振弦式压力传感器的温度影响修正方法技术

本发明专利技术公开了一种振弦式压力传感器的温度影响修正方法，该法考虑不同温度情况下，通过试验及相关计算，得出了试样不同的压力值。据此，发明专利技术人还设计制作了相应的测试装置以及推算出相应的计算公式。该装置主要包括测试振弦、温度传感器、弹性体。使用该测试方法和测试装置，能够充分考虑到温度改变量对实测压力值的影响。该修正方法可以测量出在对振弦类压力传感器进行压力测试的过程中由于温度的改变引起的压力值改变量，大大的提高了测量压力值的准确度，可广泛适用于桥梁健康监控等技术领域。

Temperature influence correction method for vibrating string pressure sensor

The invention discloses a temperature correction method for vibrating string pressure sensor, which takes different temperature conditions into consideration, and obtains different pressure values of samples by experiments and related calculations. According to this, the inventor also designed and made the corresponding test device and calculated the corresponding calculation formula. The device mainly includes the test vibrating string, the temperature sensor and the elastomer. Using the test method and test device, the effect of temperature change on the measured pressure can be fully taken into account. The correction method can measure the change of pressure value caused by temperature change during the pressure test of vibrating string pressure sensors, which greatly improves the accuracy of measurement pressure value, and can be widely applied to the field of bridge health monitoring and other technologies.

【技术实现步骤摘要】
振弦式压力传感器的温度影响修正方法
本专利技术属于振弦类压力测试
，尤其涉及一种对振弦式压力传感器的温度影响进行修正的方法。
技术介绍
在岩土、桥梁工程和其它工程的观测和长期检测中，离不开压力传感器。振弦式压力传感器是压力传感器的一种，其工作原理是通过被测试振弦的振动频率来计算出测试振弦的应变，根据弹性体与振弦具有相同的应变进而计算出压力弹性体所受压力的大小，既通过测量振弦的频率来测量被测试压力的大小。在对振弦类传感器进行压力测试的过程中，测试前后温度的改变会对测试结果带来较大的误差，因此需要测量出测试振弦由于温度改变引起的压力改变量以减小测试结果的误差。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是，提供一种振弦式压力传感器的温度影响修正方法，使用该修正方法可以对在使用振弦式应力传感器的过程中由于温度变化产生的误差进行修正，使振弦式应力传感器的测量结果更加准确。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种振弦式压力传感器的温度影响修正方法，包括以下步骤：1)测量出测试振弦的原始长度l和截面面积s以及弹性体截面面积A；2)将所述测试振弦拉紧并将其两端固定在所述弹性体上；3)测量所述测试振弦的初始的第一振动频率f0；4)对所述弹性体施加测试外力，测量所述测试振弦在施加所述测试外力的过程中的温度改变量为t，测量出所述测试振弦的第二振动频率为f″；按公式计算弹性体所受的测试外力F，式中，e为所述测试振弦的弹性模量，m为所述测试振弦的单位长度的质量，a为所述测试振弦的膨胀系数。作为一种改进的方式，所述步骤4)中的温度改变量t为所述测试振弦相对外界测试环境的温度改变量。作为一种改进的方式，所述步骤4)中的温度改变量t为所述测试振弦相对于所述位移传感器的温度改变量。作为一种改进的方式，所述压力传感器主要包括测试振弦、温度传感器以及空心弹性体，所述测试振弦固定安装于所述空心弹性体内，所述测试振弦的两端与所述空心弹性体的两端焊接固定，所述弹性体的内外侧分布温度传感器。作为一种改进的方式，所述压力传感器主要包括测试振弦、温度传感器以及实心弹性体，所述测试振弦固定安装于所述实心弹性体上的通孔内，所述测试振弦的两端与所述实心弹性体的两端焊接固定，所述实心弹性体的外侧分布温度传感器。作为一种改进的方式，所述测试振弦与所述弹性体通过焊接固定连接。由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：该修正方法的操作步骤简单，在使用振弦式压力传感器测量应力值的过程中，温度的变化会对振弦式压力传感器的测量结果造成一定的影响，使用该方法可以对振弦式压力传感器测量结果进行修正，提高振弦式压力传感器的测量结果的准确性，使最终测得的压力值更加精确。由于所述步骤4)中的温度改变量t为所述测试振弦相对外界测试环境的温度改变量，测试振弦相对外界测试环境的温度改变量对振弦式压力传感器的测量结果造成一定的影响，该修正方法可对其进行修正。所述步骤4)中的温度改变量t为所述测试振弦相对于所述位移传感器的温度改变量，测试振弦相对于所述位移传感器的温度改变量对振弦式压力传感器的测量结果造成一定的影响，该修正方法可对其进行修正。附图说明图1是本专利技术实施例一的结构示意图；图2是本专利技术实施例一的侧视图；图3是本专利技术实施例二的结构示意图；图4是本专利技术实施例二的侧视图；图中，1-测试振弦，2-弹性体，3-温度传感器，4-紧固件。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术专利进一步说明。实施例一如图1所示，本专利技术公开了一种振弦式压力传感器的温度影响修正方法，包括以下步骤：1)测量出弹性体2上的测试振弦1的原始长度l和截面面积s。2)压力传感器包括测试振弦1、弹性体2、温度传感器3，弹性体2为空心弹性体，采用力T拉紧测试振弦1的两端分别与弹性体2两端焊接连接，弹性体2的内侧和外侧分别设置有温度传感器3。3)测量测试振弦1的初始的第一振动频率为f0。4)对弹性体2两侧施加测试外力，通过弹性体2内侧和外侧的温度传感器3测出温度改变量为t，温度改变量t可以为测试振弦1相对外界测试环境的温度改变量或者是测试振弦1相对于弹性体2的温度改变量。在测量弹性体2的温度时可使用弹性体2的内侧和外侧分别设置的温度传感器3所测得的温度的平均值以减小测量误差。同时施加外力后测量出测试振弦1的第二振动频率为f″，按公式计算弹性体2所受的测试外力F，式中，e为测试振弦1的弹性模量，m为测试振弦1的单位长度的质量，α为测试振弦1的膨胀系数。实施例二如图3、图4所示，本实施例与实施例一的结构基本相同，不同之处在于，弹性体2为空心弹性体，测试振弦1设置于弹性体2上的通孔内，测试振弦1的两端分别焊接于弹性体2。温度传感器3平均的布置在实心的弹性体2表面，利用求弹性体2表面温度传感器3的平均值可较为准确的计算出温度改变量t。以下给出计算公式的基本推导过程：钢弦的长度、钢弦的截面面积、弹性体2的截面面积、弹性模量、钢弦单位长度的质量和膨胀系数分别为l、s、A、e、m、α。由于待测试样的压力值F的计算公式为F＝eεA，而钢弦的弹性模量e、弹性体2的截面面积A均为定值，即压力F与钢弦的应变值成正比例关系，分析压力值F的误差即为分析外力作用钢弦的应变值ε的误差大小。钢弦两端拉紧焊接固定时，其振动频率f0与钢弦拉力T满足关系式1：T＝4ml2f02(式1)此时令4ml2＝k，对应的钢弦应变为式2所示：变化温t℃时，钢弦将产生的长度变化量Δl为式3所示：Δl＝ltα(式3)由于钢弦的两端固定，温度变化将导致钢弦内力产生变化，内力变化量ΔT如式4所示：此时的钢弦拉力为：T'＝T-ΔT既T'＝4ml2f02-setα(式5)当同时由于外力作用钢弦的产生伸长量Δl′，钢弦的频率为f″，此时钢弦拉力为：化简后得式6式6化简后得式7此时产生的应变如式8作用在传感器上的压力为：算例：某压力传感器测试传感器的钢弦长度为0.1m，质量为0.00098646kg/m，直径为0.4mm，传感器截面面积为1cm2，钢弦的弹性模量为200Gpa，膨胀系数为0.00001，钢弦张紧后初始频率为2000Hz，外界温度变化导致钢弦温度改变，同时外力作用传感器发生受力改变，此时钢弦频率为2500Hz，常规做法不考虑温度影响修正，而根据式9考虑温度修正后，算得不同温度下压力传感器受到的真实压力，并将其与常规方法算出的结果做比较，同时算出仅温度影响时的压力，当忽略温度影响时常规方法算出的量值会被误认为是传感器受外力作用的真实改变量，易照成误判。实算结果比较见表1表1常规做法与修正后计算结果温度该变量t(℃)510152025303540本方法实测F'(kN)71.6572.6573.6574.6575.6576.6577.6578.65常规实测F(kN)70.6570.6570.6570.6570.6570.6570.6570.65仅温度影响F(kN)12345678压力相对误差％1.402.834.255.667.088.499.9111.32本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振弦式压力传感器的温度影响修正方法，其特征在于，包括以下步骤：1)测量出测试振弦的原始长度l、截面面积s以及套筒截面面积A；2)将所述测试振弦拉紧并将其两端焊接在所述弹性体上；3)测量所述测试振弦的初始的第一振动频率f0；4)对所述弹性体施加测试压力，测量所述测试振弦在施加所述测试压力的过程中的温度改变量为t，测量出所述测试振弦的第二振动频率为f”；按公式

【技术特征摘要】
1.一种振弦式压力传感器的温度影响修正方法，其特征在于，包括以下步骤：1)测量出测试振弦的原始长度l、截面面积s以及套筒截面面积A；2)将所述测试振弦拉紧并将其两端焊接在所述弹性体上；3)测量所述测试振弦的初始的第一振动频率f0；4)对所述弹性体施加测试压力，测量所述测试振弦在施加所述测试压力的过程中的温度改变量为t，测量出所述测试振弦的第二振动频率为f”；按公式计算弹性体所受的测试压力F，式中，e为所述测试振弦的弹性模量，m为所述测试振弦单位长度的质量，a为所述测试振弦的膨胀系数。2.如权利要求1所述的振弦式压力传感器的温度影响修正方法，其特征在于，所述步骤4)中的温度改变量t为所述测试振弦相对外界测试环境的温度改变量。3.如权利要求1所述的振弦式压力传感器的温度影响修正方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝天之，王龙林，杨涛，刘世建，
申请(专利权)人：广西交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45