎn)換King公式對熱敏剪應(yīng)力輸出數(shù)學(xué)模型相關(guān)項A、B進(jìn)行標(biāo)定，生成參考環(huán)境溫度與輸出數(shù)學(xué)模型相關(guān)項對應(yīng)關(guān)系。并由A、B溫度相關(guān)項分別得到A、B溫度修正函數(shù)。在傳感器工作時，先測量環(huán)境溫度，利用熱敏電阻TCR特性與所測環(huán)境溫度消除King熱轉(zhuǎn)換公式中熱敏電阻工作溫度與環(huán)境溫度項，運用A、B溫度修正函數(shù)修正溫度對A、B的影響，建立含環(huán)境溫度修正的King公式，最后采集電壓信號由其公式換算得到剪應(yīng)力真值。本發(fā)明解決了水下環(huán)境溫度對其熱敏剪應(yīng)力傳感器的影響，且可用此方法在同一剪應(yīng)力檢測模型中針對不同工作環(huán)境溫度進(jìn)行溫度修正。
【專利說明】一種對水下熱敏剪應(yīng)力傳感器進(jìn)行溫度修正的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及對剪應(yīng)力傳感器的溫度補(bǔ)償，特別是涉及一種針對基于熱敏電阻熱轉(zhuǎn)化原理測量水下剪應(yīng)力傳感器的溫度修正方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]近壁流參數(shù)的測量一直是水中航行器與飛行器設(shè)計一個重要課題，尤其是粘性流體作用在物體壁面上產(chǎn)生的壁面剪應(yīng)力，是流動特性研究中非常重要的參數(shù)，它可用于表征壁面粘性阻力、檢測邊界層分離點、轉(zhuǎn)捩點等參數(shù)，這些參數(shù)對于流動設(shè)計、流動實驗、研制新型飛行器、流體分離的工程應(yīng)用極為重要。
[0003]目前，基于MEMS工藝研制的剪應(yīng)力傳感器，如浮動剪應(yīng)力傳感器、壓阻式剪應(yīng)力傳感器、熱敏剪應(yīng)力傳感器。都因具有尺寸小的極大優(yōu)勢，已經(jīng)成為剪應(yīng)力測量發(fā)展的重要趨勢。尤其是基于熱敏電阻的柔性熱膜剪應(yīng)力傳感器，具有安裝簡易、對流場破壞小、適用不同介質(zhì)與復(fù)雜環(huán)境等眾多優(yōu)勢。
[0004]然而，因熱敏傳感器是基于熱轉(zhuǎn)換原理間接測量設(shè)備，環(huán)境溫度是傳感器輸出的重要組成部分，故傳感器的溫度補(bǔ)償優(yōu)劣直接決定了傳感器測量精度。眾所周知，傳統(tǒng)熱敏電阻環(huán)境溫度補(bǔ)償為惠斯通電橋補(bǔ)償法，熱敏元件按相鄰臂應(yīng)變相同，對鄰臂應(yīng)變相反原則組成惠斯通電橋達(dá)到溫度補(bǔ)償目的。然而，這樣的補(bǔ)償卻在基于MEMS工藝制作的柔性熱膜傳感器上難以實現(xiàn)。首先按理論要求測溫補(bǔ)償元件只對介質(zhì)溫度敏感，而對介質(zhì)速度不敏感。這要求流經(jīng)補(bǔ)償電阻的電流遠(yuǎn)小于流經(jīng)加熱元件的電流，測溫補(bǔ)償元件從電路吸收極其微弱的電功率，自身不會在工作中被加熱，其溫度只取決于流體溫度。因此電橋中要滿足鄰臂補(bǔ)償電阻要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熱敏電阻。但熱敏電阻阻值過大除了工藝實現(xiàn)不便，還會導(dǎo)致測溫補(bǔ)償元件的熱慣性。其次，惠斯通電橋測量一般采集頂端電壓值作為測量值，這樣采集的電壓將是電流與環(huán)境溫度共同作用的函數(shù)值。采集量中仍然不能剔除環(huán)境溫度對輸出的影響。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中對水下熱敏剪應(yīng)力傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償時，是在不同溫度下，分別利用經(jīng)典熱轉(zhuǎn)換King變形公式對熱敏剪應(yīng)力輸出數(shù)學(xué)模型相關(guān)項A、B進(jìn)行標(biāo)定后再進(jìn)行剪應(yīng)力測量，這種溫度補(bǔ)償方法，一個溫度值對應(yīng)一次標(biāo)定，大大增加了測量工作量。而且，標(biāo)定環(huán)境溫度與真實測量環(huán)境溫度的溫差不可消除，給此方法的應(yīng)用帶來了很大的局限性。再有，重復(fù)標(biāo)定加大了器件的使用時間，對器件的壽命也提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是:為了解決現(xiàn)有技術(shù)中在各溫度下分別進(jìn)行標(biāo)定引起的工作量大等不足，提出一種針對基于熱敏電阻熱轉(zhuǎn)化原理測量水下剪應(yīng)力傳感器的溫度修正方法。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種對水下熱敏剪應(yīng)力傳感器進(jìn)行溫度修正的方法，包括如下步驟:
[0008]步驟一:在參考環(huán)境溫度Ttl下，利用經(jīng)典熱轉(zhuǎn)換King變形公式對熱敏剪應(yīng)力輸出數(shù)學(xué)模型相關(guān)項A、B進(jìn)行標(biāo)定，生成參考環(huán)境溫度Ttl下輸出數(shù)學(xué)模型相關(guān)項A(Ttl) ,B(T0)；具體過程為:
[0009]在環(huán)境溫度Ttl時，運用標(biāo)定裝置在不同剪應(yīng)力H、τ2、τ3……下得到電壓值EpE2> E3……，按照King熱轉(zhuǎn)換公式擬合，得到在環(huán)境溫度T0時相關(guān)項A(Ttl)、B(T0)值；King熱轉(zhuǎn)換變形公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種對水下熱敏剪應(yīng)力傳感器進(jìn)行溫度修正的方法，其特征在于，包括如下步驟:步驟一:在參考環(huán)境溫度Ttl下，利用經(jīng)典熱轉(zhuǎn)換King變形公式對熱敏剪應(yīng)力輸出數(shù)學(xué)模型相關(guān)項A、B進(jìn)行標(biāo)定，生成參考環(huán)境溫度Ttl下輸出數(shù)學(xué)模型相關(guān)項A(Ttl) ,B(T0);具體過程為: 在環(huán)境溫度Ttl時，運用標(biāo)定裝置在不同剪應(yīng)力τι、τ2、τ3……下得到電壓值Ep Ε2、E3……，按照King熱轉(zhuǎn)換公式擬合，得到在環(huán)境溫度Ttl時相關(guān)項A(Ttl) ,B(T0)值；King熱轉(zhuǎn)換變形公式為:
【文檔編號】G01L19/04GK103900757SQ201410109112
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】馬炳和, 王云龍, 姜澄宇, 王毅 申請人:西北工業(yè)大學(xué)