温度自补偿半导体天平测力系统技术方案

本发明专利技术属于风洞测控技术领域，公开了一种温度自补偿半导体天平测力系统

【技术实现步骤摘要】
温度自补偿半导体天平测力系统


[0001]本专利技术属于风洞测控
，具体涉及一种温度自补偿半导体天平测力系统
。

技术介绍

[0002]风洞试验是飞行器研制的“先行官”，没有先进的风洞试验设备，就不可能研制出先进的航空航天飞行器
。
风洞测力试验是风洞试验中最基本的试验项目，风洞天平是风洞测力试验中最重要的测量设备，主要用于测量作用在模型上的空气动力和力矩
。
[0003]新型高超声速飞行器需要在风洞试验中获取气动特性，目前，进一步提高气动力试验预测的精准度（精度
+
置信度），已成为制约新型高超声速飞行器研发的瓶颈问题之一
。
此外，大飞机工程
、
探月工程
、
深空探测工程等，对气动力特性地面预测的精准度要求也越来越高
。
因此，迫切需要开展高精准度的天平测力技术研究，以满足先进飞行器研制中气动力精准测量的要求，提升风洞测力试验的能力和水平
。
[0004]高超声速风洞试验的一个典型特征是试验段流体为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
温度自补偿半导体天平测力系统，其特征在于，所述的温度自补偿半导体天平测力系统包括：
a10.
温度自补偿半导体天平测力装置（1）；
a20.
温度自补偿半导体天平的温度补偿方法；
a30.
温度自补偿半导体天平测力系统装置；
a40.
温度自补偿半导体天平测力系统装置校准方法；
a50.
温度自补偿半导体天平测力系统装置使用的温度性能校准装置；
a60.
温度自补偿半导体天平测力系统装置使用的静态性能校准装置；
a70.
温度自补偿半导体天平测力系统装置的试验方法；
a80.
温度自补偿半导体天平测力系统装置应用的高超声速风洞试验装置
。2.
根据权利要求1所述的温度自补偿半导体天平测力系统，其特征在于，所述的
a10
的温度自补偿半导体天平测力装置（1）包括采用尾支撑方式的试验模型（
101
），试验模型（
101
）内腔通过端面拉紧方式依次固定天平（
103
）和支杆Ⅰ（
104
），天平（
103
）的前测量梁和后测量梁上分别安装温度自补偿半导体应变计（
102
）；温度自补偿半导体应变计（
102
）和天平（
103
）感受作用在试验模型（
101
）上的气动力，将气动力转化为电压输出，并分解成气动力和气动力矩分量
。3.
根据权利要求2所述的温度自补偿半导体天平测力系统，其特征在于，所述的
a20
的温度自补偿半导体天平的温度补偿方法采用三级温度补偿，具体内容如下：
a21.
第一级补偿：使用温度自补偿材料，即选用
P
型硅材料和
N
型硅材料，
P
型硅材料和
N
型硅材料位于天平（
103
）测量梁的表面，
P
型硅材料和
N
型硅材料的温度输出相互抵消，从而使得天平（
103
）的温度输出从
50%
降至
5%
，温度输出的计算公式为：，式中，为天平输出，为温度变化量，为应变变化量，为微应变单位；
a22.
第二级补偿：使用差分结构，差分结构是在
P
型硅材料和
N
型硅材料上粘贴单片应变计基底，各单片应变计基底上制作惠斯顿全桥，惠斯顿全桥上的电阻因温度变化引起的阻值变化相互抵消，从而使得天平（
103
）温度输出从
5%
将至
0.5%
；
a23.
第三级补偿：在惠斯顿全桥的基础上，建立数字可调电桥，使用信号调理方法，通过对数字可调电桥的零点调节电阻
、
温漂调节电阻
、
灵敏度调节电阻进行微调，进一步配数字可调电桥，从而使得天平（
103
）温度输出从
0.5%
将至
0.1%。4.
根据权利要求3所述的温度自补偿半导体天平测力系统，其特征在于，所述的
a30
的温度自补偿半导体天平测力系统装置由硬件和软件组成；硬件包括温度自补偿半导体天平测力装置（1）
、
稳压电源（2）
、
信号调理电路（3）
、
控制电脑（4）和数采系统（5）；温度自补偿半导体天平测力装置（1）通过天平信号线（7）连接信号调理电路（3）；信号调理电路（3）通过电源线（6）连接稳压电源（2），通过网线（8）连接控制电脑（4），通过天平信号线（7）连接数采系统（5）；信号调理电路（3）由数字可调电桥
、
放大器
、AD
转换芯片
、
微处理器
、
网口组成；微处理器具备放大器控制
、
可调电阻控制
、
数字滤波
、
数据传输功能；稳压电源（2）为天平（
103
）和信号调理电路（3）供电；数采系统（5）测量天平（
103
）的输出电压信号作为测试数据；
软件由位于信号调理电路（3）的下位机程序和位于控制电脑（4）的上位机程序组成；下位机程序具备放大器设置
、
可调电阻设置
、
数字滤波设置
、
数据传输功能；上位机程序具备采集
、
分析
、
存储和测试天平（
103
）的测试数据
。5.
根据权利要求4所述的温度自补偿半导体天平测力系统，其特征在于，所述的
a40
的温度自补偿半导体天平测力系统装置校准方法，包括温度性能校准和静态性能校准；温度性能校准通过温度测试获得天平的零点补偿参数
、
温漂补偿参数和灵敏度补偿参数；静态性能校准通过静态加载获得天平的使用公式；在温度性能校准过程中，设置温度
1、
温度
2、
……
、
温度
n
的
n
个温度点的温度序列，通过逐步升温和逐步降温进行零漂测试和加载测试，获得每个温度点下的零点
、
温度漂移和灵敏度；每轮测试为从温度1逐步升温至温度
n、
再温度
n
逐步降温至温度1的测试过程，各轮测试均获得天平（
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱华诚，孙鹏，杨彦广，巢根明，吴友生，向立光，许晓斌，解真东，蒋万秋，陈映东，王杰，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：