为实现流体壁面剪应力在线测量,设计了一种基于柔性热膜传感器的流体壁面剪应力测量系统。通过分析柔性热膜传感器作用机理,研发了基于LTZ1000电压基准的高精度恒流驱动电路,开发了基于DSP2812,AD7609的18位真差分同步高速数据采集模块,并通过温度补偿方法对传感器输出信号进行了环境温漂修正。系统性能测试表明:当流场温度在10～30℃范围变化时,剪应力测量分辨率在0～10 Pa范围内优于0.2 Pa,流体温度变化引起的系统输出信号偏差为0.6%/℃,满足实际流体壁面剪应力测量要求。 )其中，I为传感器驱动电流，τ为剪应力值，Ts为敏感元件工作温度，T 本文由张家港市泰宇机械有限公司全自动弯管机网站采集网络资源整理! http://www.wanguanjimuju.com    f为被测流体温度，Rs为传感器Ts温度下电阻值，对于给定传感器和被测流体，相位差数-数控滚圆机张家港切管机倒角机价格低全自动切管机多少钱A，B，n可看作常数。本研究选用的微型柔性热膜微传感器(如图1)电阻温度系数为3线性度优于0．9%，传感器阵列厚度为100μm，响应速度为亚毫秒级［5］，水下剪应力测量工程要求系统测量量程为0～10Pa，分辨率优于0．2Pa。图1柔性热膜传感器硬件系统设计如图2所示，本系统总体结构主要包括前端模拟电路模块、数据采集与运算模块两部分。恒流驱动电路用于恒流激励传感器工作，差分放大电路将信号调理至A/D转换器模拟输入电压范围，滤波电路用于滤除信号中杂散的高频干扰噪声;A/D转换器将信号调理电路输出模拟信号转换为数字量后输入DSP模块，DSP通过CAN总线实现与上位机通信，上位机根据柔性热膜传感器输出的剪应力、流场温度电压信号解算剪应力值并进行温度补偿，实现剪应力测量。上位机CANDSPA/D转换器信号调理柔性热膜传感器恒流电路信号调理温度传感器图2壁面剪应力测量系统结构框图恒流驱动电路根据柔性热膜传感器测量原理，剪应力测量系统采用恒流驱动方式，该方式具有结构简单、易于阵列集成、电流稳定性强等特点［8］。由于所采用柔性热膜传感器最大耐受工作电流为1综合考虑剪应力量程、剪应力分辨率、传感器过热比、热响应速度等指标要求，传感器工作电流设定为50mA±0．5μA。所研基于超精准基准LTZ1000芯片的超低温漂、超低噪声灌电流型恒流驱动电控制器S3C2440AL的控制下进行数据的采集，采集的速率设置为20kS/s。鉴于工程应用的要求，一般取两次到三次相关即可以满足。实验时，保持转轴转速不变，连续变化所加载在转轴上的标准扭矩值，并将采集到的相位差通过串口上传到PC机，再经过一系列的运算求出所加载的扭矩值，分别记录一次相关与二次相关所采集的相位差φ1，φ2以及其运算后的扭矩值N1，N2部分数据如表1所示。为了更为直观地反映多次相关测量数据的准确性，将一次相关与多次相关所得到的相差与理论相差以散点形式描绘，如图7。从图中数据可以看出:二次相关求得的相位差比一次相关更接近理论值，表中实测扭矩值也更接近扭矩标准值，精度也相应提高，也就是说无需对系统进行硬件软件的大规模改动就提高了系统相位差测量精度，即准确获取了传动轴所受扭矩。表1中数据还显示:在传动轴未加载扭矩时，两环形阵列器信号之间仍有相位差，这主要是由环形阵列器的安装位置之间有一定的距离引起的，可以归结为系统误差，通过系统误差修正和数据标定来解决，同时也说明，该扭矩测量系统具有较高的灵敏度，精度也满足系统要求。表1实验测量数据T相差φ1(°)相差φ2(°)N1实测值(相位差数-数控滚圆机张家港切管机倒角机价格低全自动切管机多少钱 本文由张家港市泰宇机械有限公司全自动弯管机网站采集网络资源整理! http://www.wanguanjimuju.com