[发明专利]一种对水下热敏剪应力传感器进行温度修正的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及对剪应力传感器的温度补偿，特别是涉及一种针对基于热敏电阻热转化原理测量水下剪应力传感器的温度修正方法。

背景技术：

近壁流参数的测量一直是水中航行器与飞行器设计一个重要课题，尤其是粘性流体作用在物体壁面上产生的壁面剪应力，是流动特性研究中非常重要的参数，它可用于表征壁面粘性阻力、检测边界层分离点、转捩点等参数，这些参数对于流动设计、流动实验、研制新型飞行器、流体分离的工程应用极为重要。

目前，基于MEMS工艺研制的剪应力传感器，如浮动剪应力传感器、压阻式剪应力传感器、热敏剪应力传感器。都因具有尺寸小的极大优势，已经成为剪应力测量发展的重要趋势。尤其是基于热敏电阻的柔性热膜剪应力传感器，具有安装简易、对流场破坏小、适用不同介质与复杂环境等众多优势。

然而，因热敏传感器是基于热转换原理间接测量设备，环境温度是传感器输出的重要组成部分，故传感器的温度补偿优劣直接决定了传感器测量精度。众所周知，传统热敏电阻环境温度补偿为惠斯通电桥补偿法，热敏元件按相邻臂应变相同，对邻臂应变相反原则组成惠斯通电桥达到温度补偿目的。然而，这样的补偿却在基于MEMS工艺制作的柔性热膜传感器上难以实现。首先按理论要求测温补偿元件只对介质温度敏感,而对介质速度不敏感。这要求流经补偿电阻的电流远小于流经加热元件的电流,测温补偿元件从电路吸收极其微弱的电功率，自身不会在工作中被加热，其温度只取决于流体温度。因此电桥中要满足邻臂补偿电阻要远远大于热敏电阻。但热敏电阻阻值过大除了工艺实现不便，还会导致测温补偿元件的热惯性。其次，惠斯通电桥测量一般采集顶端电压值作为测量值，这样采集的电压将是电流与环境温度共同作用的函数值。采集量中仍然不能剔除环境温度对输出的影响。

现有技术中对水下热敏剪应力传感器进行温度补偿时，是在不同温度下，分别利用经典热转换King变形公式对热敏剪应力输出数学模型相关项A、B进行标定后再进行剪应力测量，这种温度补偿方法，一个温度值对应一次标定，大大增加了测量工作量。而且，标定环境温度与真实测量环境温度的温差不可消除，给此方法的应用带来了很大的局限性。再有，重复标定加大了器件的使用时间，对器件的寿命也提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的是：为了解决现有技术中在各温度下分别进行标定引起的工作量大等不足，提出一种针对基于热敏电阻热转化原理测量水下剪应力传感器的温度修正方法。

本发明的技术方案是：一种对水下热敏剪应力传感器进行温度修正的方法，包括如下步骤：

步骤一：在参考环境温度T₀下，利用经典热转换King变形公式对热敏剪应力输出数学模型相关项A、B进行标定，生成参考环境温度T₀下输出数学模型相关项A(T₀)、B(T₀)；具体过程为：

在环境温度T₀时，运用标定装置在不同剪应力τ₁、τ₂、τ₃……下得到电压值E₁、E₂、E₃……，按照King热转换公式拟合，得到在环境温度T₀时相关项A(T₀)、B(T₀)值；King热转换变形公式为：

E2Rw=[A+Bτ13](Tw-Tf)]]>

其中，E为电压值，R_w为传感器电阻，τ为剪应力值，T_w为热敏电阻工作温度，T_f为环境温度。