[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

技術領域：

本發明涉及對剪應力傳感器的溫度補償，特別是涉及一種針對基于熱敏電阻熱轉化原理測量水下剪應力傳感器的溫度修正方法。

背景技術：

近壁流參數的測量一直是水中航行器與飛行器設計一個重要課題，尤其是粘性流體作用在物體壁面上產生的壁面剪應力，是流動特性研究中非常重要的參數，它可用于表征壁面粘性阻力、檢測邊界層分離點、轉捩點等參數，這些參數對于流動設計、流動實驗、研制新型飛行器、流體分離的工程應用極為重要。

目前，基于MEMS工藝研制的剪應力傳感器，如浮動剪應力傳感器、壓阻式剪應力傳感器、熱敏剪應力傳感器。都因具有尺寸小的極大優勢，已經成為剪應力測量發展的重要趨勢。尤其是基于熱敏電阻的柔性熱膜剪應力傳感器，具有安裝簡易、對流場破壞小、適用不同介質與復雜環境等眾多優勢。

然而，因熱敏傳感器是基于熱轉換原理間接測量設備，環境溫度是傳感器輸出的重要組成部分，故傳感器的溫度補償優劣直接決定了傳感器測量精度。眾所周知，傳統熱敏電阻環境溫度補償為惠斯通電橋補償法，熱敏元件按相鄰臂應變相同，對鄰臂應變相反原則組成惠斯通電橋達到溫度補償目的。然而，這樣的補償卻在基于MEMS工藝制作的柔性熱膜傳感器上難以實現。首先按理論要求測溫補償元件只對介質溫度敏感,而對介質速度不敏感。這要求流經補償電阻的電流遠小于流經加熱元件的電流,測溫補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償電阻要遠遠大于熱敏電阻。但熱敏電阻阻值過大除了工藝實現不便，還會導致測溫補償元件的熱慣性。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境溫度共同作用的函數值。采集量中仍然不能剔除環境溫度對輸出的影響。

現有技術中對水下熱敏剪應力傳感器進行溫度補償時，是在不同溫度下，分別利用經典熱轉換King變形公式對熱敏剪應力輸出數學模型相關項A、B進行標定后再進行剪應力測量，這種溫度補償方法，一個溫度值對應一次標定，大大增加了測量工作量。而且，標定環境溫度與真實測量環境溫度的溫差不可消除，給此方法的應用帶來了很大的局限性。再有，重復標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。

發明內容

本發明的目的是：為了解決現有技術中在各溫度下分別進行標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化原理測量水下剪應力傳感器的溫度修正方法。

本發明的技術方案是：一種對水下熱敏剪應力傳感器進行溫度修正的方法，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。