[發(fā)明專利]一種風(fēng)洞天平溫度漂移物理補(bǔ)償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110774632.3
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113324729B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)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(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 李彪;王蔚

本發(fā)明屬于航空航天測力試驗(yàn)氣動力測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種風(fēng)洞天平溫度漂移物理補(bǔ)償方法，該方法包括：對天平上任一惠斯通電橋，在每一片應(yīng)變計(jì)的旁邊粘貼對應(yīng)的溫度傳感器，利用地面溫度實(shí)驗(yàn)箱獲得每個應(yīng)變計(jì)的溫度特性；在每個應(yīng)變計(jì)上串聯(lián)不同長度的溫度補(bǔ)償絲構(gòu)成不同的溫度補(bǔ)償方案，迭代篩選最佳的溫度補(bǔ)償方案，按照方案對各個應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度補(bǔ)償并組成惠斯通電橋；最后利用地面溫度實(shí)驗(yàn)箱對補(bǔ)償效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空航天測力試驗(yàn)氣動力測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種風(fēng)洞天平溫度漂移物理補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

天平溫度效應(yīng)是指由于溫度的影響，天平輸出中除了力/力矩引起的輸出外還夾雜著溫度造成的輸出，這兩種輸出無法有效的分離，從而影響天平測量精準(zhǔn)度。天平溫度漂移是天平溫度效應(yīng)的重要表現(xiàn)形式。天平溫度漂移是指在天平受載恒定的狀態(tài)下，單純由溫度變化造成天平橋路輸出變化的現(xiàn)象。造成天平溫度漂移的原因主要有兩個方面：一方面，天平在風(fēng)洞試驗(yàn)過程中，各應(yīng)變計(jì)粘貼處的溫度變化不同，即天平存在溫度梯度，從而造成應(yīng)變計(jì)阻值的差異，引起橋路輸出的變化；另一方面，即使各應(yīng)變計(jì)處于同一溫度下，由于不同應(yīng)變計(jì)阻值隨溫度的變化存在差別，即應(yīng)變計(jì)的溫度特性不同，也會造成橋路輸出的變化。

目前消除溫度漂移的方法主要有三種：

第一種方法是將多個應(yīng)變計(jì)粘貼在測試元件上，利用地面溫度試驗(yàn)箱測量每個應(yīng)變計(jì)的溫度特性，從中選擇溫度特性接近的應(yīng)變計(jì)從測試元件上揭下，粘貼到天平元件上組成橋路。但是，這種方法只適用于溫度特性不同造成的溫度漂移，沒有考慮溫度梯度引起的溫度漂移。此外，該方法粘貼過程復(fù)雜、粘貼周期長，且在應(yīng)變計(jì)揭下和重粘的過程中，容易對應(yīng)變計(jì)造成傷害；

第二種方法是將應(yīng)變計(jì)粘貼到天平上并在每個應(yīng)變計(jì)附近粘貼溫度傳感器，通過地面溫度試驗(yàn)獲得每個應(yīng)變計(jì)溫度特性，在風(fēng)洞試驗(yàn)中通過某時刻應(yīng)變計(jì)的溫度計(jì)算應(yīng)變計(jì)的阻值，在此基礎(chǔ)上，利用惠斯通電橋公式，計(jì)算該時刻天平因溫度引起的橋路輸出。但是，這種方法需要在風(fēng)洞試驗(yàn)時同時測量所有應(yīng)變計(jì)的溫度變化和天平橋路輸出，天平線路復(fù)雜，且不方便進(jìn)行隔熱防護(hù)，風(fēng)洞試驗(yàn)準(zhǔn)備工作繁瑣，測量時間增加，進(jìn)而降低試驗(yàn)效率；

第三種方法是通過物理補(bǔ)償來抑制溫度漂移，這是目前應(yīng)用最廣泛的方法。傳統(tǒng)的物理補(bǔ)償方法是在地面溫度試驗(yàn)箱中測得天平橋路輸出隨溫度變化的曲線，即天平橋路的溫度特性，然后在橋路中增加一段溫度補(bǔ)償絲，利用溫度補(bǔ)償絲對天平橋路輸出的影響抵消溫度對原有天平橋路輸出的影響。長度確定時，溫度補(bǔ)償絲的阻值按照線性關(guān)系隨溫度變化，不同長度的溫度補(bǔ)償絲，其阻值和溫度之間的線性關(guān)系中的斜率和截距不同。在這種方法中，確定溫度補(bǔ)償絲的長度是關(guān)鍵，通常通過定性公式計(jì)算，需要反復(fù)進(jìn)行多次地面溫度試驗(yàn)才有可能將天平在地面溫度試驗(yàn)箱條件下的溫度漂移量控制在要求的范圍內(nèi)，所以該方法效率不高。而且，傳統(tǒng)的溫度補(bǔ)償僅僅適用于橋路溫度特性呈現(xiàn)線性或者接近線性的情況，不能應(yīng)對溫度特性為非線性的情況，而在應(yīng)變計(jì)溫度特性差別較大的情況下，橋路的溫度特性很容易出現(xiàn)非線性。此外，地面溫度試驗(yàn)箱中的環(huán)境溫度相比于風(fēng)洞中的環(huán)境溫度更為均勻，天平體溫度變化在地面溫度試驗(yàn)箱條件下和風(fēng)洞試驗(yàn)條件下存在明顯差異，導(dǎo)致兩種條件下溫度梯度造成的溫度漂移不同，無法通過傳統(tǒng)的溫度補(bǔ)償方法有效的解決風(fēng)洞試驗(yàn)中的溫度梯度引起的溫度漂移。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種風(fēng)洞天平溫度漂移物理補(bǔ)償方法，在惠斯通電橋中每個應(yīng)變計(jì)上都串聯(lián)溫度補(bǔ)償絲，不同長度的溫度補(bǔ)償絲的組合構(gòu)成不同的溫度補(bǔ)償方案，通過理論計(jì)算獲得溫度補(bǔ)償后惠斯通電橋的輸出電壓，以輸出電壓的最大值和最小值的差值小于或等于0.010mV為判據(jù)判斷溫度補(bǔ)償方案是否滿足溫度補(bǔ)償要求，在滿足溫度補(bǔ)償要求的情況下，以溫度補(bǔ)償方案適用的溫度梯度范圍最大為優(yōu)化目標(biāo)，迭代篩選最佳的溫度補(bǔ)償方案，從而確定每個溫度補(bǔ)償絲的長度，完成橋路的溫度補(bǔ)償工作。

本發(fā)明提供了一種風(fēng)洞天平溫度漂移物理補(bǔ)償方法，該方法包括：