基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法技术

本发明专利技术属于高超声速风洞气动热试验测试技术领域，公开了一种基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法。测热试验数据不确定度评估方法针对热电模拟网络测试系统获得的风洞测热试验数据，结合精度极限和和偏差极限对试验数据开展不确定评估。首先，辨识主要误差源、归结误差源的类型；对测热试验数据开展不确定分析，最终通过评估单一误差源和综合所有误差源获得多次重复性测热试验结果的不确定度。测热试验数据不确定度评估方法分类准确、分析全面，适于工程应用。适于工程应用。适于工程应用。

【技术实现步骤摘要】
基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法


[0001]本专利技术属于高超声速风洞气动热试验测试
，具体涉及一种基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法。

技术介绍

[0002]高超声速风洞气动热试验通常采用热电模拟网络测试技术，热电模拟网络是基于电路传输线方程与一维瞬态导热方程的相似性，利用电路求解一维瞬态导热方程的方法，用这种方法可以在获得温度测量信号的同时，直接计算得到热流q
w
，计算公式为：
[0003][0004]其中，R和C分别为网络模拟电路的电阻和电容，ρck为传感器材料的热物性参数，在热物性参数的标定中通常将其作为一个整体参数进行标定，α
R
为热流传感器的电阻温度系数，E0和ΔE(t)分别是测量得到的的初始电压和最终电压差。
[0005]在高超声速风洞气动热试验中，需要评估测热试验数据的误差，或者确定误差的可能范围，这样提供的测热试验数据才便于用户使用。在对测热试验数据进行误差分析的基础上，需要对各种因素引起的误差进行估算，估算值即为不确定度。
[0006]当前，亟需发展一种基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法。
[0008]本专利技术的基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法，包括以下步骤：
[0009]S1.辨识基于热电模拟网络测试的测热试验数据的主要误差源、归结误差源的类型；
[0010]主要误差源包括：
①
热流传感器测量损失误差；
②
热电模拟网络引起的误差；
③
热电模拟网络电路电阻(R)和电容(C)标定造成的误差；
④
传感器材料的热物性参数(ρck)标定造成的误差；
⑤
热流传感器的电阻温度系数(α
R
)测量造成的误差；
⑥
测量初始电压(E0)和最终电压差(ΔE(t))造成的误差；
[0011]将
①
热流传感器测量损失误差、
②
热电模拟网络引起的误差、
③
热电模拟网络电路电阻(R)和电容(C)标定造成的误差、
④
传感器材料的热物性参数(ρck)标定造成的误差归结为系统误差，视为偏差极限向试验结果传递；将
⑤
热流传感器的电阻温度系数(α
R
)测量造成的误差、
⑥
测量初始电压(E0)和最终电压差(ΔE(t))造成的误差归结为随机误差，视为精度极限向试验结果传递；
[0012]S2.评估热流传感器测量损失误差造成的不确定度U
sensor
；
[0013]热流传感器利用在底衬材料表面上形成的金属膜或热电偶材料来测量表面瞬时
温度变化信号以获得热流数据；高超声速风洞气动热试验过程中，需要进行多次重复试验并获得重复性测热试验数据；
[0014]假设重复试验N次，为N次试验获得热流测量值的平均值，传感器金属膜或热电偶材料本身会造成传感器的测量热流值与真实热流值的误差，根据对热传导公式的理论分析，得到在高超声速风洞有效运行时间内，传感器测量值的损失误差σ1，σ1采用百分制，计算得到U
sensor
属于系统误差，U
sensor
值作为偏差极限向试验结果传递；
[0015]S3.热电模拟网络的不确定度U
TESN
；
[0016]在热电模拟网络中，用电阻(R)和电容(C)构造代替传输线的电路网络，以消除分布的电感的影响；最逼近电路网络的是无限节网络，实际网络不可能构造无限多节的RC电路网络，只能用有限节数的网络来模拟，相当于将有限长的传输线分成有限数量的小段，每一小段由串联电阻和接地电容构成RC网络，代替一个热导体薄片，这种设计的模拟网络得到的热流值与理论解会有一定的误差；通过理论分析获得高超声速风洞气动热试验使用的热电模拟网络得到的热流值与相同温度变化条件下的理论计算结果偏差σ2，σ2采用百分制，然后计算得到U
TESN
属于系统误差，U
TESN
值作为偏差极限向试验结果传递；
[0017]S4.评估热电模拟网络电阻(R)标定误差引起的不确定度U
R
和电容(C)标定误差引起的不确定度U
C
；
[0018]热电模拟网络中，电阻(R)和电容(C)随着热电模拟网络设计完成并需进行定期维护标定误差，S
R
为电阻(R)的N次标定测试的标准差，S
C
为电容(C)的N次标定测试的标准差，为N次电阻(R)标定示值的平均值，为N次电容(C)标定示值的平均值，则电阻(R)的标定误差引起的不确定度为同理，电容(C)的标定误差引起的不确定度为U
R
和U
C
属于系统误差，U
R
值和U
C
值作为偏差极限向试验结果传递；
[0019]S5.评估热流传感器的热物性参数(ρck)标定误差造成的不确定度U
ρck
；
[0020]热流传感器的热物性参数(ρck)需要进行批次标定，假设S
ρck
为热物性参数(ρck)的N次标定的标准差，为N次热物性参数(ρck)标定示值的平均值，则热物性参数(ρck)标定引起的不确定度为U
ρck
属于系统误差，U
ρck
值作为偏差极限向试验结果传递；
[0021]S6.评估热流传感器的电阻温度系数(α
R
)测量误差引起的不确定
[0022]高超声速风洞气动热试验过程中，每次试验前需要测量热流传感器的电阻温度系数α
R
值，为N次热流传感器的电阻温度系数(α
R
)的标准差，则热流传感器的电阻温度系数(α
R
)读数引起的不确定度为式中，K为设定置信度条件下的范围系数，在95％的置信度下，K＝2；属于随机误差，值作为精度极限向试验结果传递；
[0023]S7.评估初始电压(E0)测量误差引起的不确定度和最终电压差(ΔE(t))测量
误差引起的不确定度U
△
E(t)
；
[0024]高超声速风洞气动热试验过程中，每次试验需要测量初始电压(E0)和最终电压差(ΔE(t))值，为N次初始电压(E0)读数的标准差，S
△
E(t)
为N次最终电压差(ΔE(t))读数的标准差，则初始电压(E0)的不确定度为最终电压差(ΔE(t))的不确定度为式中，K为设定置信度条件下的范围系数，在95％的置信度下，K＝2；和U
△
E(t)
为随机误差，和U
△
E(t)
值作为精本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.辨识基于热电模拟网络测试的测热试验数据的主要误差源、归结误差源的类型；S2.评估热流传感器测量损失误差造成的不确定度U
sensor
；S3.评估热电模拟网络的不确定度U
TESN
；S4.评估热电模拟网络电阻(R)标定误差引起的不确定度U
R
和电容(C)标定误差引起的不确定度U
C
；S5.评估热流传感器的热物性参数(ρck)标定误差造成的不确定度U
ρck
；S6.评估热流传感器的电阻温度系数(α
R
)测量误差引起的不确定S7.评估初始电压(E0)测量误差引起的不确定度和最终电压差(ΔE(t))测量误差引起的不确定度U
ΔE(t)
；S8.评估多次重复测热试验数据总的偏差极限S9.评估多次重复测热试验数据总的精度极限S10.评估多次重复测热试验数据的不确定度2.根据权利要求1所述的基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法，其特征在于，所述的S1的辨识基于热电模拟网络测试的测热试验数据的主要误差源、归结误差源的类型，具体内容如下：主要误差源包括：
①
热流传感器测量损失误差；
②
热电模拟网络引起的误差；
③
热电模拟网络电路电阻(R)和电容(C)标定造成的误差；
④
传感器材料的热物性参数(ρck)标定造成的误差；
⑤
热流传感器的电阻温度系数(α
R
)测量造成的误差；
⑥
测量初始电压(E0)和最终电压差(ΔE(t))造成的误差；将
①
热流传感器测量损失误差、
②
热电模拟网络引起的误差、
③
热电模拟网络电路电阻(R)和电容(C)标定造成的误差、
④
传感器材料的热物性参数(ρck)标定造成的误差归结为系统误差，视为偏差极限向试验结果传递；将
⑤
热流传感器的电阻温度系数(α
R
)测量造成的误差、
⑥
测量初始电压(E0)和最终电压差(ΔE(t))造成的误差归结为随机误差，视为精度极限向试验结果传递。3.根据权利要求2所述的基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法，其特征在于，所述的S2的评估热流传感器测量损失误差造成的不确定度U
sensor
，具体内容如下：热流传感器利用在底衬材料表面上形成的金属膜或热电偶材料来测量表面瞬时温度变化信号以获得热流数据；高超声速风洞气动热试验过程中，需要进行多次重复试验并获得重复性测热试验数据；假设重复试验N次，为N次试验获得热流测量值的平均值，传感器金属膜或热电偶材料本身会造成传感器的测量热流值与真实热流值的误差，根据对热传导公式的理论分析，得到在高超声速风洞有效运行时间内，传感器测量值的损失误差σ1，σ1采用百分制，计算得到U
sensor
属于系统误差，U
sensor
值作为偏差极限向试验结果传递。
4.根据权利要求3所述的基于热电模拟网络测试的测热试验数据不确定度评估方法，其特征在于，所述的S3的评估热电模拟网络的不确定度U
TESN
，具体内容如下：在热电模拟网络中，用电阻(R)和电容(C)构造代替传输线的电路网络，以消除分布的电感的影响；通过理论分析获得高超声速风洞气动热试验使用的热电模拟网络得...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈挺，赵金山，石义雷，张志刚，粟斯尧，肖雨，王勇，
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：