[發明專利]一種風洞天平溫度漂移物理補償方法

有效

• 申請號: 202110774632.3
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113324729B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 馬濤;王樹民;向光偉;易國慶;徐志偉;潘華燁;苗磊;尹敏;楊浩;康凱;劉文華
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 李彪;王蔚

1.一種風洞天平溫度漂移物理補償方法，該方法包括：

對天平上任一惠斯通電橋，在每一片應變計的旁邊粘貼對應的溫度傳感器，利用地面溫度實驗箱獲得每個應變計的溫度特性；在每個應變計上串聯不同長度的溫度補償絲構成不同的溫度補償方案，迭代篩選最佳的溫度補償方案，按照方案對各個應變計進行溫度補償并組成惠斯通電橋；最后利用地面溫度實驗箱對補償效果進行檢驗；

所述方法具體包括：

步驟1)對天平上任一惠斯通電橋，在第一應變計(1)的旁邊粘貼第一溫度傳感器(5)，在第二應變計(2)的旁邊粘貼第二溫度傳感器(6)，在第三應變計(3)的旁邊粘貼第三溫度傳感器(7)，在第四應變計(4)的旁邊粘貼第四溫度傳感器(8)；

步驟2)將天平放入地面溫度試驗箱中，從室溫開始升溫，直至第一溫度傳感器(5)的溫度達到70℃，保溫3小時；在升溫和保溫期間，每間隔2秒，同時采集每個應變計的阻值數據和對應的溫度傳感器的溫度數據；

步驟3)將每個應變計的阻值變化量擬合為其對應溫度傳感器的溫度變化量的二次函數：

ΔR_i＝a_i×ΔT_i²+b_i×ΔT_i+c_i(i＝1,2,3,4)

其中，ΔR_i為第i個應變計的阻值變化量，ΔT_i為第i個溫度傳感器的溫度變化量，a_i、b_i、c_i為待擬合的三個參數；

步驟4)對每個應變計溫度補償后，其對應的阻值變化量和溫度變化量之間的關系為：

ΔRb_i＝f_i(ΔT_i，x_i)＝a_i×ΔT_i²+b_i×ΔT_i+c_i+(d×x_i-e)×ΔT_i(i＝1,2,3,4)

其中，ΔRb_i代表第i個應變計溫度補償后的阻值變化量；x_i表示第i個應變計上串聯的溫度補償絲的長度；d、e為通過實驗得到的溫度補償絲的兩個參數；

步驟5)經過溫度補償后，應變計組成的惠斯通電橋電信號輸出變化量的計算公式為：

其中，ΔU代表組橋后橋路理論輸出，U為供橋電壓，為固定值；

步驟6)隨機生成包含m行的參數矩陣N_T，每行包含三個參數，每個參數的取值范圍為-10℃至10℃，代表m種不同的天平溫度梯度狀態：

其中，S_2m代表天平在第m種天平溫度梯度狀態情況下，第二應變計與第一應變計的溫度差，S_3m代表天平在第m種天平溫度梯度狀態情況下，第三應變計與第一應變計的溫度差，S_4m代表天平在第m種天平溫度梯度狀態情況下，第四應變計與第一應變計的溫度差；

步驟7)隨機生成n行的參數矩陣N_x，每行包含四個參數，每個參數的取值均為整數，單位為毫米，變化范圍為0至200毫米，代表n種不同的溫度補償方案：

其中，L_1n為第n種溫度補償方案中第一應變計中串聯的溫度補償絲長度；L_2n為第n種溫度補償方案中第二應變計中串聯的溫度補償絲長度；L_3n為第n種溫度補償方案中第三應變計中串聯的溫度補償絲長度；L_4n為第n種溫度補償方案中第四應變計中串聯的溫度補償絲長度；

步驟8)對N_x中的每一種溫度補償方案，計算其對應的溫度梯度范圍參數，溫度梯度范圍參數越大，溫度補償方案適用的溫度梯度范圍也就越大，從n種溫度補償方案中，篩選出溫度梯度范圍參數最大的20個；

步驟9)對每一個篩選出來的溫度補償方案，以該方案為基礎生成100個新的溫度補償方案，共產生2000個新的溫度補償方案，從中隨機抽取n個溫度補償方案構成新的N_x矩陣；

步驟10)重復步驟8)和步驟9)300次，最后一次產生的溫度梯度范圍參數最大的溫度補償方案，作為最終篩選出的最佳的溫度補償方案；

步驟11)按照最終篩選出的最佳的溫度補償方案，對天平上設置的各個應變計進行溫度補償，并組成惠斯通電橋；

步驟12)將天平放入地面溫度試驗箱中，天平供電，升溫至第一溫度傳感器(5)的溫度達到70℃，保溫3小時，每隔2秒采集一次第一溫度傳感器(5)的溫度和天平橋路輸出電壓；

如果在整個溫度變化范圍內，天平橋路輸出電壓的最大值與最小值的差值小于或等于0.010mV，則滿足溫度補償要求，天平溫度補償完成；

如果在整個溫度變化范圍內，天平橋路輸出電壓的最大值與最小值的差值大于0.010mV，則不滿足溫度補償要求，重復步驟6)至步驟12)，直至滿足溫度補償要求，完成天平溫度補償。