[發明專利]一種對水下熱敏剪應力傳感器進行溫度修正的方法

有效

• 申請號: 201410109112.0
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103900757A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 馬炳和;王云龍;姜澄宇;王毅
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01L19/04
• 分類號: G01L19/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 呂湘連

1.一種對水下熱敏剪應力傳感器進行溫度修正的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：在參考環境溫度T₀下，利用經典熱轉換King變形公式對熱敏剪應力輸出數學模型相關項A、B進行標定，生成參考環境溫度T₀下輸出數學模型相關項A(T₀)、B(T₀)；具體過程為：

在環境溫度T₀時，運用標定裝置在不同剪應力τ₁、τ₂、τ₃……下得到電壓值E₁、E₂、E₃……，按照King熱轉換公式擬合，得到在環境溫度T₀時相關項A(T₀)、B(T₀)值；King熱轉換變形公式為：

E2Rw=[A+Bτ13](Tw-Tf)]]>

其中，E為電壓值，R_w為傳感器電阻，τ為剪應力值，T_w為熱敏電阻工作溫度，T_f為環境溫度；

環境溫度T₀可通過在剪應力標定環境中放置溫度傳感器或用熱敏電阻自身測量環境溫度測得；

步驟二：在環境溫度為T時，利用熱敏電阻TCR特性與所測環境溫度消除King熱轉換變形公式中熱敏電阻工作溫度與環境溫度項，修正溫度T對相關項A、B的影響；

修正溫度T對相關項A的影響具體過程為：

由于相關項A＝C_a*λ_fP_r^1/5

其中，C_a為溫度無關量，在不同溫度時取恒值，而普朗特數P_r和導熱系數λ_f為溫度相關量，P_r和λ_f隨溫度改變而改變，但在特定的溫度為定值；即：

A(T)＝C_a*λ_f(T)·P_r(T)^1/5

A(T₀)＝C_a*λ_f(T₀)·P_r(T₀)^1/5

于是有：A(T)A(T0)=Ca*λf(T)·Pr(T)1/5Ca*λf(T0)·Pr(T0)1/5=λf(T)·Pr(T)1/5λf(T0)·Pr(T0)1/5]]>

即：A(T)=A(T0)*λf(T)·Pr(T)1/5λf(T0)·Pr(T0)1/5]]>

通過飽和水的熱物理性質數據表查的在溫度T時的普朗特數P_r(T)和導熱系數λ_f(T)，以及在溫度T₀時的普朗特數P_r(T₀)和導熱系數λ_f(T)，代入上式得到環境溫度為T時的相關項A(T)；

修正溫度T對相關項B的影響具體過程為：

由于相關項B=Cb*λf*(Pr/ρv)13]]>

其中，C_b為溫度無關量，在不同溫度時取恒值，而普朗特數P_r、導熱系數λ_f、密度ρ和運動粘度ν為溫度相關量，它們隨溫度改變而改變，但在特定的溫度為定值；即：

B(T)=Cb*λf(T)*[Pr(T)/ρ(T)v(T)]13]]>

B(T0)=Cb*λf(T0)*[Pr(T0)/ρ(T0)v(T0)]13]]>

于是有：

B(T)B(T0)=Ca*λf(T)*[Pr(T)/ρ(T)v(T)]13Ca*λf(T0)*[Pr(T0)/ρ(T0)v(T0)]13=λf(T)*[Pr(T)/ρ(T)v(T)]13λf(T0)*[Pr(T0)/ρ(T0)v(T0)]13]]>

即：B(T)=λf(T)*[Pr(T)/ρ(T)v(T)]13λf(T0)*[Pr(T0)/ρ(T0)v(T0)]13*B(T0)]]>

通過飽和水的熱物理性質數據表查的在溫度T時的普朗特數P_r(T)、導熱系數λ_f(T)、密度ρ(T)和運動粘度ν(T)，以及在溫度T₀時的普朗特數P_r(T₀)、導熱系數λ_f(T₀)、密度ρ(T₀)和運動粘度ν(T₀)，代入上式得到環境溫度為T時的相關項B(T)；

步驟三：將步驟二修正溫度T對相關項A、B的影響后得到的相關項A(T)和B(T)代入King熱轉換變形公式,建立含環境溫度修正的King變形公式：

E2Rw=[A(t)+B(t)τ13](Tw-Tf)]]>

采集在環境溫度為T時得到的電壓信號E，代入上式得到的τ，即為消除了溫度影響的剪應力真值。