[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

摘要

本发明公开了一种对水下热敏剪应力传感器进行温度修正的方法。该方法利用经典热转换King公式对热敏剪应力输出数学模型相关项A、B进行标定，生成参考环境温度与输出数学模型相关项对应关系。并由A、B温度相关项分别得到A、B温度修正函数。在传感器工作时，先测量环境温度，利用热敏电阻TCR特性与所测环境温度消除King热转换公式中热敏电阻工作温度与环境温度项，运用A、B温度修正函数修正温度对A、B的影响，建立含环境温度修正的King公式，最后采集电压信号由其公式换算得到剪应力真值。本发明解决了水下环境温度对其热敏剪应力传感器的影响，且可用此方法在同一剪应力检测模型中针对不同工作环境温度进行温度修正。

主权项

1.一种对水下热敏剪应力传感器进行温度修正的方法，其特征在于，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；环境温度T₀可通过在剪应力标定环境中放置温度传感器或用热敏电阻自身测量环境温度测得；步骤二：在环境温度为T时，利用热敏电阻TCR特性与所测环境温度消除King热转换变形公式中热敏电阻工作温度与环境温度项，修正温度T对相关项A、B的影响；修正温度T对相关项A的影响具体过程为：由于相关项A＝C_a*λ_fP_r^1/5其中，C_a为温度无关量，在不同温度时取恒值，而普朗特数P_r和导热系数λ_f为温度相关量，P_r和λ_f随温度改变而改变，但在特定的温度为定值；即：A(T)＝C_a*λ_f(T)·P_r(T)^1/5A(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]]>通过饱和水的热物理性质数据表查的在温度T时的普朗特数P_r(T)和导热系数λ_f(T)，以及在温度T₀时的普朗特数P_r(T₀)和导热系数λ_f(T)，代入上式得到环境温度为T时的相关项A(T)；修正温度T对相关项B的影响具体过程为：由于相关项B=Cb*λf*(Pr/ρv)13]]>其中，C_b为温度无关量，在不同温度时取恒值，而普朗特数P_r、导热系数λ_f、密度ρ和运动粘度ν为温度相关量，它们随温度改变而改变，但在特定的温度为定值；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)]]>通过饱和水的热物理性质数据表查的在温度T时的普朗特数P_r(T)、导热系数λ_f(T)、密度ρ(T)和运动粘度ν(T)，以及在温度T₀时的普朗特数P_r(T₀)、导热系数λ_f(T₀)、密度ρ(T₀)和运动粘度ν(T₀)，代入上式得到环境温度为T时的相关项B(T)；步骤三：将步骤二修正温度T对相关项A、B的影响后得到的相关项A(T)和B(T)代入King热转换变形公式,建立含环境温度修正的King变形公式：E2Rw=[A(t)+B(t)τ13](Tw-Tf)]]>采集在环境温度为T时得到的电压信号E，代入上式得到的τ，即为消除了温度影响的剪应力真值。